美軍聯(lián)合任務環(huán)境下的能力試驗方法分析

薄 中,馮 策,孫 超,潘志雄

(1.中國電子科學研究院，北京 100041 2.哈爾濱工業(yè)大學，哈爾濱 150080)

0 引 言

近年來，隨著美軍一體化聯(lián)合作戰(zhàn)概念[1]的形成，一體化聯(lián)合作戰(zhàn)已經成為信息化戰(zhàn)爭的主要作戰(zhàn)樣式。這一變化不僅對各國軍事發(fā)展產生了深遠影響，也對武器裝備系統(tǒng)的試驗能力提出了更高要求。為此，美國針對未來一體化聯(lián)合作戰(zhàn)需求，積極實施武器裝備轉型計劃，改變新型武器系統(tǒng)論證、研發(fā)和試驗的方法，提出發(fā)展聯(lián)合環(huán)境下的試驗能力，從裝備發(fā)展的源頭提升武器裝備聯(lián)合能力[2,3]。同時，為了促進和保障該能力發(fā)展，美國防部依托試驗資源管理中心(Test Resource Management Center，TRMC)從軍事需求、技術和經濟等角度綜合考慮，按嚴格的規(guī)程篩選出包括試驗與評價核心投資計劃(Central Test and Evaluation Investment Program，CTEIP)、試驗評價/科技(Test Evaluation/Science and Technology, T&E/S&T)計劃和聯(lián)合任務環(huán)境試驗能力(Joint Mission Environment Test Capability ，JMETC)計劃等在內的重大投資計劃[4-6]，從而持續(xù)、有序地推動聯(lián)合試驗能力的全面提升。

聯(lián)合試驗源于1970年美國國防部發(fā)布的《藍絲帶國防小組報告》，報告中指出美軍缺乏在多軍種、復雜作戰(zhàn)條件下有效的聯(lián)合作戰(zhàn)試驗和評估方法。因此，美軍自上世紀70年代始開展了“聯(lián)合試驗與評估項目”(Joint Test and Evaluation Program，JT&E)。經過四十多年的發(fā)展，聯(lián)合試驗的應用大大提升了美軍武器裝備在復雜的聯(lián)合作戰(zhàn)任務下的試驗鑒定及其武器應用的能力。

聯(lián)合試驗包括“試驗”和“評估”兩部分，即將兩個或兩個以上的軍種連接起來對技術或作戰(zhàn)概念進行評估；提供系統(tǒng)需求改進的信息；檢驗武器系統(tǒng)的互操作性能并找出必須改進之處；研究和分析試驗方法；在武器系統(tǒng)交互作用的真實條件下評估技術或作戰(zhàn)性能。

隨著我軍信息化建設的高速發(fā)展，目前已經建立了較為完備的武器裝備試驗鑒定體系，并且建設了大量的地域分布廣泛的試驗靶場。但是，這些試驗靶場主要是按照軍種、武器裝備型號以及任務等需求進行劃分和獨立建設，自成體系，造成各個靶場之間信息共享、試驗資源重復建設、“煙囪”式發(fā)展現(xiàn)象依然存在，使得以各試驗靶場的單平臺武器系統(tǒng)的獨立試驗難以滿足新型的信息化武器試驗要求，無法適應我軍基于信息系統(tǒng)的聯(lián)合作戰(zhàn)能力建設要求[7,8]。

本文通過對美軍一體化聯(lián)合試驗能力發(fā)展的分析，總結了我軍在聯(lián)合試驗能力建設方面存在的問題。在此基礎之上，主要介紹了美軍的能力試驗法(Capability Test Methodology，CTM)，該方法是美軍JT&E項目中有關聯(lián)合試驗和評估方法(Joint Test and Evaluation Methodology，JTEM)研究的重要成果，并著重分析了該方法的運行流程和特點，以對改善我軍的一體化聯(lián)合試驗方法和提升聯(lián)合試驗鑒定能力等方面有所思考。

1 CTM簡介

隨著聯(lián)合作戰(zhàn)概念的不斷發(fā)展和深入，為了進一步推進聯(lián)合試驗能力的提升，美國國防部部長辦公室、作戰(zhàn)試驗與評估局以及空軍作戰(zhàn)中心于2006年共同授權 JT&E 項目組繼續(xù)針對 JTEM 開展研究，并要求利用三年時間建立一套通用、切實可行且高效的 JT&E 新方法，旨在進一步提高在逼真的聯(lián)合任務環(huán)境中跨采辦生命周期進行試驗的能力，其核心是研究在聯(lián)合環(huán)境下試驗與鑒定的方法和步驟。2009年，項目組公布了新版CTM文件—CTM 3.0，其中包括《CTM項目經理手冊》、《CTM執(zhí)行人員手冊》和《CTM分析人員手冊》，該文件從不同時間節(jié)點、不同參與者的角度對CTM執(zhí)行過程進行說明，涵蓋了試驗流程中的各個階段。

