基于DoDAF作戰視圖的無人直升機協同對海作戰建模分析

劉麗君 涂天佳

摘 要 本文在深入研究DoDAF（Department of Defense Architecture Framework）架構框架的構建思想和理論的基礎上，提出一種基于DoDAF作戰視圖的無人直升機協同對海作戰系統模型。通過分析該作戰系統架構產品的含義及相互關系，給出具體的建模步驟，完成建模。最后通過動態仿真對模型進行了驗證，結果表明無人直升機協同對海作戰系統合理可行。該方法可推動對艦機協同對海作戰系統的頂層設計并為風險控制提供技術支撐。

【關鍵詞】DoDAF 無人直升機協同 對海作戰

1 引言

用多種偵察設備和方法不斷提高我海軍“看的遠、看的清、看的準”的警戒探測能力是現代海戰中先敵發現的重要手段。由于雷達是直線傳播的，受地球曲率的限制，艦載雷達的探測范圍受限。預警機將整套雷達系統放置在飛機上，借由飛行高度，能提供較佳的搜索范圍和搜索效果，也是目前遠程搜索的主要裝備。但是由于其飛機體型較大、形跡容易暴露，機動幅度小，不適合近程、中程的警戒探測。無人直升機可懸停、任務能力廣的特點以及可替代有人機執行危險任務的優點，是海軍近程、中程、遠程偵察手段的強有力的補充。艦機協同對海作戰，有利發揮水面艦艇、無人直升機的各自優勢，可極大的提升海上編隊基于信息系統的體系作戰能力。

為適應現代戰爭的特點，需要運用系統集成的方法，建立基于信息系統的對海作戰體系，在探測、識別、跟蹤、定位、攻擊、評估的殺傷鏈的一體化集成的基礎上，實現對目標高效精確的毀傷。一般的，對體系作戰能力的設計，是在一個更為頂層的體系架構框架的指導下進行的。目前在軍事領域使用的體系架構框架中，有美國的DoDAF、英國的MoDAF、北約的NoDAF，其中以美國國防部體系架構框架（DoDAF）的研究和使用最為廣泛。其是對復雜組織進行架構開發的一套規范，指導性強，已成為美軍集成與開發系統的主要標準。其理念思想對開發海軍作戰體系的架構和通用框架具有重要的借鑒和參考價值。國內基于DoDAF理論進行系統開發、模型構建也進行了卓有成效的研究。本文基于DoDAF的架構開發理論，探討了無人直升機協同對海作戰的模型構建方法，從本質上闡述了無人直升機協同水面艦艇對海作戰的活動過程，可推動艦機協同對海作戰體系的頂層設計。

2 基于DoDAF的作戰體系架構建模特點

2.1 建模基本思想

基于DoDAF的建模過程的基本思想是：將整個系統模型的構建劃分為若干階段進行，每一階段分別側重解決不同的建模問題，分別在不同的抽象層次、以不同的顆粒度對系統模型進行描述，由此保證系統模型可以由粗略到詳細逐步推進，從而減小系統模型設計的難度、復雜度以及風險；明確定義每一階段的實施步驟，使整個系統建模過程更為透明，更容易被理解和實施；為每個階段設置明確的結束準則，以有利于問題的及早發現和解決，而不僅是在整個設計完成后才一次性進行分析和驗證。

2.2 作戰體系架構設計步驟

DoDAF各產品之間沒有嚴格的先后順序，可以根據實際需要選擇產品實現系統建模。但由于各產品之間的內在聯系及相互依賴關系，作戰體系的架構設計也可按照一定的步驟進行。

（1）作戰概念高層描述，通過構建OV-1高層作戰概念圖實現。以直觀的圖形的形式描繪作戰節點的連接關系和作戰任務，便于決策者對作戰概念的全局把控。

（2）作戰體系建模分析，通過構建OV-4組織關系圖、OV-2作戰節點連接描述、OV-5作戰活動描述、OV-6b作戰狀態轉移描述實現、OV-6c作戰事件跟蹤描述。從組成、交互、流程等角度進入作戰體系內部，詳細描繪作戰任務和作戰節點。便于決策者對作戰體系的細部了解。

（3）作戰體系邏輯自洽性驗證，通過可執行模型的動態驗證實現。體系架構設計的正確與否，直接影響到各作戰系統的設計和質量實現。通過模型的驗證，檢驗作戰體系設計的邏輯正確性，從而降低設計風險，提高設計質量。

2.3 作戰體系結構產品

DoDAF定義了一組標準視圖，從不同視角描述作戰體系的架構。無人直升機協同對海作戰體系架構建模是從作戰視角出發描述作戰概念，包括完成對海作戰的行動、作戰節點、以及節點間的信息交互，主要作戰視圖如表1所示。

