北約情報監(jiān)視和偵察互操作體系研究

沈永玲，洪 波

(中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北石家莊050081)

0 引言

在未來戰(zhàn)爭中，信息將成為戰(zhàn)斗力的第一要素［1］，戰(zhàn)場信息的快速精確收集、應用和分發(fā)共享是作戰(zhàn)部門制定戰(zhàn)術決策的依據(jù)［2］。實現(xiàn)偵察裝備和武器系統(tǒng)的互操作是實現(xiàn)網(wǎng)絡化作戰(zhàn)關鍵［3］，多個國家或國際聯(lián)合組織正在建設和不斷完善自己的情報監(jiān)視和偵察互操作體系，作為涉及多國的軍事聯(lián)盟，北約的 C3(Command，Control and Communications)局為實現(xiàn)在其成員國的ISR系統(tǒng)之間的互操作建立了NATO情報、監(jiān)視和偵察互操作框架NIIA(NATO Intelligence，Surveillance，and Reconnaissance(ISR)Interoperability Architecture)，其目的是實現(xiàn)多國的ISR裝備之間達到偵察信息自動處理和無縫共享的目的。NIIA的架構思想、設計理念、管理模式及相關的標準化協(xié)定，對于其他國家的ISR互操作性、協(xié)同性［4］建設具有積極的借鑒指導作用。借鑒NIIA的設計模式，考慮我國在ISR互操作建設方面的缺陷，提出了加強完善我國ISR互操作能力的幾點建議。

1 NIIA關注和責任范圍

為了實現(xiàn)情報支援作戰(zhàn)的目的，北約作戰(zhàn)部隊和空軍(有人機、無人機)偵察部隊之間的交互用如下的“偵察環(huán)”來描述［5］，如圖1所示。偵察環(huán)包含許多功能及接口，NIIA主要關注的是機載和地面單元之間以及地面單元輸出和其他ISR單元之間的接口，詳細的NIIA關注和責任范圍如圖2所示。

根據(jù)圖2所示，NIIA主要關注了3個方面的互操作接口，確定了關于這些接口的標準化協(xié)議:

①空中偵察平臺(包括傳感器)與情報處理單元之間的ISR數(shù)據(jù)接口;

②情報處理單元與情報需求用戶之間的情報產(chǎn)品接口;

③情報處理單元為了支持情報判讀而與現(xiàn)有各級情報數(shù)據(jù)庫之間的遠程情報產(chǎn)品的查詢、請求、報告、利用產(chǎn)品的操作和數(shù)據(jù)接口。

圖1NATO偵察環(huán)

圖2 NIIA關注和責任范圍

由于情報產(chǎn)品、情報需求及規(guī)劃獲取需求信息的活動之間的呼應關系，NIIA需要關注情報需求提出、情報需求收集規(guī)劃活動以及實施收集活動的有人機或無人機飛行計劃及機載傳感器操作計劃等。

NIIA指出，從戰(zhàn)略監(jiān)視到戰(zhàn)術偵察的所有的ISR活動都將獲益于互操作標準，從NIIA域中的偵察與監(jiān)視系統(tǒng)互操作性得到的益處包括:

①通過數(shù)據(jù)融合提高了情報質(zhì)量;

②在各級指揮機構實現(xiàn)情報共享;

③提高了所有地形區(qū)域的可達能力;

④提高了偵察監(jiān)視信息和情報產(chǎn)品分發(fā)能力;

⑤提高了信息＆情報的時效性;

⑥提高了作戰(zhàn)行動的靈活性和準確性。

2 NIIA體系

2.1 NIIA

體系描述了組成體系的組件、組件之間關系以及管理組件設計和發(fā)展的原則與指南［4］。NATO C3局研究的NATO互操作性框架(NIF)為附屬體系提供了全面的架構設計，使用類似OSI 7層模型的系統(tǒng)體系描述，NIIA提供了每一成員國內(nèi)互操作性元素的實現(xiàn)指南。模塊化元件組成體系中的模型，并最大化使用商用現(xiàn)貨(COTS)技術和重復使用模塊化元件，促進了共享發(fā)展。戰(zhàn)區(qū)導彈防御、陸地作戰(zhàn)和機載指揮與控制體系是NC3管理的其他附屬體系的例子。促進附屬體系之間的某些級別的互操作是目的，這些附屬體系在戰(zhàn)場遠距離作戰(zhàn)中需要與ISR體系進行互操作。

