基于DoDAF的预警探测情报保障体系结构

张　波　郝延刚　叶　玲　季　奕　常传文

(1.中国电子科技集团公司第二十八研究所　南京　210007)(2.海军驻南京地区雷达系统军事代表室　南京　210003)



基于DoDAF的预警探测情报保障体系结构

张波1郝延刚2叶玲1季奕1常传文1

(1.中国电子科技集团公司第二十八研究所南京210007)(2.海军驻南京地区雷达系统军事代表室南京210003)

针对预警探测情报保障系统组成结构复杂、系统规模日益庞大、集成装备种类多样以及越来越短的产品研制周期要求，对DoDAF( Department of Defense Architecture Framework) 体系结构进行了研究，分析了DoDAF产品的内涵、相互关联关系及使用模式，提出一种基于DoDAF的预警探测情报保障体系结构建模方法，结合实例给出了体系结构产品的设计过程，并对DoDAF开放体系结构的优点、在实践中可能遇到的问题及解决方法进行了分析。

预警探测; 情报保障; DoDAF; 体系结构

Class NumberTP311.52

1　引言

随着科技的发展，预警探测情报系统的组成结构愈发复杂，操作使用方式灵活多变，协同工作模式多样，为了提高此类系统的开发效率，减少设计风险，保证系统开发的有效性，最终提高整个系统的互联、互通、互操作能力，有必要加强系统的顶层设计。

二十一世纪以来，美国国防部为了领导美军实现从基于威胁(thread-based) 向基于能力(capability-based) 的战略转型[1～2]，致力于提出一种体系化、可复用的方法论，旨在基于复杂系统和服务来实现军事信息系统的联合使命，在研究这一方法论的过程中，以规范C4ISR系统体系结构的描述为实践案例，美军发布了《C4ISR体系结构框架》[3]，并在此基础上发布了《国防部体系结构框架1.0》，并结合应用反馈不断完善，最终在2005年发布了《国防部体系结构框架2.0 草案》，即DoDAF2.0 (Department of Defense Architecture Framework)。DoDAF体系结构提出了一种说明各类作战场景、系统和子系统的规范描述方法，该方法通过不同的视点研究和描述系统的体系结构。

目前，国内各科研单位也对系统的体系结构及其描述方法进行了相关研究，并取得了一些成果[4～9]，但是，这些成果主要是对国外框架思想的借鉴与参考，还处于理论研究和相关支撑工具的开发阶段，并没有针对我国国情建立军事信息系统的体系结构框架，同时，面向具体作战应用实例的体系结构设计也不多见[4～6]。

本文对美国国防部体系结构框架进行了研究，并在此基础上，结合预警探测情报保障这一具体作战应用实例，提出了一种基于DoDAF 的预警探测情报保障体系结构，给出了具体的体系结构设计步骤，并实现了相关体系结构产品。

2　DoDAF体系结构建模概述

DoDAF是美国国防部发布的指导军事系统工程项目研发的系统工程方法，其最终目标是确保研发的体系结构及系统支持综合集成、互操作和高性价比。

基于DoDAF体系结构建模的基本思路是首先将系统模型的构建分接为多个阶段，然后，以各阶段为对象分别建模，逐步推进系统模型的建立，降低系统建模的困难程度，突出了各阶段的重点，易被各级建模人员理解；同时，每个阶段都被明确有结束要求，各阶段的问题可以立即被解决，无需在全系统的所有设计都完成后再进行一次性的仿真验证[3]，有效提高了设计效率。

图1　DoDAF作战视图产品及关系示意

2.1DoDAF作战视图产品

作战体系结构是任务和行动、作战要素以及完成或支援军事作战要求的信息流的一种描述，其主要作用是确定作战人员的信息需求，表述军事信息系统支持的作战职能和逻辑要求[1～2,10～11]。该视图的设计将确定系统的作战使命、作战节点、作战活动以及作战要素之间的关系，以及为了完成指定的作战活动各作战节点之间的信息交换和信息流。DoDAF V1. 5版本中作战视图主要包括九个产品，分别为:高层作战概念图(OV-1)、作战节点连接描述(OV-2)、作战信息交换矩阵(OV-3)、组织关系描述(OV-4)、作战活动模型(OV-5)、作战规则模型(OV-6a)、作战状态转换描述(OV-6b)、事件跟踪描述(OV-6c)以及逻辑数据模型(OV-7) 。

2.2建模步骤

体系结构产品之间有其内在的联系以及相互依赖关系，在实施过程中，描述特定的体系结构应根据体系结构的目的和用途确定需要开发的产品内容，而不是每描述一个产品就要形成所有的产品视图。根据机载相控阵雷达作战的内在联系和DoDAF的构建过程，形成了一个作战系统体系结构框架的基本步骤[7～9]，如图2所示。

图2　DoDAF建模过程

步骤1AV-1完成系统综述和概要信息，包括范围、目的、预计的用户、所描绘的环境、分析结果等。

步骤2OV-1是作战概念的全局概要图形描述，主要描述需要完成的使命、建设范围、服务范围、对象等，它给出了重要的作战节点，描述重要的或独特的作战能力，并描述目标体系结构与环境之间的关系和体系结构与外部系统之间的关系

OV-4描述体系结构关键参与者间的关系。描述在体系结构中起关键作用的作战人员或作战组织之间的指挥结构，其目的是清晰系统内部和外部的组织及下级组织关系。这些关系可能是监督报告、指挥控制、命令等。

步骤3OV-2和OV-3分别以图形化和矩阵的形式描述节点间的信息交换关系。其中，OV-2是描述作战节点和这些作战节点间的需求线的一个产品。作战节点关联图包括这个体系结构内部的作战节点，也包含外部节点，需求线说明需要交换的信息。OV-3以矩阵的方式进一步详细说明节点间的信息交互关系以及交互的信息内容。

