基于DoDAF作战视图的无人直升机协同对海作战建模分析
摘 要 本文在深入研究DoDAF（Department of Defense Architecture Framework）架构框架的构建思想和理论的基础上，提出一种基于DoDAF作战视图的無人直升机协同对海作战系统模型。通过分析该作战系统架构产品的含义及相互关系，给出具体的建模步骤，完成建模。最后通过动态仿真对模型进行了验证，结果表明无人直升机协同对海作战系统合理可行。该方法可推动对舰机协同对海作战系统的顶层设计并为风险控制提供技术支撑。
【关键词】DoDAF 无人直升机协同 对海作战
1 引言
用多种侦察设备和方法不断提高我海军“看的远、看的清、看的准”的警戒探测能力是现代海战中先敌发现的重要手段。由于雷达是直线传播的，受地球曲率的限制，舰载雷达的探测范围受限。预警机将整套雷达系统放置在飞机上，借由飞行高度，能提供较佳的搜索范围和搜索效果，也是目前远程搜索的主要装备。但是由于其飞机体型较大、形迹容易暴露，机动幅度小，不适合近程、中程的警戒探测。无人直升机可悬停、任务能力广的特点以及可替代有人机执行危险任务的优点，是海军近程、中程、远程侦察手段的强有力的补充。舰机协同对海作战，有利发挥水面舰艇、无人直升机的各自优势，可极大的提升海上编队基于信息系统的体系作战能力。
为适应现代战争的特点，需要运用系统集成的方法，建立基于信息系统的对海作战体系，在探测、识别、跟踪、定位、攻击、评估的杀伤链的一体化集成的基础上，实现对目标高效精确的毁伤。一般的，对体系作战能力的设计，是在一个更为顶层的体系架构框架的指导下进行的。目前在军事领域使用的体系架构框架中，有美国的DoDAF、英国的MoDAF、北约的NoDAF，其中以美国国防部体系架构框架（DoDAF）的研究和使用最为广泛。其是对复杂组织进行架构开发的一套规范，指导性强，已成为美军集成与开发系统的主要标准。其理念思想对开发海军作战体系的架构和通用框架具有重要的借鉴和参考价值。国内基于DoDAF理论进行系统开发、模型构建也进行了卓有成效的研究。本文基于DoDAF的架构开发理论，探讨了无人直升机协同对海作战的模型构建方法，从本质上阐述了无人直升机协同水面舰艇对海作战的活动过程，可推动舰机协同对海作战体系的顶层设计。
2 基于DoDAF的作战体系架构建模特点
2.1 建模基本思想
基于DoDAF的建模过程的基本思想是：将整个系统模型的构建划分为若干阶段进行，每一阶段分别侧重解决不同的建模问题，分别在不同的抽象层次、以不同的颗粒度对系统模型进行描述，由此保证系统模型可以由粗略到详细逐步推进，从而减小系统模型设计的难度、复杂度以及风险；明确定义每一阶段的实施步骤，使整个系统建模过程更为透明，更容易被理解和实施；为每个阶段设置明确的结束准则，以有利于问题的及早发现和解决，而不仅是在整个设计完成后才一次性进行分析和验证。
2.2 作战体系架构设计步骤
DoDAF各产品之间没有严格的先后顺序，可以根据实际需要选择产品实现系统建模。但由于各产品之间的内在联系及相互依赖关系，作战体系的架构设计也可按照一定的步骤进行。
（1）作战概念高层描述，通过构建OV-1高层作战概念图实现。以直观的图形的形式描绘作战节点的连接关系和作战任务，便于决策者对作战概念的全局把控。
（2）作战体系建模分析，通过构建OV-4组织关系图、OV-2作战节点连接描述、OV-5作战活动描述、OV-6b作战状态转移描述实现、OV-6c作战事件跟踪描述。从组成、交互、流程等角度进入作战体系内部，详细描绘作战任务和作战节点。便于决策者对作战体系的细部了解。
（3）作战体系逻辑自洽性验证，通过可执行模型的动态验证实现。体系架构设计的正确与否，直接影响到各作战系统的设计和质量实现。通过模型的验证，检验作战体系设计的逻辑正确性，从而降低设计风险，提高设计质量。
2.3 作战体系结构产品
DoDAF定义了一组标准视图，从不同视角描述作战体系的架构。无人直升机协同对海作战体系架构建模是从作战视角出发描述作战概念，包括完成对海作战的行动、作战节点、以及节点间的信息交互，主要作战视图如表1所示。
