面向跨域作戰(zhàn)體系的多維架構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究*

張承龍，趙強(qiáng)，魏然，李通

?空天防御體系與武器?

面向跨域作戰(zhàn)體系的多維架構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究*

張承龍，趙強(qiáng)，魏然，李通

（北京電子工程總體研究所，北京 100854）

針對跨域作戰(zhàn)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)的特殊復(fù)雜性，提出了一種多維架構(gòu)設(shè)計(jì)方法，包括作戰(zhàn)概念架構(gòu)、物理架構(gòu)、邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)。給出了上述3種架構(gòu)的定義、設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)流程，其中從威脅態(tài)勢研究、作戰(zhàn)對手研究、能力需求研究與作戰(zhàn)概念生成等方面開展了作戰(zhàn)概念架構(gòu)設(shè)計(jì)，從組成要素選擇、連接關(guān)系描述、配系部署設(shè)計(jì)等方面開展了物理架構(gòu)設(shè)計(jì)，從層級與組織關(guān)系設(shè)計(jì)、作戰(zhàn)過程設(shè)計(jì)、信息交互設(shè)計(jì)、信息精度傳遞關(guān)系設(shè)計(jì)等方面開展了邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)。提出的方法可為跨域作戰(zhàn)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

跨域作戰(zhàn)體系；作戰(zhàn)概念架構(gòu)；物理架構(gòu)；邏輯架構(gòu)

0　引言

作為一種新的作戰(zhàn)概念，跨域作戰(zhàn)通過綜合運(yùn)用聯(lián)合作戰(zhàn)力量來實(shí)施各軍種同步協(xié)調(diào)行動(dòng)［1］，有效打破傳統(tǒng)以軍種為核心的作戰(zhàn)邊界?？缬蜃鲬?zhàn)過程中，戰(zhàn)略戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)等不同層次、陸?？仗炀W(wǎng)電等不同作戰(zhàn)域的作戰(zhàn)力量有機(jī)融合，借助信息的互聯(lián)互通，綜合運(yùn)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等相關(guān)技術(shù)，根據(jù)使命任務(wù)與戰(zhàn)場態(tài)勢，多域空間內(nèi)各作戰(zhàn)力量、作戰(zhàn)平臺快速靈活調(diào)整，作戰(zhàn)效能由線性疊加向非線性、涌現(xiàn)性、自適應(yīng)、自組織性等各種系統(tǒng)效應(yīng)融合轉(zhuǎn)變，作戰(zhàn)力量精確釋能。

對于跨域作戰(zhàn)體系，架構(gòu)是最頂層、最宏觀也是最具有決定性的組成部分之一，其作用類似于人體的骨骼、大樓的骨架?？缬蜃鲬?zhàn)體系的架構(gòu)往往能在很大程度上決定系統(tǒng)的要素組成、連接關(guān)系、部署形態(tài)、組織關(guān)系、作戰(zhàn)流程、信息交互等，是決定跨域作戰(zhàn)體系效能能否有效發(fā)揮的重要因素，因此在開展跨域作戰(zhàn)體系其他設(shè)計(jì)工作前，必須首先明確系統(tǒng)架構(gòu)。

國外在體系架構(gòu)設(shè)計(jì)方面較早開展了廣泛而深入的研究，并形成了體系架構(gòu)描述方法［2］，如DoDAF、MODAF、UPDM、NAF、TOGAF等，在一定程度上對作戰(zhàn)體系的機(jī)理模型進(jìn)行了較為詳細(xì)的描述。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合建模語言、建模工具、仿真工具等［3］，提出了一系列架構(gòu)設(shè)計(jì)方法，如DANSE架構(gòu)設(shè)計(jì)方法［4-5］、基于智能體的架構(gòu)設(shè)計(jì)方法［5-6］等，上述方法在一定程度上解決了系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)問題，但很難適用于跨域作戰(zhàn)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)。與國外相比，國內(nèi)缺少具有我國特色的架構(gòu)描述方法，大量工作更多關(guān)注于結(jié)合自身情況與目標(biāo)系統(tǒng)特點(diǎn)對現(xiàn)有的系統(tǒng)架構(gòu)描述方法的裁剪與改進(jìn)［7-8］。此外，在結(jié)合建模語言、建模工具、仿真工具進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)方面，盡管提出了基于建模仿真的架構(gòu)設(shè)計(jì)方法［9-10］、基于模型和數(shù)據(jù)混合驅(qū)動(dòng)的復(fù)雜體系架構(gòu)設(shè)計(jì)方法［11］等方法論，但距離實(shí)際應(yīng)用仍有較大差距。