步骤4OV-5描述系统完成某一作战活动的作战流程。描述为了完成任务或者达到目标需要执行的一系列活动，由能力、作战活动、活动间的输入输出流等建模元素构成。OV-5的两种关系必须要体现，一种是层次关系，即作战活动具有子活动，一种就是信息流的关系。

步骤5OV-6b描述作战状态的转换关系;OV-6c描述作战事件跟踪情况以及特定场景下各作战节点之间的信息交互时序关系。

3　基于DoDAF的预警探测情报保障体系结构设计与验证

3.1高级作战概念图(OV-1)

高级作战概念图(OV-1)通过图形方式描述说明拟研制系统的组成、定位、使命任务和作战过程等内容[10～11]，为用户、设计师提供一个直观的感觉，用于系统分析时设计人员与用户进行沟通交流，对预警探测系统的需求进行分析后，预警探测情报保障体系架构的高级作战概念图示意如图3所示。

图3　高级作战概念图(OV-1)示意

由图3可知，预警探测情报保障系统由探测装备平台、处理与分发控制平台、显控平台组成。探测信息接入控制、信息综合处理、情报上报、值班显控是对预警探测情报保障系统的能力要求，同时，对情报上报对象也提出明确要求，这些特殊或重要的要求代表了系统与外接传感器、指挥系统之间的关系，为系统设计人员、系统用户构建了一座交流的桥梁。

3.2信息关系图(OV-2)

信息关系图(OV-2)通过图形方式描述说明系统各组成作战节点和这些作战节点间的信息交互需求[10～11]。信息关系图包括这个体系结构内部的作战节点，也包含外部节点，图中的信息关系线说明了这些节点之间需要交换的信息，预警探测情报保障体系的信息关系示意如图4所示。

3.3信息交互矩阵(OV-3)

信息交互矩阵(OV-3)采用表格的方式描述说明体系架构中各作战任务节点间的信息交换要素[10～11]，是信息关系图OV-2的补充，OV-3对OV-2中的每一条信息交互需求给出说明，描述了信息交换的双方及双方需要交互信息的内容、原因、方法及需求等，是后续系统详细设计、接口文件制定等工作的基础。预警探测情报保障体系的信息交换矩阵(OV-3)示意如表1所示。

图4　信息关系图(OV-2)示意

序号信源信宿业务节点连接描述1探测平台处理与分发控制平台探测信息2显控平台探测平台控制指令3处理与分发控制平台显控平台情报信息指挥命令情报需求4显控平台处理与分发控制平台控制指令5处理与分发控制平台上级系统/情报用户情报信息6上级系统/情报用户处理与分发控制平台指挥命令指挥命令情报需求

3.4组织关系图(OV-4)

组织关系图(OV-4)描述说明了体系结构所涉关键参与人员/机构之间的指挥控制关系[10～11]。这里描述了预警探测系统内外部参与者之间的关系，预警探测情报保障体系的组织关系图(OV-4)示意如图5所示。

图5　组织关系图(OV-4)示意

3.5作战活动模型(OV-5)

作战活动模型(OV-5)描述说明了在特定场景中体系架构的主要作战活动情况[10～11]，并通过关系线来说明各作战活动之间的关系，包括：

1) 体系结构内部各作战活动之间的关系；

2) 体系结构外部作战活动和体系架构内部各作战活动之间的关系。

预警探测情报保障体系的作战活动模型示意如图6所示。

图6　作战活动模型(OV-5)示意

3.6状态转换模型(OV-6b)

作战状态转换模型(OV-6b)描述不同作战场景下体系架构的状态变化情况[10～11]。根据应用需求，可以用一个或多个视图表示体系架构各个工作方式之间的转换以及每一工作方式下各个作战状态的转换流程。预警探测情报保障体系架构的状态转换模型示意如图7所示。

图7　状态转换模型(OV-6b)示意

图8　事件追踪模型(OV-6c)示意

3.7事件跟踪模型(OV-6c)

作战事件跟踪模型(OV-6c)描述了体系架构中各组成节点之间的信息交换流程和工作顺序[10～11]，用于说明各组成节点间信息交互的时序。预警探测情报保障体系架构的事件跟踪模型示意如图8所示。

4　结语

由于科技的发展，单一探测装备已难以提供准确的情报，预警探测体系结构的组成愈发复杂，在设计此类系统时需要一种标准的、统一的方法论指导，以降低系统设计后的实施风险，系统作战体系结构框架(DoDAF)提供了多角度的系统描述，该方法常被用于大型综合电子信息系统的早期开发阶段，增强了应用人员和系统设计、开发人员之间的理解一致性，也是控制研制时间，降低设计风险的重要方法之一。

本文在对DoDAF进行研究的基础上，提出了一种基于DODAF的预警探测情报保障体系结构框架设计，给出了具体的体系结构设计步骤，描述了所涉体系结构的视图产品，对更好地了解预警探测情报保障体系这一复杂集成系统的工作原理、组成节点及节点间信息关系和各分系统的状态转换情况提供了帮助，也为该类系统的设计、开发人员提供了提高系统效能、改进系统具体环节的辅助依据。

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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

张波，男，博士，高级工程师，研究方向：传感器系统集成，通信与信息系统，体系架构方法论。郝延刚，男，硕士，工程师，研究方向：信息系统集成，雷达信号处理。季奕，女，工程师，研究方向：信息系统集成。常传文，男，硕士，高级工程师，研究方向：信息信息系统集成，体系架构方法论。

TP311.52

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.10.001