3 無人直升機協同對海作戰系統建模和驗證

3.1 作戰概念高層描述

無人直升機協同對海作戰流程是：編隊指揮中心向驅逐艦下達作戰任務，驅逐艦派遣無人直升機搭在光電、雷達等設備前出開展對海搜索。無人直升機發現目標后，進行敵我識別區分我方艦船和敵艦，并將目標信息上報驅逐艦，同時對敵艦保持跟蹤。驅逐艦將處理后的遠程目標指示信息發送給艦載武器系統，艦載武器系統根據目指信息發射導彈實施打擊，打擊任務完成后，無人直升機繼續跟蹤監視目標實施毀傷評估。根據作戰流程的描述，在無人直升機協同對海作戰體系中，主要作戰節點有：編隊指揮中心、驅逐艦、無人直升機、衛星、敵艦、我方其它艦船，如圖1所示。

3.2 作戰體系建模分析

3.2.1 組織關系圖OV-4

協同對海作戰的角色有，編隊指揮中心、攻擊平臺、探測平臺、通信平臺、控制平臺，其中編隊指揮中心是作戰活動的任務發布者和組織者，其它組織角色均由該平臺指揮，如圖2所示。

3.2.2 作戰活動模型OV-5

作戰活動模型主要描述作戰任務對應的主要作戰活動以及活動間的輸入輸出關系。本場景將作戰活動劃分為3個部分：預警探測、作戰指揮和攻擊。作戰層次關系如圖3所示。其中預警探測又細分為電子偵察、雷達偵察、光電偵察、跟蹤定位、發送目指共5大二級子活動。作戰指揮細分為態勢感知、威脅評估、作戰任務規劃、作戰任務分配、效果評估共5大子活動。作戰細分為火控解算、接收目指、遠程打擊、武器控制共4大子活動。

3.2.3 作戰節點連接圖OV-2

作戰節點連接描述以圖形方式描述說明作戰系統各組成作戰節點和這些作戰節點間的信息交互需求。包括作戰體系內的作戰節點，如岸基司令部、驅逐艦、艦面站、無人直升機，也包括外部節點，如敵艦、商船、漁船。無人直升機協同對海作戰的OV-2如圖4所示。

3.2.4 作戰事件跟蹤描述圖OV-6c

作戰事件跟蹤描述追溯作戰場景中的動作或事件順序，描述各作戰節點在整個作戰任務中的各個作戰階段信息動態的時序邏輯。本文給出了對海作戰任務的作戰事件描述示意簡圖，如圖5所示。圖6給出了協同對海作戰任務中的警戒探測階段的OV-6c，詳細定義了各作戰節點間的信息交換活動的任務事件序列。

3.2.5 作戰狀態轉換描述OV-6b

作戰狀態轉換描述通過狀態圖描述各作戰節點如何通過改變其狀態來響應各種事件，通過對每個作戰節點的狀態建模，可清晰的體現以作戰任務為時序的各作戰節點的運行機制。本文僅列出驅逐艦的OV-6b，如圖7所示。

3.3 作戰體系邏輯自洽性驗證

根據體系架構開發過程中產生的活動模型、時序模型，生成體系架構的可執行模型，通過對比模型的執行狀態與預期的作戰流程的一致性來判斷體積架構設計的合理性。本文將設計好的作戰時序模型導入到模型驗證工具中，驗證其動態行為邏輯。驗證表明，該邏輯與預期一致，符合無人直升機協同對海作戰系統軍事需求。

4 結束語

大型作戰體系架構復雜，在進行此類復雜系統的架構開發和設計時，采用一種規范的統一框架進行指導可降低后期實施的風險。美國防部的架構框架（DoDAF）提供了多視角的體系描述，常用于體系的早期開發階段，基于統一的建模語言的體系架構的描述和設計之初的對體系架構的仿真驗證促進了軍方和系統開發人員的理解一致性，也是把控系統研制進度、降低設計風險的重要方法之一。

本文基于美國防部架構框架，在分析無人直升機協同水面艦艇協同對海作戰流程的基礎上，重點完成了系統作戰視圖的分析與設計，明確了作戰系統的組織角色、作戰節點組成、作戰活動，形成了基于時序的任務描述、基于任務的作戰節點交互關系和狀態變化情況，并通過時序模型的動態運行驗證了模型的邏輯正確性。結果表明通過該方法建立的作戰體系架構合理可行，并可在方案設計階段即對系統頂層設計的合理性和可行性加以驗證，對系統設計的質量保證和風險控制具有一定的指導意義和借鑒價值。可促進艦機協同對海作戰體系的頂層設計。

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作者單位

中國直升機設計研究所 江西省景德鎮市 333001