基于DODAF的航空兵数据链战术应用体系分析

沈科宇　李健　王晓安　李让

摘 要： 分析了美国国防部系统体系结构（DODAF）框架的特点，并提出采用基于活动的分析方法（ABM）开发DODAF框架体系结构视图产品，并分析了其可行性；结合航空兵作战的特点，采用Rational体系结构建模工具开发了相关视图产品，描述了航空兵作战过程和战术数据链系统的分析过程，充分将DODAF框架应用于航空兵作战战术数据链体系分析。

关键词： 航电系统； 模拟器； 接口转换； ABM

中图分类号： TN39?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）05?0021?04

0 引 言

世界已经进入21世纪信息爆炸时代，以信息和信息技术为重要基础，以系统集成为基本方式， 以有效控制为主要目标， 正在并将继续推动战争形态、战争力量和战略格局等诸多方面的变革。现代信息化战争已经从以平台为中心转向以网络为中心，支持网络中心战的是全球信息栅格（GIG），而实现全球信息栅格的重要支撑技术之一是战术数据链[1]。而享有“数字化战场中枢系统”之称的数据链， 将战场上的指挥中心、各级指挥所、各参战部队和武器平台链接在一起， 构成陆、海、空、天一体化的数字信息网络， 从而实现信息资源共享， 为作战指挥人员和战斗人员提供作战数据和完整的战场战术态势图[2]。

在以现代化为标志的未来战场上，航空兵部队的作用将不断得到深化和加强，不仅担负侦察、突防、空袭等传统任务，同时还将承担支援两栖作战、纵深打击、空海协同等重要作战任务。因此构建一个完善的航空兵作战体系，优化现役装备体系结构，发挥现有装备的最大作战效能显得至关重要。2004年2月美国国防部在原有C4ISR体系结构框架的基础上，颁布了《国防部体系结构框架》1.0版本，用于支持和指导美国国防指挥控制系统的体系结构描述[3]。2007年4月和2009年5月，DoDAF的1.5版本和2.0版本相继颁布，使得整个指挥控制框架对C4ISR系统的描述更为全面、细致、准确[4]。本文将在其基础上，进一步较深入的讨论海军航空兵数据链作战的体系结构和应用模式。

1 战术数据链与航空兵作战

在未来以高新技术为核心的网络化信息化战争中，各方的指挥与控制中心需要实时地获取、传输、显示和处理己方和敌方的所有武器平台和作战单元的各种状态和信息，使决策者能够实时掌握和了解整个战场的情况分布与态势，以便于其迅速做出行动和作战决策，应对瞬息变化的战场形势，从而使其能够牢牢掌握现代化战争的主动权。战术数据链路系统是一种供战区联合作战中各军种共同使用的战术数据信息传输系统[5]。其采用无线网络通信技术和定制的专用协议，实现陆海空各种战术平台或系统间的战术信息交换，是军队在作战行动中用于传输格式数据、数字话音、图像等各种格式化数字信息的一种重要途径。

随着1997年美军在海军学会第123次年会上提出了网络中心战（NCW）的概念[6]，作战的中心由单独的作战平台转向了以网络为中心的一种协同作战行动，其中作战平台、指挥平台、各种传感器等各种作战元素都成了作战网络上的节点，当某一个节点出现信息改变或信息获取时，整个网络上所有节点都会实时共享该信息。在实际的多兵种作战过程中，如何将获取的大量实时信息运用各种方式及时、有效和正确的处理，成为现代化信息战争中影响其作战效能发挥至关重要的因素之一。

西方发达国家尤其是美军在C4ISR系统构建过程中，通常将网络中心战的战术数据链作为其作战的关键环节。为了适应未来信息化和网络化战争的需要，北约和美军部队从20世纪末已经开始装备和使用了多种战术数据链，其中典型的有Link?4、Link?11、Link?14、Link?16等等，通过使用这些数据链，各国军方能够实现在各级指挥所和控制中心系统的显示控制台上实时绘制整个战场的战术信息与态势。

航空兵是美军实施海上进攻作战的主要兵力，无论是母舰航空兵还是岸基航空兵，在从海上对岸上目标实施空袭、支援两栖进攻作战、突击海上舰船、实施进攻性布雷封锁等军事行动中，均起着十分重要的作用[7]。航空兵作战主要有以下特点：突发性较强，应急与准备时间短；多平台分布式协同探测与预警；多种信息源的管理与融合；实时战场信息共享与协同作战。随着战术数据链技术的飞速展，如何更好的运用战术数据链结合航空兵实际作战特点，以及在网络中心战中协同作战过程中发挥更强有力的战斗力就变得尤为重要。

