指揮控制協(xié)同能力需求體系形式化框架

柴 磊，王智學(xué)，何 明

陸軍工程大學(xué) 指揮控制工程學(xué)院，南京210007

1 引言

在現(xiàn)代信息化條件下，聯(lián)合作戰(zhàn)已成為主要作戰(zhàn)形式。指揮和控制是聯(lián)合作戰(zhàn)系統(tǒng)制定計(jì)劃、協(xié)調(diào)力量、籌劃行動(dòng)、指揮作戰(zhàn)編成的兩個(gè)核心要素。只有發(fā)揮各級(jí)指揮與控制要素的協(xié)同作用，才能夠合理利用有限的作戰(zhàn)資源，有效地指揮、控制和協(xié)調(diào)所屬作戰(zhàn)力量，使戰(zhàn)場(chǎng)形勢(shì)由低級(jí)無(wú)序狀態(tài)轉(zhuǎn)向高級(jí)有序狀態(tài)、最大限度發(fā)揮出聯(lián)合作戰(zhàn)的整體效果。

目前，對(duì)于指揮控制系統(tǒng)協(xié)同分析方法的研究，集中在以下三個(gè)方面：

一是通過(guò)復(fù)雜系統(tǒng)效能評(píng)估方法分析指揮控制系統(tǒng)的協(xié)同性[1-5]，如陸軍工程大學(xué)張東戈等對(duì)影響戰(zhàn)場(chǎng)指揮控制時(shí)效性的因素進(jìn)行分析研究，國(guó)防大學(xué)冉東等從復(fù)雜系統(tǒng)理論角度對(duì)指揮控制結(jié)構(gòu)效能進(jìn)行分析，信息系統(tǒng)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)聯(lián)合作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)效能評(píng)估展開(kāi)仿真實(shí)驗(yàn)等。

二是將指揮控制系統(tǒng)置于網(wǎng)絡(luò)化這一背景下進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)分析[6-10]，如國(guó)防科技大學(xué)占國(guó)熊等對(duì)基于能力映射的體系網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)行建模與分析，國(guó)防大學(xué)胡曉峰等對(duì)基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的體系作戰(zhàn)指揮與協(xié)同機(jī)理的分析方法進(jìn)行研究等。

三是針對(duì)指揮控制系統(tǒng)模型本身進(jìn)行研究，如：空軍預(yù)警學(xué)院朱剛等對(duì)復(fù)雜信息集成的指揮控制模型進(jìn)行研究[11-12]等。

現(xiàn)有研究中，從多角度對(duì)指揮控制協(xié)同體系進(jìn)行分析研究，目的是為了提升指揮控制協(xié)同能力。要提升指揮控制協(xié)同能力，明確指揮控制協(xié)同能力需求是首要關(guān)鍵，但對(duì)于能力及能力需求的概念描述，目前研究領(lǐng)域尚無(wú)統(tǒng)一的明確定義，對(duì)于能力的語(yǔ)義信息描述，能力概念間的從屬關(guān)系以及能力屬性間的量化關(guān)系等，更是缺乏規(guī)范的能力概念描述標(biāo)準(zhǔn)。由于大多仍是采用自然語(yǔ)言進(jìn)行描述，容易造成描述語(yǔ)義產(chǎn)生二義性的現(xiàn)象。因此，需要一套科學(xué)規(guī)范的指揮控制協(xié)同體系形式化框架作為理論基礎(chǔ)，在能力描述領(lǐng)域是一個(gè)重要的研究課題。

本文提出一種基于進(jìn)程代數(shù)的指揮控制協(xié)同能力需求形式化描述框架，給出了指揮控制協(xié)同能力需求的基本要素和形式化描述方法，定義了能力合成的基本操作，為指揮控制系統(tǒng)協(xié)同能力需求分析和形式化驗(yàn)證奠定理論基礎(chǔ)。

2 指揮控制協(xié)同能力需求框架

目前，關(guān)于指揮控制協(xié)同能力概念的描述通常隱含在各類軍事類體系框架中，如加拿大軍方在2000年在采辦國(guó)防武器裝備中采用了基于能力的規(guī)劃，頒布了“加軍戰(zhàn)略能力規(guī)劃”，美國(guó)《國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架》DoDAF2.0[13]也把能力元素以及相關(guān)視圖加入體系結(jié)構(gòu)描述中。