美軍提出CTM的目的是為了讓武器裝備能夠像在聯(lián)合作戰(zhàn)環(huán)境下一樣進行有效的試驗鑒定，其核心是在所構建的真實、虛擬、構造分布式環(huán)境(Live、Virtual、Constructive Distributed Environment，LVC-DE)[9,10]里對被試裝備進行試驗，并針對裝備的性能、體系貢獻度以及被試裝備執(zhí)行聯(lián)合作戰(zhàn)任務的有效性進行評估。CTM主要包含六個并行、交互的步驟，即CTM1-CTM6，具體內容如下[11]：

(1)CTM1—策劃試驗與評估策略。依據軍隊聯(lián)合作戰(zhàn)需求對被測武器裝備系統(tǒng)或體系進行試驗方案研究，制定試驗策略和指標評價體系；

(2)CTM2—描述試驗特征。確定試驗目的和試驗方法，對前一步的T&E策略進行分析，并對試驗的指標體系進行可行性研究，在此基礎上給出LVC-DE構建方案；

(3)CTM3—制定試驗計劃。詳細分析T&E策略、LVC-DE仿真參數(shù)配置、試驗運行、數(shù)據采集策略及分析等對試驗結果的影響，制定詳細的試驗計劃。

(4)CTM4—構建LVC-DE。對LVC-DE進行邏輯設計與編程，再進行仿真平臺的校驗與調試。LVC-DE既有實際裝備，也有半實物仿真模型和數(shù)字仿真模型。LVC-DE的搭建由JMETC項目計劃實現(xiàn)。

(5)CTM5—管理執(zhí)行試驗。根據試驗計劃有效地控制和管理LVC-DE中的事件。在試驗中，事件(Event)是指在局部或全局的試驗仿真中為獲得待測系統(tǒng)或整個武器裝備體系的試驗數(shù)據而進行的響應或觸發(fā)。

(6)CTM6—評估試驗能力。根據制定的評估指標對試驗數(shù)據進行分析和總結，并向采辦部門提交關于被試的武器裝備的《聯(lián)合能力評估報告》。

圖1 CTM進程

CTM過程如圖1所示。CTM根據側重點可以分為3個部分，CTM1和CTM6關注系統(tǒng)整體性能，CTM2和CTM3關注系統(tǒng)具體指標，CTM4和CTM5關注事件管理。從CTM1-CTM5都會產生相應的輸出文件，提交給JME。CTM6從JME獲取試驗數(shù)據進行分析。每一個CTMx方框內包含了本步驟需要實現(xiàn)的具體內容。

2 CTM特點

2.1 繼承與兼容性

CTM是在一些現(xiàn)有的靶場試驗方法的基礎上進行吸收和創(chuàng)新而提出的，并大量應用了支撐國防部體系運行的現(xiàn)存聯(lián)合能力集成與開發(fā)系統(tǒng)、分析議事日程等生成的文件用于試驗與評估的分析。同時，運用國防部體系結構描述試驗與評估的整個過程，有助于參與者的理解和操作，從而使其具有很好的兼容性[7]。

CTM支持三種試驗框架[11]：

(1)傳統(tǒng)試驗。例如，獲取武器裝備系統(tǒng)的關鍵性能(KPP)參數(shù)、關鍵問題(COI)和耐用性等信息；

(2)JME試驗。JME試驗中能夠支持三種層級的試驗：系統(tǒng)/體系層、任務層和聯(lián)合任務有效性(Joint Mission effectiveness，JMe)，不同層級的試驗側重點不同，獲取的參數(shù)亦不同；

(3)開發(fā)試驗。用于實現(xiàn)開發(fā)與試驗交叉同步進行。

2.2 模塊化驅動

CTM組成模塊如圖2所示。CTM共有3個模塊：

圖2 CTM組成模塊

(1)CTM進程模塊，作為父模塊包含了CTM涉及的所有步驟。

(2)能力評估元模塊(Capability Evaluation Metamodel，CEM)，作為子模塊是為了能夠統(tǒng)一描述聯(lián)合能力評價和評估才分開描述，可作為LVC-DE仿真任務中試驗數(shù)據評估需要交換或存儲的語義數(shù)據概要。CEM是在已有“雙V模型”基礎之上發(fā)展而來的“星模型”，它給出了CTM方法的評估線程和子線程中評估JMe的度量框架和分析準則。同時，CEM所評估的能力是聯(lián)合能力集成開發(fā)系統(tǒng)(JCIDS)中的能力，即在JCIDS系統(tǒng)中，在特定標準和條件下，通過組合手段和方法遂行一組任務，從而達到預期效果的能力。CEM星模型的輸入、輸出內容如圖3所示。