立足我國實(shí)際，開展了面向跨域作戰(zhàn)體系的多維架構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究。首先介紹了跨域作戰(zhàn)體系的多維架構(gòu)設(shè)計(jì)方法。在此基礎(chǔ)上，從概念架構(gòu)、物理架構(gòu)、邏輯架構(gòu)3個(gè)不同維度，詳細(xì)給出了跨域作戰(zhàn)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)的定義、設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)流程。

1　跨域作戰(zhàn)體系多維架構(gòu)設(shè)計(jì)方法

跨域作戰(zhàn)體系具有作戰(zhàn)樣式復(fù)雜多樣、作戰(zhàn)場景開放非穩(wěn)態(tài)、對抗過程隨機(jī)動(dòng)態(tài)、智能對抗繁雜激烈等特點(diǎn)，具有組成要素多且層級復(fù)雜、組織及信息交互關(guān)系復(fù)雜、運(yùn)行及演進(jìn)模式復(fù)雜等特征，傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法已難以滿足要求。一方面，需在需求、架構(gòu)、要素、運(yùn)用等方面開展跨域作戰(zhàn)體系的一體化設(shè)計(jì)。另一方面，需在要素測試、要素集成、體系驗(yàn)證等方面開展集成驗(yàn)證，進(jìn)而可以對跨域作戰(zhàn)體系的非線性、不確定性、自組織性等特性進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果又可支撐需求設(shè)計(jì)、架構(gòu)設(shè)計(jì)、要素設(shè)計(jì)與運(yùn)用設(shè)計(jì)。如此反復(fù)迭代，直至滿足功能性能要求。因此，跨域作戰(zhàn)體系的設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1 　跨域作戰(zhàn)體系的設(shè)計(jì)流程

在上述提出的跨域作戰(zhàn)體系設(shè)計(jì)流程的基礎(chǔ)上，從跨域作戰(zhàn)能力的頂層需求出發(fā)，對體系架構(gòu)進(jìn)行自上而下正向分解，提出了跨域作戰(zhàn)體系的架構(gòu)設(shè)計(jì)框架，如圖2所示，包括構(gòu)建反映跨域作戰(zhàn)體系形態(tài)與需求的作戰(zhàn)概念架構(gòu)，反映跨域作戰(zhàn)體系要素組成、連接關(guān)系、配系部署的物理架構(gòu)，以及反映跨域作戰(zhàn)體系功能服務(wù)的邏輯架構(gòu)。通過概念架構(gòu)設(shè)計(jì)生成的能力需求與作戰(zhàn)概念分別用于指導(dǎo)物理架構(gòu)與邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)，物理架構(gòu)與邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)過程中相互促進(jìn)、相互迭代。

圖2 　跨域作戰(zhàn)體系的架構(gòu)設(shè)計(jì)框架

2　跨域作戰(zhàn)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)

針對跨域作戰(zhàn)體系，開展了多維架構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究，包括概念架構(gòu)設(shè)計(jì)、物理架構(gòu)設(shè)計(jì)與邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.1　概念架構(gòu)設(shè)計(jì)

概念架構(gòu)是指跨域作戰(zhàn)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)的最初階段，對跨域作戰(zhàn)體系的威脅態(tài)勢、作戰(zhàn)對手、能力需求、作戰(zhàn)概念等進(jìn)行分析研究，并將其按照一定邏輯勾勒成完整圖像的過程。概念架構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目的是明確跨域作戰(zhàn)體系設(shè)計(jì)的大方向，防止因?yàn)樾枨蟀芽夭磺濉κ盅芯坎煌?、技術(shù)發(fā)展方向把握不準(zhǔn)等原因，造成設(shè)計(jì)出的跨域作戰(zhàn)體系存在重大方向性錯(cuò)誤。概念架構(gòu)設(shè)計(jì)不在于其最終構(gòu)設(shè)的圖像在細(xì)節(jié)上的精確性，而在于圖像在宏觀方向的正確性。如圖3所示，概念架構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括威脅態(tài)勢研究、作戰(zhàn)對手研究、能力需求研究與作戰(zhàn)概念生成。