本文在借鑒課題組前期研究成果[14-15]基礎(chǔ)之上，提出針對(duì)指揮控制協(xié)同能力需求的能力概念框架，從DoDAF Mate-Model（DM2）[13]元概念模型中選取了部分概念為框架的核心元素，根據(jù)元素相關(guān)屬性以及元素之間的關(guān)系[16-17]，構(gòu)建了指揮控制協(xié)同能力需求體系結(jié)構(gòu)框架，如圖1所示。

在指揮控制協(xié)同能力需求體系結(jié)構(gòu)框架中，能力、資源和活動(dòng)是核心要素。其中，能力是在戰(zhàn)略目標(biāo)引導(dǎo)下，為遂行使命任務(wù)而定義的指揮控制系統(tǒng)協(xié)同功能/性能需求，其最終效果（即效能）體現(xiàn)在指揮控制協(xié)同活動(dòng)的執(zhí)行過(guò)程中；資源則在指揮控制協(xié)同活動(dòng)的執(zhí)行過(guò)程中為其提供具體的功能/性能支持；活動(dòng)指為完成使命任務(wù)所開(kāi)展的有序工作。此外，框架還包含實(shí)體這一重要概念。實(shí)體是指開(kāi)展指揮控制活動(dòng)的執(zhí)行單元，指揮控制實(shí)體的劃分體現(xiàn)指揮控制活動(dòng)的業(yè)務(wù)范圍與業(yè)務(wù)邏輯，本文根據(jù)指揮控制協(xié)同能力需求的研究需要，將指揮控制協(xié)同活動(dòng)的實(shí)體分為情報(bào)實(shí)體、指揮控制實(shí)體、作戰(zhàn)實(shí)體、以及目標(biāo)實(shí)體四種實(shí)體。

關(guān)于指揮控制協(xié)同能力需求體系結(jié)構(gòu)框架中核心元素的具體含義如表1所示。

利用上述提出的指揮控制協(xié)同能力需求體系框架以及核心元素概念，能夠完整描述指揮控制協(xié)同體系的能力需求以及各組成實(shí)體的能力構(gòu)成情況，同時(shí)能夠清晰表達(dá)當(dāng)前能力配置計(jì)劃對(duì)指揮控制協(xié)同體系的業(yè)務(wù)邏輯運(yùn)行的能力支撐狀況。利于在多變的指揮控制協(xié)同作戰(zhàn)環(huán)境下，指揮控制實(shí)體及時(shí)掌握戰(zhàn)場(chǎng)上各組成要素的能力組成及其能力變化情況，方便其根據(jù)作戰(zhàn)計(jì)劃以及戰(zhàn)場(chǎng)形勢(shì)的能力需求，做出合理有效的能力配置計(jì)劃，提升整體指揮控制協(xié)同作戰(zhàn)能力。

3 指揮控制協(xié)同能力需求框架形式化

對(duì)于體系框架的形式化研究，大多采用Petri 網(wǎng)、有限狀態(tài)機(jī)和進(jìn)程代數(shù)的方法[18]。

有限狀態(tài)機(jī)能詳細(xì)描述體系框架的狀態(tài)變遷以及業(yè)務(wù)邏輯，但是描述范圍有限，同時(shí)缺乏對(duì)活動(dòng)過(guò)程中相關(guān)語(yǔ)義的刻畫(huà)。

圖1 指揮控制協(xié)同能力需求體系結(jié)構(gòu)框架

表1 指揮控制協(xié)同能力需求體系結(jié)構(gòu)的核心元素概念表

Petri 網(wǎng)只適合對(duì)中小型系統(tǒng)進(jìn)行形式化建模與分析，面對(duì)大型復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)，Petri 網(wǎng)不能控制其模型在狀態(tài)變遷以及事件觸發(fā)中產(chǎn)生的大量涌現(xiàn)行為，容易造成狀態(tài)空間爆炸問(wèn)題。

與經(jīng)典的有限狀態(tài)機(jī)和Petri網(wǎng)模型不同，進(jìn)程代數(shù)描述體系框架不受規(guī)模限制，進(jìn)程代數(shù)模型是采用組合的方法來(lái)描述和生成復(fù)雜體系的馬爾可夫轉(zhuǎn)移過(guò)程，其獨(dú)有的等價(jià)合并技術(shù)能夠有效地壓縮連續(xù)時(shí)間馬爾可夫鏈一級(jí)狀態(tài)空間大小，可以在一定程度上解決體系模型在性能評(píng)價(jià)過(guò)程中的狀態(tài)空間爆炸問(wèn)題。