圖3 CEM模塊輸入、輸出內容

(3)聯(lián)合任務環(huán)境基礎模塊(Joint Mission Environment Foundation Model，JFM)，作為子模塊用于實現(xiàn)LVC-DE上聯(lián)合任務環(huán)境的仿真。JFM包括4個組件：LVC平臺、LVC平臺狀態(tài)、任務功能和LVC環(huán)境。JFM模塊組成如圖4所示。

圖4 JFM模塊組成

后兩個子模塊已包含在父模塊中，分開描述是為了方便開發(fā)人員理解與構建LVC-DE。CTM三個模塊均需要依賴于CTM字典。CTM字典主要提供支持聯(lián)合任務環(huán)境的必要的概念描述，有關術語和定義可以查看《CTM項目經理手冊》。

2.3 線程式實現(xiàn)

CTM的實現(xiàn)由3個主線程和2個子線程完成，分別是：評估線程和操作子線程；系統(tǒng)工程線程和基礎設施子線程；試驗管理線程。

評估線程構成CTM的主要內容，即能力評價的實現(xiàn)，在該線程下還有一個作戰(zhàn)子線程，主要用來實現(xiàn)聯(lián)合試驗中的聯(lián)合作戰(zhàn)背景的描述(JOC-T)及操作。系統(tǒng)工程線程用來實現(xiàn)任務環(huán)境或者武器裝備體系的規(guī)劃設計和實際運行。在該線程下還有基礎設施子線程，主要用來對用到的相關資源和設備進行開發(fā)、整個和維護。第三個線程—試驗管理線程主要提供聯(lián)合試驗方案選擇、搭建以及聯(lián)合任務環(huán)境中的事件計劃和管理功能。CTM1的策略制定流程圖如圖5所示。

圖5 CTM1策略制定的流程圖

圖中的藍、紫、綠、紅、棕色方框分別代表不同的線程和子線程。程序從入口執(zhí)行，執(zhí)行完成相應步驟后會產生相應的文件或者列表輸出。決策點(Decision Point，DP)對CTM每一階段的工作進行檢查，只有完成了相應工作才會進入到下一個步驟，其好處是可以用每一線程可代表不同試驗分工，從而方便安排相關試驗者執(zhí)行。不同的操作人員同一時間段完成各自的任務，線程是并發(fā)推進的。由于篇幅原因，此處僅列出CTM1流程圖。此外，《CTM執(zhí)行人員手冊》還提供其他的CTMx流程圖和CTM進程模塊流程圖。

2.4 靈活性

CTM使用模塊驅動、線程實現(xiàn)的方法從而使其具有靈活性。首先，CTM并不要求一次試驗過程應該包含所有的試驗內容，執(zhí)行人員可以針對自身實驗的要求和指標量身定制所需的試驗內容。其次，CTM不要求所有參加到本次聯(lián)合試驗的內容都必須要按照全部步驟嚴格順序執(zhí)行；相反，CTM特強調聯(lián)合試驗的執(zhí)行人員根據實際作戰(zhàn)或試驗情況對CTM的步驟進行靈活選擇，在每一個試驗決策點之間，執(zhí)行人員可以根據本地的試驗進度靈活調整。最后，在試驗過程中出現(xiàn)的故障以及錯誤信息，CTM也提供了良好的異常處理方法；在能力評價階段，分析人員還可以根據試驗計劃對試驗結果數(shù)據進行靈活的取舍。

2.5 規(guī)范性

雖然，CTM的輸入和輸出文件內容眾多而繁雜，但執(zhí)行人員操作時并不會覺得毫無頭緒。CTM對流程中的每一步驟，都詳細地設計了輸入輸出文件清單列表，清楚列出各個步驟實現(xiàn)之前需要準備哪些文檔和材料，以及該步驟完成后將輸出什么樣式的結果，以便于用戶的使用。CTM還要求執(zhí)行人員嚴格按照試驗計劃對每一個決策點的輸入進行考核與評價，一旦某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯，即可定位問題所在，這些都體現(xiàn)出其良好的規(guī)范性。