2.1.1威脅態(tài)勢研究

跨域作戰(zhàn)體系概念架構(gòu)設(shè)計(jì)的威脅態(tài)勢研究內(nèi)容如圖4所示。通過分析面臨的地緣政治環(huán)境、安全威脅形式等，研判跨域作戰(zhàn)背景下可能發(fā)生戰(zhàn)爭的作戰(zhàn)對手、作戰(zhàn)空間以及交戰(zhàn)規(guī)模，其中作戰(zhàn)空間覆蓋陸?？仗炀W(wǎng)電等作戰(zhàn)域。

圖3 　跨域作戰(zhàn)體系的概念架構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容

圖4 　跨域作戰(zhàn)體系概念架構(gòu)設(shè)計(jì)的威脅態(tài)勢研究內(nèi)容

2.1.2作戰(zhàn)對手研究

跨域作戰(zhàn)體系概念架構(gòu)的作戰(zhàn)對手研究內(nèi)容如圖5所示。從戰(zhàn)略、戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)等層面研究跨域作戰(zhàn)背景下的作戰(zhàn)對手，主要包括對手是誰、敵人如何進(jìn)攻、敵人使用什么裝備進(jìn)攻等。其中敵人是誰的研究內(nèi)容包括對手的軍事戰(zhàn)略、作戰(zhàn)概念、裝備發(fā)展規(guī)劃等；敵人如何進(jìn)攻的研究內(nèi)容包括跨域作戰(zhàn)背景下對手的戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法、作戰(zhàn)樣式、作戰(zhàn)條例、裝備采購與部署等內(nèi)容；敵人使用什么裝備進(jìn)攻的研究內(nèi)容包括跨域作戰(zhàn)背景下的作戰(zhàn)空間環(huán)境和目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)、紅外、電磁特性等。

圖5 　跨域作戰(zhàn)體系概念架構(gòu)的作戰(zhàn)對手研究內(nèi)容

2.1.3能力需求研究

跨域作戰(zhàn)體系概念架構(gòu)的能力需求研究內(nèi)容如圖6所示。結(jié)合面臨的地緣政治環(huán)境、安全威脅形式以及作戰(zhàn)對手等，構(gòu)建對抗場景，定量化分析當(dāng)前跨域作戰(zhàn)的體系能力，評估短板弱項(xiàng)，研究當(dāng)前的跨域作戰(zhàn)裝備、作戰(zhàn)樣式的不足。

圖6 　跨域作戰(zhàn)體系概念架構(gòu)的能力需求研究內(nèi)容

2.1.4作戰(zhàn)概念生成

跨域作戰(zhàn)體系概念架構(gòu)的作戰(zhàn)概念生成內(nèi)容如圖7所示。分析跨域作戰(zhàn)背景下核心要素及其組織運(yùn)用流程，在作戰(zhàn)機(jī)理的牽引下，采用分層、分級、分域等設(shè)計(jì)思路，形成戰(zhàn)略級、戰(zhàn)役級、戰(zhàn)術(shù)級和裝備級作戰(zhàn)概念。

2.2　物理架構(gòu)設(shè)計(jì)

跨域作戰(zhàn)體系的物理架構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容如圖8所示。物理架構(gòu)是對跨域作戰(zhàn)體系在客觀世界中的組成要素類型與功能性能、要素之間的連接關(guān)系、要素?cái)?shù)量與部署位置等進(jìn)行表征，但不能對要素之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系進(jìn)行描述。構(gòu)成跨域作戰(zhàn)體系的要素包括探測感知、指揮控制、攔截對抗等裝備實(shí)體。跨域作戰(zhàn)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括組成要素選擇、連接關(guān)系描述、配系部署設(shè)計(jì)等。

圖7 　跨域作戰(zhàn)體系概念架構(gòu)的作戰(zhàn)概念生成內(nèi)容

圖8 　跨域作戰(zhàn)體系的物理架構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.2.1組成要素選擇