同時(shí)采用進(jìn)程代數(shù)描述指揮控制協(xié)同體系模型結(jié)構(gòu)，可以在系統(tǒng)功能模型基礎(chǔ)上加入性能數(shù)量指標(biāo)，使所得到的模型不但能夠在定性上描述指揮控制協(xié)同系統(tǒng)的行為，在定量上反映系統(tǒng)的某些性能特征，而且進(jìn)程代數(shù)中的隨機(jī)擴(kuò)展的進(jìn)程代數(shù)TIPP、性能評(píng)價(jià)進(jìn)程代數(shù)PEPA 等都具有完善的形式化語(yǔ)義定義語(yǔ)言，方便根據(jù)研究需要進(jìn)行選擇并擴(kuò)展使用。

本文采用進(jìn)程代數(shù)對(duì)指揮控制協(xié)同能力需求體系框架進(jìn)行形式化描述。

3.1 指揮控制協(xié)同能力需求定義

指揮控制是指各作戰(zhàn)實(shí)體為達(dá)成作戰(zhàn)目的，計(jì)劃決策，發(fā)布命令，并對(duì)作戰(zhàn)行動(dòng)進(jìn)行掌握、支配和操縱的活動(dòng)。協(xié)同是在特定的時(shí)間以及空間環(huán)境背景下，兩個(gè)或兩個(gè)以上的實(shí)體，為共同完成某一任務(wù)而進(jìn)行的有計(jì)劃、有組織的相互配合，通常有戰(zhàn)場(chǎng)感知協(xié)同、指揮控制協(xié)同以及火力打擊協(xié)同三種協(xié)同方式。指揮控制協(xié)同則是指揮控制體系中各實(shí)體為遂行共同的指揮控制作戰(zhàn)任務(wù)而進(jìn)行的協(xié)調(diào)配合。指揮控制協(xié)同能力是指揮控制體系在特定的時(shí)間以及空間環(huán)境背景下，各協(xié)同實(shí)體之間通過(guò)綜合運(yùn)用各種有效手段相互配合，合理配置資源，最大限度地發(fā)揮各實(shí)體作戰(zhàn)效果的本領(lǐng)。指揮控制協(xié)同能力需求則是指為遂行指揮控制作戰(zhàn)任務(wù)，根據(jù)現(xiàn)實(shí)指揮控制作戰(zhàn)活動(dòng)的需要，從功能屬性以及非功能屬性上對(duì)協(xié)同中各實(shí)體的能力及其有效規(guī)劃與合理配置等方面的需求描述。它包含以下兩層涵義：

（1）在當(dāng)前能力上下文環(huán)境下，任何一方實(shí)體因具備能力有限都不足以單獨(dú)完成使命任務(wù)，需要其他實(shí)體提供滿足相應(yīng)的功能和性能指標(biāo)的能力予以支撐。因此，指揮控制協(xié)同體現(xiàn)為各實(shí)體之間的能力供需的關(guān)系，一方為能力提供實(shí)體，一方為能力需求實(shí)體。

（2）為順利遂行使命任務(wù)，有效執(zhí)行作戰(zhàn)活動(dòng)，各實(shí)體之間的相互配合需要在時(shí)間、空間等因素約束下進(jìn)行，因此指揮控制協(xié)同能力是指各實(shí)體提供具備滿足時(shí)間、空間等非功能屬性需求的能力。

由上所述，依據(jù)能力分解特性，可以將指揮控制協(xié)同能力看成是不同實(shí)體在各自特定的時(shí)間、空間環(huán)境背景下的能力合成，即由多個(gè)實(shí)體提供各自能力在當(dāng)前作戰(zhàn)上下文環(huán)境下合成的復(fù)雜能力。能力上下文是指對(duì)當(dāng)前戰(zhàn)場(chǎng)條件下，進(jìn)行能力合成時(shí)，對(duì)當(dāng)前能力之間的“需求-提供”關(guān)系的能力合成環(huán)境描述，具體包括能力之間的合成規(guī)則、能力的接口環(huán)境描述等。能力合成的基本要求是提供能力的系統(tǒng)接口相吻合。合成后的復(fù)雜能力仍然可以作為子能力進(jìn)一步合成為一個(gè)新能力。指揮控制協(xié)同能力與子能力之間是一種需求與供給的關(guān)系，指揮控制協(xié)同能力需要子能力進(jìn)行合成，子能力提供具備功能屬性以及非功能屬性的能力滿足指揮控制協(xié)同能力的合成需求。