隸屬于北約空軍裝備組NAFAG空軍第4組(AG IV)負責起草了NIIA，定義了AG IV職能范圍內(nèi)的偵察和監(jiān)視裝備實現(xiàn)互操作的頂層體系結構，描述了NATO偵察和監(jiān)視系統(tǒng)的關系及其管轄的多個STANAG的地位和作用。NIIA是一個動態(tài)的逐步完善的體系，隨著技術和作戰(zhàn)概念的進步，體系變得更加復雜和完善，到2005年時，首次將圖像情報(IMINT)和信號情報(SIGINT)互操作性問題在單一的體系框架中同時進行描述，如圖3所示。雖然到目前為止焦點是處理圖像，但AG IV的工作顯示其工作范圍已包含了更寬頻譜的情報源，例如信號情報(SIGINT)、AG IV正在進行信號情報等其他領域的補充分析定義，增加相應的處理標準，進一步完善ISR體系。

圖3 NIIA包括的情報類型

2.2 NOTA的互操作性定義

在信息系統(tǒng)領域，互操作性是一個很寬泛的概念，由于應用的差異其定義也不完全相同［6］。IEEE認為“互操作性是2個或多個系統(tǒng)或組成部分之間交換信息以及對已經(jīng)交換的信息加以使用的能力”。北約的互操作性定義為系統(tǒng)、單位或部隊為其他系統(tǒng)、單位或部隊提供服務和接受服務，并通過這種交換的服務使他們具備有效地在一起工作的能力。為了對NIIA互操作性進行分類，定義了4級互操作，這用于確定如何組織和自動化管理數(shù)據(jù)的交換和解釋才能提高操作效率［7］。

1級(無結構化的數(shù)據(jù)交換):包括人類可判讀的無結構化數(shù)據(jù)的交換，例如作戰(zhàn)評估、分析和文件中的自由文本。

2級(結構化的數(shù)據(jù)交換):包括人類可判讀的結構化數(shù)據(jù)(意在用于手動和/或自動處理)的交換，但需要手動編輯、接收和/或消息分發(fā)。

3級(數(shù)據(jù)的無縫共享):包括基于公共交換模型的系統(tǒng)間數(shù)據(jù)自動共享。

4級(信息的無縫共享):通過基于協(xié)同操作應用軟件的數(shù)據(jù)處理，把3級擴展到信息的通用判讀。

NIIA目前的目標是達到2級互操作，一些特殊的接口達到3級互操作，4級互操作是其最終長遠的目標。

2.3 NIIA體系中的STANAG

STANAG作為NIIA體系中的構件，是組成體系的基石，定義了ISR流程中各組件之間的標準化接口?；诳罩袀刹斓哪Ｊ街饕▋煞N關鍵接口:一是空中和地面系統(tǒng)之間的接口，二是地面系統(tǒng)的輸出與是其他地面系統(tǒng)或指控單元接口。這些接口使用了一組STANAG和商用標準，使NATO成員國的ISR裝備之間的偵察圖像能夠?qū)崿F(xiàn)2級或3級互操作性(見2.2互操作性定義)。NIIA中主要的STANAG及簡要功能描述如下:

STANAG 3377“空中偵察情報報告格式”:規(guī)定了分發(fā)給作戰(zhàn)用戶的情報報告格式，包括時間敏感的事件報告、獨特圖像(例如SAR)的專門報告和標準例行報告等。

STANAG 4545“NATO二次圖像交換格式”:二次圖像是已經(jīng)被處理為人類可讀圖片的傳感器數(shù)據(jù)，格式可以由圖像、圖表和文本組成。

STANAG 4559“NATO標準ISR數(shù)據(jù)庫接口”:提供了NATO成員國ISR數(shù)據(jù)庫的互操作性標準。STANAG 4559對在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和客戶之間傳回和傳出的指令以及用于在遠程數(shù)據(jù)庫中搜索具體圖像的參數(shù)(例如，日期、時間和位置)進行了標準化。建議使用STANAG 4545格式交付查詢的結果圖像產(chǎn)品，同時也在增加其他數(shù)據(jù)格式，此外，正進一步增加能力(例如訂閱服務)以提供更多的功能。

STANAG 4575“NATO高級數(shù)據(jù)存儲”:為固態(tài)存儲器或磁盤陣列定義了接口，其目的是使NATO成員國的ISR設備之間能夠之間進行數(shù)據(jù)交換，同時保證機載的偵察圖像數(shù)據(jù)能夠在任何地面?zhèn)刹煺颈惶幚怼?/p>

