基于DoDAF的預警探測情報保障體系結構

張　波　郝延剛　葉　玲　季　奕　常傳文

(1.中國電子科技集團公司第二十八研究所　南京　210007)(2.海軍駐南京地區雷達系統軍事代表室　南京　210003)

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基于DoDAF的預警探測情報保障體系結構

張波1郝延剛2葉玲1季奕1常傳文1

(1.中國電子科技集團公司第二十八研究所南京210007)(2.海軍駐南京地區雷達系統軍事代表室南京210003)

針對預警探測情報保障系統組成結構復雜、系統規模日益龐大、集成裝備種類多樣以及越來越短的產品研制周期要求，對DoDAF( Department of Defense Architecture Framework) 體系結構進行了研究，分析了DoDAF產品的內涵、相互關聯關系及使用模式，提出一種基于DoDAF的預警探測情報保障體系結構建模方法，結合實例給出了體系結構產品的設計過程，并對DoDAF開放體系結構的優點、在實踐中可能遇到的問題及解決方法進行了分析。

預警探測; 情報保障; DoDAF; 體系結構

Class NumberTP311.52

1　引言

隨著科技的發展，預警探測情報系統的組成結構愈發復雜，操作使用方式靈活多變，協同工作模式多樣，為了提高此類系統的開發效率，減少設計風險，保證系統開發的有效性，最終提高整個系統的互聯、互通、互操作能力，有必要加強系統的頂層設計。

二十一世紀以來，美國國防部為了領導美軍實現從基于威脅(thread-based) 向基于能力(capability-based) 的戰略轉型[1～2]，致力于提出一種體系化、可復用的方法論，旨在基于復雜系統和服務來實現軍事信息系統的聯合使命，在研究這一方法論的過程中，以規范C4ISR系統體系結構的描述為實踐案例，美軍發布了《C4ISR體系結構框架》[3]，并在此基礎上發布了《國防部體系結構框架1.0》，并結合應用反饋不斷完善，最終在2005年發布了《國防部體系結構框架2.0 草案》，即DoDAF2.0 (Department of Defense Architecture Framework)。DoDAF體系結構提出了一種說明各類作戰場景、系統和子系統的規范描述方法，該方法通過不同的視點研究和描述系統的體系結構。

目前，國內各科研單位也對系統的體系結構及其描述方法進行了相關研究，并取得了一些成果[4～9]，但是，這些成果主要是對國外框架思想的借鑒與參考，還處于理論研究和相關支撐工具的開發階段，并沒有針對我國國情建立軍事信息系統的體系結構框架，同時，面向具體作戰應用實例的體系結構設計也不多見[4～6]。

本文對美國國防部體系結構框架進行了研究，并在此基礎上，結合預警探測情報保障這一具體作戰應用實例，提出了一種基于DoDAF 的預警探測情報保障體系結構，給出了具體的體系結構設計步驟，并實現了相關體系結構產品。

2　DoDAF體系結構建模概述

DoDAF是美國國防部發布的指導軍事系統工程項目研發的系統工程方法，其最終目標是確保研發的體系結構及系統支持綜合集成、互操作和高性價比。

基于DoDAF體系結構建模的基本思路是首先將系統模型的構建分接為多個階段，然后，以各階段為對象分別建模，逐步推進系統模型的建立，降低系統建模的困難程度，突出了各階段的重點，易被各級建模人員理解；同時，每個階段都被明確有結束要求，各階段的問題可以立即被解決，無需在全系統的所有設計都完成后再進行一次性的仿真驗證[3]，有效提高了設計效率。

圖1　DoDAF作戰視圖產品及關系示意

2.1DoDAF作戰視圖產品

作戰體系結構是任務和行動、作戰要素以及完成或支援軍事作戰要求的信息流的一種描述，其主要作用是確定作戰人員的信息需求，表述軍事信息系統支持的作戰職能和邏輯要求[1～2,10～11]。該視圖的設計將確定系統的作戰使命、作戰節點、作戰活動以及作戰要素之間的關系，以及為了完成指定的作戰活動各作戰節點之間的信息交換和信息流。DoDAF V1. 5版本中作戰視圖主要包括九個產品，分別為:高層作戰概念圖(OV-1)、作戰節點連接描述(OV-2)、作戰信息交換矩陣(OV-3)、組織關系描述(OV-4)、作戰活動模型(OV-5)、作戰規則模型(OV-6a)、作戰狀態轉換描述(OV-6b)、事件跟蹤描述(OV-6c)以及邏輯數據模型(OV-7) 。