定義1 一個(gè)完整的能力（CC）定義為一個(gè)六元組，CC ∷( O wner,Type,Con,P,I,Res )，其中：

（1）Owner 描述擁有該能力的實(shí)體。

（2）Type 描述該能力所屬類型。

（3）Con 描述該能力在進(jìn)行能力合成時(shí)對(duì)上下文環(huán)境的要求，包括合成規(guī)則以及接口需求，它定義為一個(gè)二元組：

Con ∷( )

RR,IR

RR，即rule_required ，指進(jìn)行能力合成時(shí)子能力對(duì)合成規(guī)則的需求；IR，即interface_required ，指進(jìn)行能力合成時(shí)該能力的上下文接口需求，包括與該能力前件接口ip對(duì)接的輸入接口cip以及與后件接口ir對(duì)接的輸出接口cir。

（4）P 描述該能力可提供的相關(guān)屬性（稱為供給），包括功能屬性、性能指標(biāo)以及其他非功能屬性等，它定義為一個(gè)四元組：

P ∷( )

Fun,T,S,Pf

Fun 描述該能力具備的功能在輸入和輸出的量化關(guān)系，它定義為一個(gè)三元組：

Fun ∷( )

input,output,description

input 指功能輸入，output 指功能輸出，description 指功能相關(guān)描述。

T 和S 分別描述該能力具備的時(shí)間特性和空間特性，它們分別定義為一個(gè)三元組和一個(gè)二元組：

T ∷( )

begin_time,end_time,description S ∷( )

own_location,target_location

begin_time 指該能力在開(kāi)始時(shí)間上的特性，end_time 指該能力在結(jié)束時(shí)間上的特性，description 指時(shí)間其他相關(guān)特性，如執(zhí)行功能的耗時(shí)；own_location 指能力實(shí)體的位置，target_location 指目標(biāo)實(shí)體位置，對(duì)own_location具有定位參考作用。

Pf 指能力的性能指標(biāo)向量，將它定義成如下格式：Pf=＜pf1,pf2,…,pfn＞

其中pfi(1 ≤i ≤n)為能力的某一具體性能指標(biāo)的量化描述。

（5）I 描述提供該能力的系統(tǒng)所擁有的輸入/輸出接口；其中，前件接口ip描述輸入接口，后件接口ir描述了輸出接口。

（6）Res 描述該能力具備的資源，它定義成一個(gè)三元組：

Res ∷( )

name,type,quantity

name 指具備資源的名稱，type 指該資源所屬類型，quantity 指具有該資源的數(shù)量。

定義2 一個(gè)完整的協(xié)同能力合成需求(CR)定義為一個(gè)四元組CR ∷( )

Sub,Con,R,Res ；其中：

（1）Sub 描述進(jìn)行協(xié)同相關(guān)實(shí)體之間的能力供需關(guān)系，它定義為一個(gè)四元組：

Sub ∷(C_provider,C_requirer,C_required,Type)C_provider 指協(xié)同活動(dòng)中提供某種能力的實(shí)體，C_requirer 指協(xié)同活動(dòng)中需要某種能力的實(shí)體，C_required 指協(xié)同活動(dòng)所需要的子能力，Type 指該子能力所屬類型。

（2）Con 描述當(dāng)前協(xié)同能力合成上下文環(huán)境中子能力之間的合成規(guī)則以及環(huán)境可提供的輸入/輸出接口集合，它定義為一個(gè)二元組：

Con ∷( )

RP,IP

RP ，即rule_provided ，指該協(xié)同能力合成需求提供的各子能力之間的合成規(guī)則；IP ，即interface_provided ，指上下文環(huán)境為能力合成所提供的接口集合，包括與待合成子能力前件接口ip對(duì)接的輸入接口cip以及與后件接口ir對(duì)接的輸出接口cir。

（3）R 描述該協(xié)同能力對(duì)各子能力在相關(guān)屬性上的約束，包括功能屬性、非功能屬性以及其他性能指標(biāo)等，它定義成一個(gè)四元組：

R ∷( )

Fun,T,S,Pf

各元組的定義與子能力相關(guān)屬性供給(CC.P)相關(guān)元組定義一致，其含義略有不同，本定義描述的是協(xié)同能力的需求約束，而后者描述的是子能力的供給屬性。