3 无人直升机协同对海作战系统建模和验证
3.1 作战概念高层描述
无人直升机协同对海作战流程是：编队指挥中心向驱逐舰下达作战任务，驱逐舰派遣无人直升机搭在光电、雷达等设备前出开展对海搜索。无人直升机发现目标后，进行敌我识别区分我方舰船和敌舰，并将目标信息上报驱逐舰，同时对敌舰保持跟踪。驱逐舰将处理后的远程目标指示信息发送给舰载武器系统，舰载武器系统根据目指信息发射导弹实施打击，打击任务完成后，无人直升机继续跟踪监视目标实施毁伤评估。根据作战流程的描述，在无人直升机协同对海作战体系中，主要作战节点有：编队指挥中心、驱逐舰、无人直升机、卫星、敌舰、我方其它舰船，如图1所示。
3.2 作战体系建模分析
3.2.1 组织关系图OV-4
协同对海作战的角色有，编队指挥中心、攻击平台、探测平台、通信平台、控制平台，其中编队指挥中心是作战活动的任务发布者和组织者，其它组织角色均由该平台指挥，如图2所示。
3.2.2 作战活动模型OV-5
作战活动模型主要描述作战任务对应的主要作战活动以及活动间的输入输出关系。本场景将作战活动划分为3个部分：预警探测、作战指挥和攻击。作战层次关系如图3所示。其中预警探测又细分为电子侦察、雷达侦察、光电侦察、跟踪定位、发送目指共5大二级子活动。作战指挥细分为态势感知、威胁评估、作战任务规划、作战任务分配、效果评估共5大子活动。作战细分为火控解算、接收目指、远程打击、武器控制共4大子活动。
3.2.3 作战节点连接图OV-2
作战节点连接描述以图形方式描述说明作战系统各组成作战节点和这些作战节点间的信息交互需求。包括作战体系内的作战节点，如岸基司令部、驱逐舰、舰面站、无人直升机，也包括外部节点，如敌舰、商船、渔船。无人直升机协同对海作战的OV-2如图4所示。
3.2.4 作战事件跟踪描述图OV-6c
作战事件跟踪描述追溯作战场景中的动作或事件顺序，描述各作战节点在整个作战任务中的各个作战阶段信息动态的时序逻辑。本文给出了对海作战任务的作战事件描述示意简图，如图5所示。图6给出了协同对海作战任务中的警戒探测阶段的OV-6c，详细定义了各作战节点间的信息交换活动的任务事件序列。
3.2.5 作战状态转换描述OV-6b
作战状态转换描述通过状态图描述各作战节点如何通过改变其状态来响应各种事件，通过对每个作战节点的状态建模，可清晰的体现以作战任务为时序的各作战节点的运行机制。本文仅列出驱逐舰的OV-6b，如图7所示。
3.3 作战体系逻辑自洽性验证
根据体系架构开发过程中产生的活动模型、时序模型，生成体系架构的可执行模型，通过对比模型的执行状态与预期的作战流程的一致性来判断体积架构设计的合理性。本文将设计好的作战时序模型导入到模型验证工具中，验证其动态行为逻辑。验证表明，该逻辑与预期一致，符合无人直升机协同对海作战系统军事需求。
4 结束语
大型作战体系架构复杂，在进行此类复杂系统的架构开发和设计时，采用一种规范的统一框架进行指导可降低后期实施的风险。美国防部的架构框架（DoDAF）提供了多视角的体系描述，常用于体系的早期开发阶段，基于统一的建模语言的体系架构的描述和设计之初的对体系架构的仿真验证促进了军方和系统开发人员的理解一致性，也是把控系统研制进度、降低设计风险的重要方法之一。
本文基于美国防部架构框架，在分析无人直升机协同水面舰艇协同对海作战流程的基础上，重点完成了系统作战视图的分析与设计，明确了作战系统的组织角色、作战节点组成、作战活动，形成了基于时序的任务描述、基于任务的作战节点交互关系和状态变化情况，并通过时序模型的动态运行验证了模型的逻辑正确性。结果表明通过该方法建立的作战体系架构合理可行，并可在方案设计阶段即对系统顶层设计的合理性和可行性加以验证，对系统设计的质量保证和风险控制具有一定的指导意义和借鉴价值。可促进舰机协同对海作战体系的顶层设计。
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作者单位
中国直升机设计研究所 江西省景德镇市 333001