2 C4ISR系统建模层次

航空兵作战C4ISR 系统不仅牵涉到大量的部门、人员和装备，而且在作战过程中各部门的业务相互交叉、互相依存，因此在模型的构建过程中，首先甄别系统的功能类别和建模层次，才能依据不同的需求完善系统模型的结构和功能[4]。为了高效与准确的对各级系统进行统一建模，可按照不同的等级和特点对其进行分类。作战人员比较关心自己的权限，比较愿意按照职责划分；顶层决策人员比较注重各系统间的协作与融合，更愿意按照功能划分类别属性；而工程技术人员则更关心设备的接口联通和功能正常运行。想要构建一个各方都适用的统一完善系统，需要从不同的方面进行定义与描述。

本文借鉴了软件系统方法（Soft System Methodology，SSM）将航空兵作战C4ISR系统约定为以下层次：首先是物理层，由通信技术手段约束条件下的方案、模型和实体构成，该层主要是实体传输和信息管理；其次是逻辑层，由统一的协议与标准组成，实现各个平台之间的相互关联约定；最后是概念层，由系统中各级的信息策略按照已定义逻辑有序组成，包含各种已知的典型信息模型与管理。

3 DoDAF概述

对采用尖端系统和技术的大型组织在实施联合使命时，需要一个结构化的、可重复的方法，来评估投资和投资的候选项目，评估有效执行组织改革的能力、创建新系统的能力和配置新技术的能力。为达到这个目标，制定了DoDAF，如图1所示，将其作为体系结构开发的指南。

DoDAF包括全景、作战、系统和技术四个视图，这四个视图表达了架构的不同方面[3]：

（1） 全景视图 AV （All?Views）：主要描述架构项目应用目的和范围等相关信息，包括概述、术语、摘要和字典等。

（2） 作战视图 OV （Operational View）：主要描述要支持的作战概念，在OV中进行的建模项目需要完成作战任务的人员或组织和活动之间信息交换。OV主要定义了互操作性和作战能力方面的需求。

（3）系统和服务视图SV（Systems and Services View）：重点描述已构建系统、待构建系统和其之间的物理互联，以支持在OV中记录的相关的作战需求。

（4） 技术标准视图TV（Technical Standards View）：主要描述各个系统部件和组件之间互联的技术标准，包含技术标准演进和技术细节描述的预测。

DoDAF的作战、系统和技术三个视图，它们在逻辑上结合在一起，描述系统的架构，以保证系统的互连、互通、互操作。三个视图的每一个视图描述了架构的某些属性。这些属性既是连接两个视图的桥梁，又提供了这些视图综合集成的架构定义的完整性、相干性和一致性。

4 航空兵作战战术数据链建模分析示例

采用基于航空兵作战的活动视图和基于作战活动的战术数据链系统视图相结合的分析方法。分析在航空兵作战中战术数据链系统实体在作战节点上的通信方式和传输线路。

4.1 开发方法

按照DoDAF制定的基本原则和具体准则，架构的开发分为如图2所示的6个步骤。对特殊的组织和目的这些过程是可以剪裁的。框架并不强制执行这6个步骤，只是为了给架构开发人员提供一个有指导意义开发过程。这些步骤是描述架构所要求的基本步骤，也是经常采用的基本步骤。为了使图形简单，省略了许多反馈环路。

开发架构的前四步是确定构建架构的目的、明确架构的范围、确定架构的关键特征以及要构建的架构产品。构建哪些产品取决于架构的范围和目的。使用部门和用户在这四步中起着决定性作用，当然也要求架构开发人员参与。而后两步才主要是由架构开发人员来完成的，如图2所示。

这里主要根据航空兵数据链战术使用情况，分析生成了作战视图OV和系统视图SV，并进一步描述视图之间的关系，说明了如何构建系统的结构、组成和运行。

4.2 作战视图

4.2.1 作战活动

根据航空兵作战活动想定，分析其中涉及的各项作战活动，通过分析与分解，形成层次化的作战活动模型。活动模型是采用IDEF0语言，分别从输入、输出、控制和机制方面加以描述。不同层次图间的父子平衡关系，SA工具实现关联与检验。通过不同的视图OV?5图分别形成对应的作战活动节点树和作战活动模型。