（4）Res 描述能力需求在資源上的約束，它定義成一個(gè)四元組，與子能力的CC.Res 一致。

利用上述定義可以將指揮控制協(xié)同活動(dòng)中各實(shí)體要素之間的協(xié)同關(guān)系以及能力需求清晰描述出來(lái)。

3.2 能力合成的關(guān)系運(yùn)算

能力合成涉及它們之間的合成關(guān)系操作。為了便于定義這種關(guān)系運(yùn)算，先給出能力元素操作符號(hào)說(shuō)明，如表2所示。

定義3 供給并關(guān)系∪P，用來(lái)表示滿足協(xié)同活動(dòng)所需要的多個(gè)子能力的線性疊加，記為CCi∪PCCj：

CCi∪PCCj∷{(lán)pi|pi∈CCi.P ∨pi∈CCj.P}

定義4 需求包含關(guān)系?R，用來(lái)表示在指揮控制系統(tǒng)中某個(gè)協(xié)同能力的合成需求(CRj)包含了另一個(gè)協(xié)同能力的合成需求(CRi)，記為CRi?RCRj：

定義5 供給包含關(guān)系?P，用來(lái)表示在指揮控制系統(tǒng)中某個(gè)能力(CCj)所能夠提供的供給要素完全覆蓋了另一個(gè)能力(CCi)，記為CCi?PCCj：

表2 能力元素操作符號(hào)說(shuō)明

定義6 滿足關(guān)系?S，用來(lái)表示在指揮控制協(xié)同能力合成中某個(gè)子能力作為供給方(CCi.P)部分或完全滿足協(xié)同能力合成需求(CRj.R)。如果該子能力供給是在某個(gè)功能/性能屬性(pi)上部分滿足協(xié)同能力合成需求，記為pi?SCRj.R：

如果該子能力供給完全滿足協(xié)同能力合成需求，則記為CCi?SCRj：

定義7 沖突關(guān)系?C，用來(lái)表示在指揮控制協(xié)同能力合成中某個(gè)子能力在功能供給(CCi.P.Fun)上部分或完全不滿足協(xié)同能力合成功能需求(CRj.R.Fun)。如果該子能力供給是在某個(gè)功能屬性(funi)上不滿足協(xié)同能力合成的功能需求（或者說(shuō)，協(xié)同能力不需要該功能），記為funi?CCRj.R.Fun：

如果該子能力供給完全不滿足協(xié)同能力合成的功能需求（或者說(shuō)，協(xié)同能力不需要該子能的任何功能，它對(duì)于協(xié)同能力合成沒(méi)有任何價(jià)值），記為CCi?CCRj：

限于篇幅限制，這里僅給出本文所用到的能力合成的基本操作。

3.3 協(xié)同能力合成操作

在指揮控制協(xié)同能力合成需求中通常涉及兩種操作[12]：

（1）能力的添加或刪除：在當(dāng)前分析的協(xié)同能力中添加集成某種需要的子能力或刪除某種不需要的子能力，以合成新的協(xié)同能力。

（2）能力的更新：由于追求性價(jià)比、技術(shù)發(fā)展產(chǎn)品升級(jí)等原因，用性價(jià)比更高或性能更強(qiáng)的子能力去替換當(dāng)前協(xié)同能力中的子能力。

3.3.1 能力的添加或刪除

以符號(hào)“⊕”來(lái)表示能力添加操作。當(dāng)前能力記為CCold，在CCold中添加子能力CCn，形成新的能力CCnew，記為CCold⊕CCn=CCnew。CRadd給出了合成需求描述。能力添加操作分為以下步驟完成：

（1）檢查該子能力是否滿足合成需求：

①檢查接口滿足，即子能力CCn的上下文需求接口cip和cir存在于當(dāng)前能力添加需求CRadd的接口集合CRadd.Con.IP 中；分別記為CRadd.Con.IP.cip和CRadd.Con.IP.cir：

?cip,cir∈CCn.Con.IR,cip,cir∈CRadd.Con.IP ?CRadd.Con.IP ?SCCn.Con.IR

②檢查子能力的兼容性，即CCn不會(huì)提供與能力添加需求CRadd相沖突的能力，且其資源滿足CRadd對(duì)資源的需求：

(?funi∈CCn.P.Fun,funi∈CRadd.R.Fun)&&

(?resi∈CCn.Res,resi∈CRadd.Res)?

CCn?CCRadd&&CCn.Res ?SCRadd.Res

③檢查子能力CCn在時(shí)間、空間等非功能屬性以及相關(guān)性能指標(biāo)上滿足能力添加需求CRadd的要求：

(?ti∈CCn.P.T,ti∈CRadd.R.T)&&

(?si∈CCn.P.S,si∈CRadd.R.S)&&

(?pfi∈CCn.P.Pf,pfi∈CRadd.R.Pf)?

