试验与训练使能体系结构(TENA)及在我国靶场的应用设想

2014-11-09许雪梅

遥测遥控 2014年3期

许雪梅

(辽宁葫芦岛92493部队98分队葫芦岛 125000)

引言

试验与训练使能体系结构TENA(Test and Training Enabling Architecture)是美国国防部开发的面向试验与训练领域的公共体系结构，其目的是搭建一个指导三军各靶场装设备(软硬件)建设的总体规范框架，促进实现三军各靶场之间资源的互用性、重用性和可组合性，以便能根据具体任务要求快速、高效地建立一个无边界靶场，更好地完成网络中心战环境下的信息化武器系统的研制、试验、训练和演习等任务。我国靶场分布地域广阔，通常按照型号、任务划分形成各试验区域独立建设、自成体系的建设格局，难以适应我国基于信息系统的体系作战能力建设需求，因此我国靶场借鉴美军TENA，实现资源的互联互通互操作、重用和可组合，进而促进靶场要素融合、资源整合、系统综合、区域联合、功能聚合，将对靶场信息化建设和未来跨区联合试验训练演练、一体化试验训练演练具有重要意义。

1 TENA的背景

TENA的提出具有深厚的需求背景。多年来美国国防部投资建设了大量试验训练靶场。这些靶场地理位置分散，大多以军种为中心且各靶场试验训练能力很强，但通常只提供单一服务，呈“烟囱式”独立发展，不仅造成大量项目的重复建设，还严重阻碍了靶场之间的互操作和资源重用，影响了靶场经济高效的发展;而且试验与训练面临诸多挑战，特别是要求能在联合环境下最大限度地考核武器系统的性能和效能或者按实际作战方式对作战部队进行训练，这就要求必须更加高效利用已有的试验训练资源。基于此，同时考虑到未来作战与训练概念严重依赖于网络中心战能力，美国国防部认为迫切需要在试验与训练领域建立一种能克服当前“烟囱式”设计、实现靶场资源之间互操作、重用和可组合的新技术基础。于是便发起了“基础倡议2010”(简称“FI2010”，Foundation Initiative 2010)工程，授权开发基础体系结构和技术，目标是为构建满足未来几十年军事需求的试验与训练无边界靶场提供体系结构和技术支撑。“FI2010”工程在借鉴多种体系结构的研究和应用成果的基础上定义了TENA。TENA就是从公共体系结构方面为无边界靶场的实现提供总体规划和技术标准，以经济有效的方式提供互操作能力，并根据具体任务需要将分布在各靶场中的试验、训练、仿真、高性能计算能力进行集成，构建试验与训练的无边界靶场[1]。

TENA专注于靶场试验与训练领域的特定需求，较分布交互式仿真DIS(Distributed Interactive Simulation)、建模仿真高层体系结构HLA(High Level Architecture)具有更强的针对性，能提供包含DIS与HLA以外的更多功能[1](如图1所示)，对于实现网络中心战环境下的试验和训练具有重要的促进作用，其思想和技术对于解决试验训练领域所面临的需求和挑战具有重要意义。

图1 TENA、HLA和DIS的功能比较

2 TENA的内涵

2.1 体系结构的重要性

基于体系结构的开发已经成为通用工程实践的一部分。对于某个应用领域来说，如果没有一个整体的体系结构，任何新系统的开发将变成一个跟其他的项目或整个业界的目标和战略关系不大的单个“点方案”，从而导致许多烟囱式的系统;没有一个体系结构就没有一种建设大规模系统或体系的机制。反之，如果基于一个公共的体系结构，任何新开发的系统都不只是简单解决特定环境下的特殊问题，而是可以解决体系下的公共问题。体系结构是系统需求与系统设计之间的桥梁，是系统设计与实现的蓝图。因此在建设大系统或体系前首先明确一个公共体系结构对避免重复建设、解决互联互通互操作问题、发挥整体效益等方面具有重要作用。

2.2 TENA 的组成

TENA概览图如图2所示[1]。靶场应用资源主要包括显示系统、传感器系统、硬件在回路实验室以及其他系统，是组成特定任务系统的基本单位。TENA工具是指某些通常可重用的靶场应用资源，如管理与监控系统、分析与评估等。TENA中间件是公共软件基础设施，负责运行期间所有靶场应用之间的通信，这种通信的主体是无边界靶场对象模型中所定义的对象集，这些对象是可重用的。TENA资源仓库主要存储对象模型及相关信息，对象模型是实现互操作的一个关键机制。数据档案主要存储由数据采集器收集的事件前、事件中、事件后产生的各类信息。资源仓库和数据档案通过TENA中间件进行访问。靶场应用资源、工具、实用程序通过TENA中间件发布某些TENA对象并订购其他的TENA对象。网关负责执行TENA对象与非TENA系统所使用的标准和协议之间的转换。