3 聯(lián)合任務環(huán)境試驗能力

CTM作為美軍聯(lián)合作戰(zhàn)環(huán)境下的一種新的試驗鑒定方法，其能力的形成涉及到分布在廣泛地理空間上的各類試驗資源。例如武器裝備平臺/系統(tǒng)、測量儀器儀表、模擬器設備、激勵器、仿真系統(tǒng)以及工業(yè)部門的試驗資源等。如何能夠高效、靈活的將聯(lián)合試驗任務所需要的要素構建在一個試驗環(huán)境中并進行有效的管理已經成為急需解決的關鍵問題。為了解決該問題，美國國防部于2005年批準開展了JMETC項目計劃[5]，其目的就是通過構建一個公共的體系結構，并依托現(xiàn)有的網絡基礎設施，將分散在各地的各種類型的試驗資源連接起來，從而提供一種分布式的LVC試驗能力[7,8]，從而能夠支撐美國國防部采辦部門的項目研制、試驗鑒定、互操作性認證，以及在特定的聯(lián)合作戰(zhàn)環(huán)境條件下對關鍵性能參數(shù)進行演示驗證等工作。JMETC很好的支撐了美軍在聯(lián)合任務環(huán)境下開展充分的、逼真的試驗和評價，大大提升其聯(lián)合試驗的能力。聯(lián)合任務環(huán)境試驗系統(tǒng)架構示意圖如圖6所示。

圖6 聯(lián)合任務環(huán)境試驗系統(tǒng)架構示意圖

JMETC項目產品作為CTM實現(xiàn)的基礎環(huán)境，主要由以下五個部分組成：

(1)持久的物理連接

JMETC使用的保密網絡設施稱為JSN(JMETC Secret Network,JSN),該網絡依托國防部研究工程保密網(Secret Defense Research and Engineering Network, SDREN)作為其基礎設施，為分布式試驗數(shù)據的交互提供安全、精確和可靠的物理傳輸提供支撐。

(2)分布式中間件

一種通用的數(shù)據分發(fā)軟件，能夠為聯(lián)合任務環(huán)境中的分布式試驗資源或系統(tǒng)之間提供實時的數(shù)據交互能力。JMETC該能力的實現(xiàn)依靠的是試驗與訓練使能體系結構(Test and Training Enabling Architecture，TENA)[4,10]。

(3)標準接口、軟件定義

通過定義一系列標準的模型接口、數(shù)據格式以及公共軟件算法(例如雷達模型接口定義、時空位置信息接口定義、坐標轉換算法等)，從而為分布式試驗資源或系統(tǒng)之間提供一套公共的語言。

(4)分布式試驗支持工具

提供一系列的公共軟件應用工具用于輔助試驗工程師們更加高效的完成分布式試驗任務的規(guī)劃、準備、系統(tǒng)安裝、執(zhí)行管理、監(jiān)測和評估分析等相關工作。

(5)可重用知識庫

JMETC可重用知識庫用于存儲和管理與分布式試驗任務相關信息的在線網站以及提供Web協(xié)同服務[4]，其信息主要包括最新中間件、資源接口定義文件、試驗任務規(guī)劃工具、元模型數(shù)據、試驗數(shù)據等。

JMETC上述能力的實現(xiàn)依托的是TENA體系架構。TENA作為一種分布式試驗支持平臺，為美軍聯(lián)合試驗提供公共的體系結構，并通過邏輯靶場的概念，從而將地理上分布、功能上分離的各類試驗資源高效的集成起來，形成一個綜合環(huán)境，以逼真、經濟、高效的方式完成聯(lián)合試驗任務，從而大大提高了聯(lián)合試驗能力。

4 結 語

在聯(lián)合作戰(zhàn)已是信息化條件下作戰(zhàn)樣式的背景下，美國高度重視聯(lián)合環(huán)境下的試驗技術發(fā)展并制定了一系列重大計劃以促進和保障聯(lián)合試驗能力的全面提升。隨著我軍武器裝備的信息化程度的逐漸提升，如何使這些武器裝備在聯(lián)合任務環(huán)境下像作戰(zhàn)那樣進行試驗和開展充分評估，從而更好的支撐我軍未來聯(lián)合作戰(zhàn)行動是我國武器裝備試驗鑒定的一個重大課題。本文借助對美軍一體化聯(lián)合試驗思想發(fā)展的分析，著重研究了CTM的運行流程、特點以及JMETC，希望能對我國聯(lián)合試驗能力發(fā)展起到一定的啟發(fā)作用。