CCn.P.T ?SCRadd.R.T&&

CCn.P.S ?SCRadd.R.S&&

CCn.P.Pf ?SCRadd.R.Pf

（2）添加子能力CCn.將CCn在CRadd上下文中的需求接口CRadd.Con.IP.cip和CRadd.Con.IP.cir分別與CCn的前件接口和后件接口對(duì)接起來(lái)：

CRadd.Con.IP.cip?CCn.I.ip

CCn.I.ir?CRadd.Con.IP.cir

（3）更新新能力CCnew資源信息以及能力上下文信息：

CCnew.Res=CCold.Res+CCn.Res

CCold.Con ?CCnew.Con

以符號(hào)“?”來(lái)表示能力刪除操作，刪除操作與添加操作類似且相對(duì)簡(jiǎn)單，這里不再贅述。

3.3.2 能力的更新

以符號(hào)“?”來(lái)表示能力更新操作。當(dāng)前能力記為Cold，用性能更好、版本更高的新的子能力CCnew去替換CCold中具有相同功能的CCold，記為CCnew?CCold，更新后的能力記為Cnew。CRupgrd給出了更新需求描述，更新操作分為以下步驟完成：

（1）更新操作首先在CRupgrd中的能力上下文環(huán)境中，找出分別與CCold前后件接口的鏈接的接口，分別記為CRupgrd.Con.IP.cip和CRupgrd.Con.IP.cir。

（2）檢查該子能力是否滿足更新需求：

①檢查子能力CCnew有而CCold沒(méi)有的功能不會(huì)與能力更新需求CRupgrd相互沖突，而能力CCold有而CCnew沒(méi)有的功能屬于可選功能，同時(shí)CCnew中的資源滿足CRupgrd對(duì)資源的需求：

②檢查子能力CCnew在時(shí)間、空間等非功能屬性以及相關(guān)性能指標(biāo)上滿足能力添加需求CRupgrd的需求：

（3）進(jìn)行能力添加。將CCnew在CRupgrd上下文中的需求接口CRupgrd.Con.IP.cip和CRupgrd.Con.IP.cir分別與CCnew的前件接口和后件接口對(duì)接起來(lái)，完成新能力CCnew的添加：

（4）刪除舊能力CCold，完成更新操作：

（5）更新新能力Cnew資源信息以及能力上下文信息：

4 案例研究

為了說(shuō)明指揮控制協(xié)同能力的合成以及相關(guān)操作，結(jié)合地方應(yīng)急響應(yīng)體系[19]以及軍事防御系統(tǒng)體系[20]等安全案例[21]，通過(guò)某城市空中防御協(xié)同來(lái)對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描述：

基本想定：某內(nèi)陸城市戰(zhàn)時(shí)要遂行空中防御任務(wù)，敵方最近的導(dǎo)彈基地距離該城市2 000 km，導(dǎo)彈飛行大約10 min，若敵方采用導(dǎo)彈攻擊該城市，要求我方導(dǎo)彈攔截部隊(duì)要在敵方導(dǎo)彈距離該城市400 km區(qū)域外進(jìn)行攔截；若我方攔截導(dǎo)彈未能成功攔截?cái)撤綄?dǎo)彈，敵方導(dǎo)彈以及空中單位將進(jìn)入該城市領(lǐng)空區(qū)域，在敵方空中單位距離該城市200～400 km時(shí)，我方空軍部隊(duì)?wèi)?yīng)出動(dòng)，與敵方單位進(jìn)行空中戰(zhàn)斗；最后，若敵方導(dǎo)彈突破我空軍部隊(duì)的防線，此時(shí)要求我方高炮部隊(duì)在敵方空中單位距離該城市200 km范圍以內(nèi)時(shí)進(jìn)行密集炮火打擊。

由上所述，該城市防空指揮部HQ 進(jìn)行空中防御時(shí)需要進(jìn)行空軍部隊(duì)(AF)、導(dǎo)彈部隊(duì)(MB)以及炮兵部隊(duì)(AT)三者的協(xié)同防御，根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要，制定協(xié)同規(guī)則如下：