图2 TENA概览图

2.3 TENA实现的功能

“FI2010”工程提出了四类高层需求，分别是支持正在出现的作战概念;支持对新武器系统的完全试验;减少靶场费用，特别是公共资源的费用;支持将建模与仿真集成到基于仿真的采办环境中。基于这些高层需要，“FI2010”工程将焦点集中在为靶场提供高效益的系统间互操作和新系统开发上。实现此目标的机制是使用一个公共的体系结构，即TENA。因此，TENA需要实现以下功能:

①技术功能

互操作——原有各自独立开发的组件或系统通过信息交互机制一起工作，使其功能互补，共同实现所定义的目标。

重用性——在互操作条件下使原有规定性能的组件或系统在超出原设计使用环境下应用。

可组合——将可挑选的各种互操作、重用的组件或系统灵活快捷地组合成为所需要的新系统。

②运作功能

支持无边界靶场的实现，包括对贯穿整个事件生命周期软件和数据的管理;支持在网络中心战环境下进行试验和训练;支持以高效益的方式快速开发、配置和应用无边界靶场;逐步配置，能在不妨碍当前靶场运行情况下与非TENA系统交互;广泛满足各种类型的靶场通用系统的运行性能需求，这些系统包括传感器、显示、控制系统、环境表示、数据处理系统、通信系统、遥测系统、分析工具、数据存档及其他系统。

3 TENA的研究现状

3.1 TENA在美军的应用情况

美军一直尝试在武器试验靶场进行基于近似实战环境下的试验和训练，目前TENA已广泛应用于美军联合试验和训练中，如“千年挑战2002”、“联合红旗2005”、“严峻挑战2006”、“集中火力2007”等[2]。

①“千年挑战2002”联合试验

2002年7月进行的“千年挑战2002”联合试验演练采用了实兵实装与计算机作战模拟相结合的方式，20%的战斗由实兵实装在9个军事基地进行，80%的战斗则是使用多种作战模拟系统在18个模拟战场上实现，有效运用TENA技术和产品将多个靶场的试验和训练资源有机集成在一起(如图3所示)，成功演示了TENA通过保密的网际协议路由器网络和通过租借广域网通信运行的能力。

图3 基于TENA的“千年挑战2002”靶场集成示意图

2005年3月启动的多靶场、多军种参与的“联合红旗2005”军事演习，涉及实兵、虚拟、构造等多种要素，是一次大规模的实兵与仿真相结合的联合演练。在演习期间，TENA作为实现不同实体之间互操作的数据交换体系，应用在80余台计算机上，运行24种不同的数据收集、显示和分析应用，连接了内达华州内利斯空军基地、新墨西哥州白沙导弹靶场、德克萨斯州布利斯堡协调中心、位于佛罗里达州的联合演习控制小组以及位于弗吉尼亚州的联合训练分析与仿真中心等多个部门，如图4所示。联合演习控制小组将通过TENA接收的真实作战传感器信息、靶场信息以及仿真生成的信息同时显示在公共作战画面上，实时显示对整个试验战场的态势感知[2]。

图4 基于TENA的“联合红旗2005”系统集成示意图

3.2 国内TENA的研究现状

目前国内多家科研院所都在致力于TENA相关技术的研究和相关产品的研发工作，力图在国内军事领域占有一席之地。随着对TENA的深入研究和自主产品的研发，军内不少单位已应用或开始关注基于TENA的应用。据了解，个别科研院所已参照TENA自主研发了系列产品，并已得到应用。如哈尔滨某大学将自主研发的产品应用于战术导弹实验室，通过TENA中间件实现了以某导弹试验为背景的外场实装、半实物和内场仿真间的互联互通互操作，为近似实战环境下的武器装备性能考核特别是边界条件考核提供了新模式。北京某系统工程技术开发公司自主研发的联合试验与训练支撑平台产品已应用于某装备流程试验及训练系统，通过TENA中间件将外场实装接入某装备一体化流程推演平台，实现实装与仿真的交互，提高训练的逼真度。

4 TENA在我国靶场的应用设想

4.1 我国靶场采用TENA的必要性

TENA是专门针对靶场试验与训练领域而设计的，因此我国靶场采用TENA技术是适合的，也是非常必要的。

①我国靶场经过几十年的建设，装备资源丰富，基础设施逐步完善，但存在资源利用率不高、重复建设的问题。为此，需要尽可能开发公用资源，提高资源的使用效率，使得资源应用经济高效。

②随着武器装备的发展，要求对武器装备考核全面且接近实战，特别是边界条件考核急需我国靶场在现有资源的基础上实现跨部门、跨区域联合，实现实装、半实物、仿真资源的有效联合。

③联合试验训练的规模和范围超出了现有我国靶场任一试验区域的能力，必须将各试验区的资源有效整合，才能满足联合试验训练的需求。

④为了降低投资风险，提高试验训练综合保障能力，需要以模型和仿真为纽带建立跨功能、跨阶段、跨部门的协同环境，进行一体化研究、开发、试验和训练，突出“仿真、试验和评估过程”，通过“模型——试验——模型”的方法获得经过试验验证的模型，促进模型和仿真更好地应用于我国靶场试验训练领域。