2.2建模步驟

體系結構產品之間有其內在的聯系以及相互依賴關系，在實施過程中，描述特定的體系結構應根據體系結構的目的和用途確定需要開發的產品內容，而不是每描述一個產品就要形成所有的產品視圖。根據機載相控陣雷達作戰的內在聯系和DoDAF的構建過程，形成了一個作戰系統體系結構框架的基本步驟[7～9]，如圖2所示。

圖2　DoDAF建模過程

步驟1AV-1完成系統綜述和概要信息，包括范圍、目的、預計的用戶、所描繪的環境、分析結果等。

步驟2OV-1是作戰概念的全局概要圖形描述，主要描述需要完成的使命、建設范圍、服務范圍、對象等，它給出了重要的作戰節點，描述重要的或獨特的作戰能力，并描述目標體系結構與環境之間的關系和體系結構與外部系統之間的關系

OV-4描述體系結構關鍵參與者間的關系。描述在體系結構中起關鍵作用的作戰人員或作戰組織之間的指揮結構，其目的是清晰系統內部和外部的組織及下級組織關系。這些關系可能是監督報告、指揮控制、命令等。

步驟3OV-2和OV-3分別以圖形化和矩陣的形式描述節點間的信息交換關系。其中，OV-2是描述作戰節點和這些作戰節點間的需求線的一個產品。作戰節點關聯圖包括這個體系結構內部的作戰節點，也包含外部節點，需求線說明需要交換的信息。OV-3以矩陣的方式進一步詳細說明節點間的信息交互關系以及交互的信息內容。

步驟4OV-5描述系統完成某一作戰活動的作戰流程。描述為了完成任務或者達到目標需要執行的一系列活動，由能力、作戰活動、活動間的輸入輸出流等建模元素構成。OV-5的兩種關系必須要體現，一種是層次關系，即作戰活動具有子活動，一種就是信息流的關系。

步驟5OV-6b描述作戰狀態的轉換關系;OV-6c描述作戰事件跟蹤情況以及特定場景下各作戰節點之間的信息交互時序關系。

3　基于DoDAF的預警探測情報保障體系結構設計與驗證

3.1高級作戰概念圖(OV-1)

高級作戰概念圖(OV-1)通過圖形方式描述說明擬研制系統的組成、定位、使命任務和作戰過程等內容[10～11]，為用戶、設計師提供一個直觀的感覺，用于系統分析時設計人員與用戶進行溝通交流，對預警探測系統的需求進行分析后，預警探測情報保障體系架構的高級作戰概念圖示意如圖3所示。

圖3　高級作戰概念圖(OV-1)示意

由圖3可知，預警探測情報保障系統由探測裝備平臺、處理與分發控制平臺、顯控平臺組成。探測信息接入控制、信息綜合處理、情報上報、值班顯控是對預警探測情報保障系統的能力要求，同時，對情報上報對象也提出明確要求，這些特殊或重要的要求代表了系統與外接傳感器、指揮系統之間的關系，為系統設計人員、系統用戶構建了一座交流的橋梁。

3.2信息關系圖(OV-2)

信息關系圖(OV-2)通過圖形方式描述說明系統各組成作戰節點和這些作戰節點間的信息交互需求[10～11]。信息關系圖包括這個體系結構內部的作戰節點，也包含外部節點，圖中的信息關系線說明了這些節點之間需要交換的信息，預警探測情報保障體系的信息關系示意如圖4所示。

3.3信息交互矩陣(OV-3)

信息交互矩陣(OV-3)采用表格的方式描述說明體系架構中各作戰任務節點間的信息交換要素[10～11]，是信息關系圖OV-2的補充，OV-3對OV-2中的每一條信息交互需求給出說明，描述了信息交換的雙方及雙方需要交互信息的內容、原因、方法及需求等，是后續系統詳細設計、接口文件制定等工作的基礎。預警探測情報保障體系的信息交換矩陣(OV-3)示意如表1所示。