航空兵作战除了按使用流程进行任务规划外，还根据作战样式进行细分，从对海突击、对岸突击、防空作战、反潜作战、攻势布雷作战、电子侦察和电子战等方面进行细分，将细分后的节点按照实施的过程起飞、飞行、突防、突击、返航等内容进行进一步细化，形成对应的作战活动节点树，如图3所示。然后再根据节点树涉及到的流程操作等信息形成对应的作战活动模型如图4所示。

4.2.2 作战节点

不同的作战活动又形成了不同的作战节点，每个作战节点相互关联形成对应的节点视图OV?2视图。以常用通用预案加载为例，通常保密部门和通信部门要开展协作，作战部门要下达对应的任务给通信部门，最后所有的信息汇集到机务大队进行执行，从而形成一定作战协同关系，发挥各个作战节点的作用。

4.2.3 组织结构

根据作战活动的实际情况，将涉及到的部门按功能和所属形成一定的组织机构图，明确各组织机构的关联关系OV?4图。航空兵数据链作战通常涉及到的作战部门均需要划归到对应的组织机构中去，除了涉及作战部门、通信部门、保密部门等业务部门，还要涉及到对应的航空师及航空团的架构。

4.2.4 生成信息交换报告

通过SA工具提供的三元关系矩阵，关联作战活动、作战节点和角色，关系描述如下：角色执行发生在作战节点上的作战活动。通过作战活动、作战节点和角色，方便进一步分析系统的整体结构和运转的流程。

根据信息的流向，通过DODAF工具自动生成信息交换情况，将各类作战活动、作战节点和角色有机组织在一起，形成OV?3报告，如图5所示，进一步明确作战系统中的关系。

4.2.5 物理数据模型

根据海军航空兵对岸作战消息通信，以发现敌情、分析敌情、支援、作战为导向分析设计逻辑数据模型（OV?7 Logical Data Model），并通过逻辑数据模型建立实体关系（Entity Relation），进而建立物理数据模型（SV?11 Physical Data Model），如图6所示。

4.3 系统视图

（1） 系统功能

根据系统运行的实际情况，对系统的模块进行进一步分解，并对每一模块的运转情况进行机一部构筑，最终形成不同的功能区域，实现一定的功能。

航空兵数据链战术系统可以按照数据链的功能区域从对时、组网、模式设置、数据传输、指令下达等内容入手，在将组网、传输等功能进行二次细化，从而形成不同的功能区域。

（2） 系统节点

SA工具ABM方法提供自动绘制节点接口及接口线的功能。对应SV?1图例，由于航空兵数据链战术应用中数据链通信是双向的，所以不同机型之间的通信可以建立不同的系统节点，然后同步不同的数据链和电台进行数据通信，从而形成对应的系统节点，对各个机型在数据链战术应用中的功能进行描述。

（3） 系统节点、系统功能、系统实体三元关系设置

同作战视图中三元关系类似，这里描述系统视图中三元关系，可以通过DODAF的系统节点到系统功能的应用来实现关联系统节点和系统功能，并同时为系统节点所具备系统功能分配承载体（系统实体）。以雷达系统为例，将雷达系统节点，通过发送态势信息、电磁干扰情况等系统系统功能，分配给数据链战术系统形成系统实体，如图7所示。

4.4 作战活动和系统功能追溯矩阵

要确定系统功能如何支持作战需求，一个作战需求需要哪些系统功能来支撑，确保体系结构是合理的。

作战活动和系统功能间的关系可以是多对多和一对多的关系，那就是说一个活动可以需要多个系统功能来支持，同时一个系统功能也可以实现多个活动的需求。

航空兵数据链战术应用就是通过不同的作战需求来规划对应的系统功能，并在不同的系统功能中分析对应不同的作战需求，最后形成一个架构的有机整体，为部队分析和使用数据链战术应用提供合理的依据和方法。

5 结 语

战术数据链的成熟应用是现代化信息战争发展的重要标志之一，其在现代战争中发挥着极其重要的作用，部队对战术数据链的应用水平高低能够在很大程度上决定未来信息化战争的走向和结果。基于作战活动的战术数据链应用分析为打造一体化战术数据链作战平台提供有利的帮助，采用DODAF框架对数据链进行了分析和建模设计，并通过分析和建模设计证明DoDAF在航空兵作战战术数据链分析的可行性。

参考文献

[1] 徐丹，刘作良.航空数据链建设及展望[J].舰船电子工程，2006，26（3）：27?30.