综上分析可以看出，只有将TENA赋予的互操作、重用和可组合特性引入我国靶场，建立与TENA相仿的我国靶场公共体系结构，并将其作为必须共同遵循的标准规范，才能实现真正意义上的联合试验训练，实现多功能信息化靶场。

4.2 TENA在我国靶场的应用设想

参照TENA，设计靶场公共体系结构概览图如图5所示。

图5 靶场公共体系结构概览图

①中间件

公共体系结构实时运行中间件是连接资源应用、资源仓库、数据档案库、工具、网关等的纽带，支持互操作、实时、面向对象的分布系统应用的建立。中间件设计的目标是提供通用化的、灵活的、实现各种资源间可互操作、可重用、可组合的平台，并能为靶场所有系统提供一致的接口规范。中间件主要提供系统管理服务、声明管理服务、对象管理服务、时间管理服务、所有权管理服务、数据分发管理服务和安全管理服务等，提供以匿名订购发布为机制的数据交换机制，支持以动态加载模式扩展的远程资源访问接口。

②资源仓库

资源仓库本质上是一个庞大的、统一的、安全的、由数据库组成的数据库，以分布式形式部署。它呈现给用户的是一个单一的“逻辑”仓库，能够为不同种类的试验训练任务及系统使用相关资源提供接口机制。资源仓库主要存储靶场中所有可用资源的实际配置地址、信息索引、对象模型等。这些可用资源包括各种实物/半实物/虚拟的装备资源、用于任务过程显示和指挥控制的多种显控资源、数据获取和处理资源以及其他通用资源。这些资源是构建靶场任务系统的基础，在构建任务系统时可根据具体的需求从资源仓库中选取合适的靶场资源对象模型，并通过对象模型访问实际的靶场资源。

③数据档案库

数据档案库实际上是一个高性能的、分布式的、按时序组织的数据库，用于存储任务过程记录的数据、分析处理得到的结果以及支持靶场任务系统的相关构建信息(如任务系统方案、任务系统配置信息、初始化信息等)，它是靶场应用资源之间非实时通信的主要手段。数据档案由三类底层数据库组成:本地数据档案，主要存储靶场资源应用;公共数据档案，主要存储公共的靶场对象模型信息，包括状态分布对象的公共状态、公共消息、公共数据流等，公共数据档案可运行在一台计算机上，也可运行在多台计算机上;数据档案索引服务器，它包含其他数据档案中的数据指针及有关这些数据的元数据目录和数据目录，用于快速查询和分析。元数据目录是为数据提供含义和标准化解释而建立的目录，涵盖了各种主要的描述数据的内容。数据目录主要是为实例化数据的共享、指示、定位和检索服务而建立的目录。

④网关

网关负责将不兼容系统转换成兼容的系统，即负责标准和协议所需要的任何转换，并提供异构系统或网络之间的物理连接。利用网关可以实现外部资源的获取和调用。网关的本质就是协议转换器。

⑤工具

工具主要包括资源封装工具、资源仓库管理工具、数据采集与回放工具及数据档案库管理工具等。

资源封装工具是为在公共体系结构下实现各种资源的互操作、重用和可组合，按照统一模式对资源进行描述和封装的一种工具，可实现资源模型的开放描述、资源设备的快速接入、资源操控的标准模式等。

资源仓库管理工具用于管理和控制资源仓库，使得用户能够与资源仓库进行交互，可查看仓库中所有资源的相关信息;添加、删除、更新相关资源信息;辅助备份资源仓库;管理仓库的安全;以B/S(浏览器/服务器)模式操控远程设备;执行资源分类统计及报表生成等。

数据采集与回放工具通过元数据对待采集的数据格式进行定义，支持多节点多数据并行采集功能，可为采集数据加入时戳标志，使数据具有时序特征，同时支持数据回放功能。

数据档案库管理工具实现对数据档案的管理和控制。用户能够查看、备份、恢复、删除和管理数据档案中所有任务规划、任务方案、任务数据及其元数据信息，管理数据档案的安全等。

⑥靶场资源应用

靶场资源是构建靶场资源应用的基础，靶场资源应用是构建靶场任务系统的基本单元。其中靶场资源主要包括测量控制、通信网络、靶标与环境模拟、对海警戒与电子对抗、气象水文与测绘导航、计量与信息保障、仿真与分析评定、安全保密等基础设施以及环境库、装备库、方案库、模型库、算法库和其他资源等;靶场资源应用主要包括实装类、半实物类、仿真类以及指控与显示应用、分析与评估应用和装备管控应用等。在靶场资源应用内部，各种靶场资源封装的组件之间可以通过公共组件接口规范实现信息交互。在任务系统内部，靶场资源应用通过中间件提供的订购发布机制实现资源应用间的信息交互，从而实现靶场资源的可组合应用。因此通过靶场公共体系结构，采用组件化设计模式对所需资源进行封装，有利于按照任务需求快速构建相应的任务系统，促进装备或系统的互联互通互操作、重用和可组合。