STANAG 4586“UAV控制系統(tǒng)(UCS)體系”:本STANAG的目標是推動UCS、不同UAV及其載荷和C4I用戶之間的通信。標準的UCS體系和接口的實現(xiàn)將簡化不同來源子系統(tǒng)的系統(tǒng)集成過程，實現(xiàn)地面站和UAV之間的互操作。該標準不但描述了UAV系統(tǒng)的各個部件之間的通用控制信息，也重點制定了如何實現(xiàn)既有舊UAV系統(tǒng)的互操作使用和集成方法，本STANAG由NATO海軍武器和裝備組(NNAG)管理［8］。

STANAG 4607“NATO地面移動目標指示器格式(GMTIF)”:定義了靈活的用于移動目標信息分發(fā)的格式，可以配置成獨立格式或封裝到STANAG 4545或7023中，簡單的GMTI系統(tǒng)可以使用標準格式的子集，用有限窄帶分發(fā);大型GMTI系統(tǒng)可將目標的所有信息編碼，用寬帶信道分發(fā)，以便更完備的處理機構處理這些移動目標信息形成目標航跡。

STANAG 4609“NATO數(shù)字運動圖像標準”:采用商用的數(shù)字視頻標準，定義了用于分析機載運動圖像的元數(shù)據(jù)(包括與視頻圖像同步的飛機位置坐標、姿態(tài)和傳感器參數(shù)等)的采集要求，確定了本標準和STANAG 7023、4545之間的關系。

STANAG 4633“NATO通用信號情報(ELINT)報告格式”:確定了ELINT數(shù)據(jù)交換標準，以便在聯(lián)合設備之間有效共享信號情報(ELINT)和電子保障措施(ESM)信息，制定了對ELINT/ESM數(shù)據(jù)庫通用存取操作接口，便于動態(tài)分析信號情報及制定和執(zhí)行合理的電子偵察任務規(guī)劃。

STANAG 7023“NATO原始圖像格式”:該STANAG建立了在偵察收集系統(tǒng)和應用系統(tǒng)之間傳輸偵察監(jiān)視圖像及于圖像相關的輔助數(shù)據(jù)的標準數(shù)據(jù)格式和標準傳輸體系。STANAG 7023以時空域方式描述傳感器數(shù)據(jù)結構，建立圖像和傳感器參數(shù)之間的關聯(lián)關系，通過STANAG 7023數(shù)據(jù)流，可以準確地重現(xiàn)事件在數(shù)據(jù)捕獲過程中發(fā)生的順序。STANAG 7023能夠描述任何類型的傳感器數(shù)據(jù)結構而不需要修改STANAG。

STANAG 7024“空中偵察磁帶記錄器接口”:為4種不同技術的記錄器建立的盒式磁帶物理交換的格式:①附件A:19 mm螺旋掃描ANSI ID-1數(shù)字儀表記錄器，包括大、中和小型磁帶盒格式;② 附件B:8 mm螺旋掃描Hi-8數(shù)字和8 mm模擬記錄器;③附件C:12．65 mm螺旋掃描SVHS模擬記錄器;④ 附件D:25．4 mm橫向掃描AMPEX DCRSi數(shù)字儀表記錄器。

STANAG 7085“成像系統(tǒng)的互操作數(shù)據(jù)鏈”:是ISR寬帶數(shù)據(jù)鏈標準，其突出的特點是傳輸數(shù)據(jù)量大、傳輸速率高［9］。STANAG 7085提供了用于圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)?類圖像數(shù)據(jù)鏈(附件A中描述的模擬鏈路、附件B中描述的點對點數(shù)字鏈路和附件C中描述的數(shù)字廣播鏈路)的互操作標準。在標準中為具體的數(shù)據(jù)鏈配置提供了許多選項，例如單工或雙工操作、數(shù)據(jù)率、載波頻率、信道復用、交錯操作和加密等選項。STANAG 7085數(shù)據(jù)鏈可以處理任何格式的數(shù)據(jù)(例如，7023、4545或GMTI)，并可以以不同配置運行，包括半雙工和全雙工兩種模式。未來研究將繼續(xù)更新標準以反映當前的數(shù)據(jù)鏈原理［10］。