（1）若要我方導(dǎo)彈成功將敵方導(dǎo)彈攔截，要求我方導(dǎo)彈部隊(duì)具備導(dǎo)彈攔截能力(CCMI)，且距離該城市不能超過(guò)1 200 km，作戰(zhàn)時(shí)間不超過(guò)8 min，命中概率不低于0.6。

（2）空軍部隊(duì)具備空中戰(zhàn)斗能力（CCAF），與敵方空中單位戰(zhàn)斗時(shí)，要求我方戰(zhàn)斗機(jī)作戰(zhàn)半徑大于150 km小于250 km，載彈量不低于5 000 kg，數(shù)量不低于7 架，不多于13架。

（3）我方高炮部隊(duì)?wèi)?yīng)具備空中打擊能力(CCATA)，以便在敵方空中單位距離該城市200 km范圍內(nèi)時(shí)對(duì)其進(jìn)行打擊，為了使空中打擊效果不波及到城市安全，要求高炮部隊(duì)在該城市前方且距離超過(guò)100 km但不超過(guò)170 km，作戰(zhàn)時(shí)間不超過(guò)1.5 min，命中概率不低于0.7。

假設(shè)該城市附近駐軍情況如下：

有兩支導(dǎo)彈部隊(duì)（MB1和MB2），其中MB1距離該城市2 200 km，作戰(zhàn)時(shí)間不低于9 min，導(dǎo)彈命中概率0.5；MB2距離該城市1 000 km，作戰(zhàn)時(shí)間不超過(guò)7 min，導(dǎo)彈命中概率0.7。

有一支空軍部隊(duì)(AF)：空軍部隊(duì)有標(biāo)準(zhǔn)型(ATS)以及高配型(ATA)兩種型號(hào)的戰(zhàn)斗機(jī)，其中ATS作戰(zhàn)半徑為240 km，載彈量5 300 kg，數(shù)量10 架；ATA作戰(zhàn)半徑為500 km，載彈量5 800 kg，數(shù)量7架。

有兩支炮兵部隊(duì)（AT1和AT2）：兩支部隊(duì)均在城市前方陣地，其中AT1屬于高炮部隊(duì)，距離城市150 km，主要遂行空中打擊任務(wù)，作戰(zhàn)時(shí)間不超過(guò)1 min，打擊概率0.75；AT2屬于地炮部隊(duì)，距離城市100 km，主要遂行地面打擊任務(wù)（如反坦克制導(dǎo)等），作戰(zhàn)時(shí)間不超過(guò)1 min，打擊概率0.8。

準(zhǔn)備工作：對(duì)相關(guān)變量定義如下：

能力類型：導(dǎo)彈攔截能力(MI)、空中戰(zhàn)斗能力(AB)以及空中打擊能力(AT)。

資源類型：武裝部隊(duì)(Arm)、物資裝備(Mat)、信息資源(Inf)。

打擊目標(biāo)：aim ，有導(dǎo)彈(Mis)、空中單位(Air)和地面目標(biāo)(Grd)三個(gè)值。

敵方目標(biāo)距城市距離dE；各部隊(duì)到城市距離dF；作戰(zhàn)時(shí)間t；導(dǎo)彈命中率PMI；高炮命中率PAT；戰(zhàn)斗機(jī)作戰(zhàn)半徑r；戰(zhàn)斗機(jī)載彈量m；戰(zhàn)斗機(jī)數(shù)量n。

每個(gè)防空部隊(duì)所具備的能力以及能力需求和資源需求如表3所示。

組織機(jī)構(gòu)具備能力導(dǎo)彈攔截CCMI1導(dǎo)彈基地MB導(dǎo)彈部隊(duì)MB1導(dǎo)彈部隊(duì)MB2高炮部隊(duì)AT1地炮部隊(duì)AT2導(dǎo)彈攔截CCMI2空中打擊CCATA資源需求預(yù)警衛(wèi)星ST 、雷達(dá)RD、自動(dòng)化系統(tǒng)AutoS、武器平臺(tái)WP預(yù)警衛(wèi)星ST 、雷達(dá)RD、自動(dòng)化系統(tǒng)AutoS、武器平臺(tái)WP炮兵AM 、武器平臺(tái)WP、自動(dòng)化系統(tǒng)AutoS炮兵部隊(duì)AT空軍部隊(duì)AF地面打擊CCATG標(biāo)準(zhǔn)型戰(zhàn)斗機(jī)空中戰(zhàn)斗CCAFS高配型戰(zhàn)斗機(jī)空中戰(zhàn)斗CCAFA能力屬性dF=2 200 km；PMI=0.5；aim=Mis；t ≥9 min dF=1 000 km；PMI=0.7；aim=Mis；t ≤7 min dF=150 km；PAT =0.75；aim=Air；t ≤1 min dF=100 km；PAT =0.8；aim=Grd；t ≤1 min r=240 km；m=5 300 kg；aim=Air；n=10 r=500 km；m=5 800 kg；aim=Air；n=7炮兵AM 、武器平臺(tái)WP、自動(dòng)化系統(tǒng)AutoS戰(zhàn)斗機(jī)飛行員FP、戰(zhàn)斗機(jī)FA、通信系統(tǒng)TS、戰(zhàn)場(chǎng)信息Info戰(zhàn)斗機(jī)飛行員FP、戰(zhàn)斗機(jī)FA、通信系統(tǒng)TS、戰(zhàn)場(chǎng)信息Info