圖4　信息關系圖(OV-2)示意

序號信源信宿業務節點連接描述1探測平臺處理與分發控制平臺探測信息2顯控平臺探測平臺控制指令3處理與分發控制平臺顯控平臺情報信息指揮命令情報需求4顯控平臺處理與分發控制平臺控制指令5處理與分發控制平臺上級系統/情報用戶情報信息6上級系統/情報用戶處理與分發控制平臺指揮命令指揮命令情報需求

3.4組織關系圖(OV-4)

組織關系圖(OV-4)描述說明了體系結構所涉關鍵參與人員/機構之間的指揮控制關系[10～11]。這里描述了預警探測系統內外部參與者之間的關系，預警探測情報保障體系的組織關系圖(OV-4)示意如圖5所示。

圖5　組織關系圖(OV-4)示意

3.5作戰活動模型(OV-5)

作戰活動模型(OV-5)描述說明了在特定場景中體系架構的主要作戰活動情況[10～11]，并通過關系線來說明各作戰活動之間的關系，包括：

1) 體系結構內部各作戰活動之間的關系；

2) 體系結構外部作戰活動和體系架構內部各作戰活動之間的關系。

預警探測情報保障體系的作戰活動模型示意如圖6所示。

圖6　作戰活動模型(OV-5)示意

3.6狀態轉換模型(OV-6b)

作戰狀態轉換模型(OV-6b)描述不同作戰場景下體系架構的狀態變化情況[10～11]。根據應用需求，可以用一個或多個視圖表示體系架構各個工作方式之間的轉換以及每一工作方式下各個作戰狀態的轉換流程。預警探測情報保障體系架構的狀態轉換模型示意如圖7所示。

圖7　狀態轉換模型(OV-6b)示意

圖8　事件追蹤模型(OV-6c)示意

3.7事件跟蹤模型(OV-6c)

作戰事件跟蹤模型(OV-6c)描述了體系架構中各組成節點之間的信息交換流程和工作順序[10～11]，用于說明各組成節點間信息交互的時序。預警探測情報保障體系架構的事件跟蹤模型示意如圖8所示。

4　結語

由于科技的發展，單一探測裝備已難以提供準確的情報，預警探測體系結構的組成愈發復雜，在設計此類系統時需要一種標準的、統一的方法論指導，以降低系統設計后的實施風險，系統作戰體系結構框架(DoDAF)提供了多角度的系統描述，該方法常被用于大型綜合電子信息系統的早期開發階段，增強了應用人員和系統設計、開發人員之間的理解一致性，也是控制研制時間，降低設計風險的重要方法之一。

本文在對DoDAF進行研究的基礎上，提出了一種基于DODAF的預警探測情報保障體系結構框架設計，給出了具體的體系結構設計步驟，描述了所涉體系結構的視圖產品，對更好地了解預警探測情報保障體系這一復雜集成系統的工作原理、組成節點及節點間信息關系和各分系統的狀態轉換情況提供了幫助，也為該類系統的設計、開發人員提供了提高系統效能、改進系統具體環節的輔助依據。

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Early Warning Detection Architecture Based on DoDAF

ZHANG Bo1HAO Yangang2YE Ling1JI Yi1CHANG Chuanwen1

(1. The 28thResearch Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Nanjing210007)(2. Navy Representative Office of Radar System in Nanjing, Nanjing210003)

Early warning detection system has complicated component，larger scale，shorter and shorter developing cycle.This paper studies operational architecture modeling method based on DoDAF.By analyzing the intension of DoDAF products and their incidence relation，the detailed steps of operational architecture design were given，as well as how to accomplish related architecture products.Then，combined with detail example，the paper established an early warning detection system.

early warning detection, DoDAF, architecture

2016年4月1日,

2016年5月19日

張波，男，博士，高級工程師，研究方向：傳感器系統集成，通信與信息系統，體系架構方法論。郝延剛，男，碩士，工程師，研究方向：信息系統集成，雷達信號處理。季奕，女，工程師，研究方向：信息系統集成。常傳文，男，碩士，高級工程師，研究方向：信息信息系統集成，體系架構方法論。

TP311.52

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.10.001