2.4 NIIA體系描述

STANAG是構建NIIA體系的構件，最初的NIIA體系是相對簡單的，反映了在那個時代可用的技術。最初的NIIA概念示意圖如圖4所示。

圖4 最初的NIIA概念示意

隨著技術和作戰(zhàn)概念的進步，NIIA體系變得更加復雜和完善，如圖5所示。

圖5 目前的NATO ISR系統(tǒng)接口

目前的ISR系統(tǒng)接口中增加了高級數(shù)據(jù)存儲和查詢ISR庫獲取數(shù)據(jù)的標準，在機載段和地面段增加了地面移動目標指示數(shù)據(jù)接口(STANAG 4607)、數(shù)字運動圖像接口(STANAG 4609)和通用ELINT報告接口(STANAG 4633)，通過成像系統(tǒng)的互操作數(shù)據(jù)鏈數(shù)據(jù)接口(STANAG 7085)使各個地面站或用戶通過無線信道直接接收多種偵察飛機的原始偵察圖像數(shù)據(jù)、二次圖像產(chǎn)品或移動目標信息(7023、4545或 GMTI)。

雖然圖5給出了系統(tǒng)的連接關系并標識了每一標準在ISR功能流程中的使用，但沒有提供每一接口的完整連接圖，圖6給出了具體的接口與ISO 7層接口模型的映射關系，可視化地描述了每種接口使用的標準及每個標準的覆蓋范圍和能力。

圖6 NIIA接口與ISO7層接口模型映射關系

為了成員國之間的互操作性，NATO的互操作框架要求首先使用商業(yè)和國際標準，因而圖6中可見很多商用標準，如商用CDROM標準(ISO 9660)，只有當現(xiàn)有標準不能提供軍方所需的功能或能力時才開發(fā)STANAG。

在一般情況下假設存在提供頂層互操作性的應用，每一種接口至少包含兩種具體的標準來定義協(xié)議。例如，如果通過寬頻帶磁帶傳送STANAG 4545格式化的圖像數(shù)據(jù)，應用層至少需要一個在傳輸端寫入正確文件的圖像處理軟件包及接收端的4545兼容圖像閱讀器。

圖像庫接口實際上包含兩種接口:第一種是查詢各種圖像資源、接收可用圖像列表然后請求交付合適圖像的命令協(xié)議，這由圖6中右邊的庫接口表示。最后一步是交付和查看圖像，STANAG 4559推薦使用STANAG45 45格式化的圖像數(shù)據(jù)，但沒有排除使用其他格式。

雖然從圖6中可以看出完全定義了接口，但每一種標準都提供了多種選項，例如STANAG 4545提供了多個表示能力級的兼容級別，STANAG 7085允許大量的可變參數(shù)，包括帶寬、雙工格式和信道化，因此，在北約各國家的具體ISR項目中需要確定接口的具體配置，給出明確的接口說明，確定各個接口互操作的信息協(xié)議規(guī)范。

3 結束語

目前，我國正在大力開展信息化、網(wǎng)絡化建設，對裝備系統(tǒng)互操作體系的研究和應用是信息化、網(wǎng)絡化建設中的一項重要工作，北約在ISR互操作體系研究和建設方面的成果和經(jīng)驗值得借鑒，結合我國目前ISR系統(tǒng)的現(xiàn)狀，認為應該從以下4個方面加強互操作性的建設:

①建設我國的ISR系統(tǒng)互操作的頂層框架，用于指導不同兵種的各級標準的建設和發(fā)展，重點在于各標準之間的銜接及兼容性，以及指導各標準的建設發(fā)展方向;

②將已有關于互操作的標準適當嵌入到框架之中，必要時修訂相關標準，制定標準的操作指南，目的是實現(xiàn)現(xiàn)有標準的定位，指導相關部門的具體操作;

③在設計的頂層框架內(nèi)，找出目前在ISR互操作方面的缺陷，制定相關的標準及標注的操作指南，讓工業(yè)部門有標準可依;

④完善各標準的配置管理指南和認證與測試文檔和手段，能夠?qū)SR設備或系統(tǒng)對相關標準的符合程度進行充分測試。

互操作性體系應是一個動態(tài)的不斷演變和完善的系統(tǒng)，將隨著ISR技術發(fā)展和聯(lián)合作戰(zhàn)概念的進步不斷擴充和發(fā)展，以提高對一體化網(wǎng)絡中心戰(zhàn)的情報支撐能力［11，12］。

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