[2] 王邦荣，李辉，张安，等.战术数据链的现状及未来发展趋势[J].火力与指挥控制，2007，32（12）：5?9.

[3] WIDNEY Chris. Department of defense architectural framework， DoDAF [M]. USA： [s.n.]， 2006.

[4] 马颖亮，高晓冬，张光轶.基于RUP的航空兵作战C4ISR体系结构研究[J].指挥控制与仿真，2011，33（4）：20?24.

[5] 许同和，王丽云.美军Link?16战术数据链路系统[J].现代军事，2002（8）：36?37.

[6] 胡欣杰，潘清.网络中心战体系结构研究装备[J].装备学院学报，2012（4）：56?58.

[7] 付幼尧.美军航空兵海上进攻作战主要特点[J].现代军事，1996（6）：78?80.

同作战视图中三元关系类似，这里描述系统视图中三元关系，可以通过DODAF的系统节点到系统功能的应用来实现关联系统节点和系统功能，并同时为系统节点所具备系统功能分配承载体（系统实体）。以雷达系统为例，将雷达系统节点，通过发送态势信息、电磁干扰情况等系统系统功能，分配给数据链战术系统形成系统实体，如图7所示。

4.4 作战活动和系统功能追溯矩阵

要确定系统功能如何支持作战需求，一个作战需求需要哪些系统功能来支撑，确保体系结构是合理的。

作战活动和系统功能间的关系可以是多对多和一对多的关系，那就是说一个活动可以需要多个系统功能来支持，同时一个系统功能也可以实现多个活动的需求。

航空兵数据链战术应用就是通过不同的作战需求来规划对应的系统功能，并在不同的系统功能中分析对应不同的作战需求，最后形成一个架构的有机整体，为部队分析和使用数据链战术应用提供合理的依据和方法。

5 结 语

战术数据链的成熟应用是现代化信息战争发展的重要标志之一，其在现代战争中发挥着极其重要的作用，部队对战术数据链的应用水平高低能够在很大程度上决定未来信息化战争的走向和结果。基于作战活动的战术数据链应用分析为打造一体化战术数据链作战平台提供有利的帮助，采用DODAF框架对数据链进行了分析和建模设计，并通过分析和建模设计证明DoDAF在航空兵作战战术数据链分析的可行性。

参考文献

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[7] 付幼尧.美军航空兵海上进攻作战主要特点[J].现代军事，1996（6）：78?80.

同作战视图中三元关系类似，这里描述系统视图中三元关系，可以通过DODAF的系统节点到系统功能的应用来实现关联系统节点和系统功能，并同时为系统节点所具备系统功能分配承载体（系统实体）。以雷达系统为例，将雷达系统节点，通过发送态势信息、电磁干扰情况等系统系统功能，分配给数据链战术系统形成系统实体，如图7所示。

4.4 作战活动和系统功能追溯矩阵

要确定系统功能如何支持作战需求，一个作战需求需要哪些系统功能来支撑，确保体系结构是合理的。

作战活动和系统功能间的关系可以是多对多和一对多的关系，那就是说一个活动可以需要多个系统功能来支持，同时一个系统功能也可以实现多个活动的需求。

航空兵数据链战术应用就是通过不同的作战需求来规划对应的系统功能，并在不同的系统功能中分析对应不同的作战需求，最后形成一个架构的有机整体，为部队分析和使用数据链战术应用提供合理的依据和方法。

5 结 语

战术数据链的成熟应用是现代化信息战争发展的重要标志之一，其在现代战争中发挥着极其重要的作用，部队对战术数据链的应用水平高低能够在很大程度上决定未来信息化战争的走向和结果。基于作战活动的战术数据链应用分析为打造一体化战术数据链作战平台提供有利的帮助，采用DODAF框架对数据链进行了分析和建模设计，并通过分析和建模设计证明DoDAF在航空兵作战战术数据链分析的可行性。

参考文献

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[2] 王邦荣，李辉，张安，等.战术数据链的现状及未来发展趋势[J].火力与指挥控制，2007，32（12）：5?9.

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[7] 付幼尧.美军航空兵海上进攻作战主要特点[J].现代军事，1996（6）：78?80.