該城市防空協(xié)同能力CRAD需求定義：

協(xié)同能力合成：

假設(shè)該城市防空協(xié)同能力需求CRAD已為其需要的能力CCMI、CCATA、CCAF創(chuàng)建好其能力合成所需的上下文環(huán)境ConAD，且分別為其預(yù)留了這三個(gè)子能力上下文必需接口，分別記為cimip、cimir，ciatap、ciatar，ciafp、ciafr。

下面將根據(jù)該城市防空協(xié)同能力需求CRAD進(jìn)行導(dǎo)彈攔截能力、空中戰(zhàn)斗能力以及空中打擊能力的能力添加合成。以導(dǎo)彈攔截能力CCMI添加為例：

由CRAD需求定義上可知，CRAD對(duì)導(dǎo)彈攔截能力的需求如下：

導(dǎo)彈部隊(duì)提供攔截導(dǎo)彈能力CCMI1和CCMI2：

對(duì)CCMI1進(jìn)行能力屬性及非功能屬性驗(yàn)證：

對(duì)CCMI2進(jìn)行能力屬性及非功能屬性驗(yàn)證：

對(duì)CCMI2進(jìn)行能力添加：

空中戰(zhàn)斗能力CCATA以及空中打擊能力CCAFS的添加類似于導(dǎo)彈攔截能力添加，這里不再贅述。合成后的協(xié)同能力CCAD資源信息以及能力上下文信息：

結(jié)論：通過(guò)對(duì)協(xié)同能力需求的定義，對(duì)能力的相關(guān)功能屬性需求能夠進(jìn)行清晰的形式化描述，同時(shí)能夠驗(yàn)證各實(shí)體部隊(duì)提供的能力與協(xié)同能力需求之間的滿足關(guān)系與沖突關(guān)系，能將抽象的能力需求具體量化，方便現(xiàn)實(shí)中指揮控制協(xié)同能力的具體實(shí)現(xiàn)與操作。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)當(dāng)前在指揮控制體系的研究領(lǐng)域沒(méi)有從能力需求角度對(duì)指揮控制協(xié)同性進(jìn)行研究，且缺乏科學(xué)規(guī)范的形式化理論基礎(chǔ)的現(xiàn)狀，提出將指揮控制體系納入到科學(xué)的軍事體系結(jié)構(gòu)框架中進(jìn)行研究。針對(duì)指揮控制協(xié)同能力的研究需要，在DoDAF2.0的數(shù)據(jù)元模型（DM2）基礎(chǔ)上提取出相關(guān)數(shù)據(jù)元素，構(gòu)建了基于指揮控制協(xié)同能力需求的體系框架，定義協(xié)同能力需求四元組來(lái)清晰描述指揮控制協(xié)同能力需求，并運(yùn)用進(jìn)程代數(shù)方法對(duì)能力之間的關(guān)系以及操作進(jìn)行形式化定義，消除了采用自然語(yǔ)言描述協(xié)同能力合成過(guò)程中可能產(chǎn)生的語(yǔ)義二義性。最后通過(guò)城市空中防御案例進(jìn)一步闡述協(xié)同能力需求四元組以及能力之間的關(guān)系和操作在現(xiàn)實(shí)指揮控制協(xié)同能力中的應(yīng)用。

后續(xù)將繼續(xù)研究指揮控制協(xié)同能力需求框架中的相關(guān)視圖產(chǎn)品以及指揮控制協(xié)同規(guī)則，進(jìn)而采取合適的建模方式進(jìn)行建模，為后續(xù)的仿真技術(shù)的研究以及指揮控制協(xié)同效能評(píng)估打下基礎(chǔ)。