跨域作戰(zhàn)體系物理架構(gòu)的要素組成示意圖如圖9所示。跨域作戰(zhàn)體系物理要素的選擇應(yīng)根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)分解的作戰(zhàn)能力需求，選擇能夠?qū)崿F(xiàn)既定能力的作戰(zhàn)域及其要素。作戰(zhàn)能力需求包括作戰(zhàn)對象、作戰(zhàn)目標(biāo)、作戰(zhàn)區(qū)域等。在組成要素設(shè)計(jì)的過程中，一方面需根據(jù)多域各作戰(zhàn)要素的功能性能與戰(zhàn)技指標(biāo)；另一方面，需充分結(jié)合多域戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通能力、多域各要素技術(shù)體制、協(xié)同作戰(zhàn)支撐程度、網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)用模式等因素。

圖9 　跨域作戰(zhàn)體系物理架構(gòu)的要素組成示意圖

2.2.2連接關(guān)系描述

跨域作戰(zhàn)體系物理架構(gòu)中的連接關(guān)系是指要素之間的連接關(guān)系網(wǎng)、信息的發(fā)送與接收對象、通信方式等，通過連接關(guān)系可以明確點(diǎn)對點(diǎn)通信時(shí)的路由鏈路，如圖10所示。

跨域作戰(zhàn)條件下，基于互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)支持，陸?？仗炀W(wǎng)電作戰(zhàn)域內(nèi)各要素動(dòng)態(tài)無縫連接，融合到一個(gè)在跨域各要素之間實(shí)時(shí)共享高置信度數(shù)據(jù)的跨域殺傷網(wǎng)中，多域各要素之間的連接關(guān)系呈現(xiàn)網(wǎng)狀特點(diǎn)。

跨域作戰(zhàn)要素的連接關(guān)系描述既包括單域作戰(zhàn)要素連接關(guān)系描述，也包括跨域作戰(zhàn)要素連接關(guān)系描述。對于單域與跨域作戰(zhàn)要素的連接關(guān)系，二者均包括同類作戰(zhàn)要素連接關(guān)系與異類作戰(zhàn)要素連接關(guān)系。同類作戰(zhàn)要素連接關(guān)系又包括探測感知要素之間的連接關(guān)系、指揮控制要素之間的連接關(guān)系、攔截對抗要素之間的連接關(guān)系。異類作戰(zhàn)要素的連接關(guān)系包括探測感知與指揮控制要素之間的連接關(guān)系、探測感知與攔截對抗要素之間的連接關(guān)系、指揮控制與攔截對抗要素之間的連接關(guān)系，以及探測感知與指揮控制、攔截對抗要素之間的連接關(guān)系。顯然，跨域作戰(zhàn)要素的連接關(guān)系異常復(fù)雜，本質(zhì)是以由多域各要素實(shí)體為節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。

圖10 　跨域作戰(zhàn)物理架構(gòu)設(shè)計(jì)的要素連接關(guān)系描述內(nèi)容

對于跨域作戰(zhàn)體系要素的連接關(guān)系描述，宜采用基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的描述方法：

以探測感知與指揮控制、攔截對抗要素之間的連接關(guān)系描述為例，無向圖與有向圖對應(yīng)的鄰接矩陣如圖11所示。與無向圖相比，有向圖規(guī)定了每條邊的方向。對于跨域作戰(zhàn)體系的要素連接關(guān)系，存在要素間單向傳遞信息的情況，如某些探測感知要素僅可向指揮控制要素單向傳遞信息，因此跨域作戰(zhàn)體系的要素連接關(guān)系宜采用有向圖的鄰接矩陣來表征。

圖11 　跨域作戰(zhàn)要素連接關(guān)系描述示例

2.2.3配系部署設(shè)計(jì)

在完成組成要素選擇與連接關(guān)系描述后，需要對組成要素的數(shù)量與地理空間部署進(jìn)行設(shè)計(jì)，給出典型環(huán)境條件下的多域各要素的數(shù)量與部署方案，如圖12所示。例如，對于對空跨域作戰(zhàn)體系，一方面，進(jìn)行給定資源下的位置部署，即根據(jù)給定的資源，如探測感知、指揮控制、攔截對抗等要素的類型、數(shù)量與物理連接關(guān)系，結(jié)合多域各要素的戰(zhàn)技指標(biāo)，以最大化作戰(zhàn)效能為目標(biāo)，優(yōu)化各資源節(jié)點(diǎn)的部署位置等。另一方面，進(jìn)行給定作戰(zhàn)任務(wù)的資源分析和部署，即在給定跨域作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)，優(yōu)化所需多域各要素的數(shù)量及部署位置等，在控制成本的同時(shí)最優(yōu)化效能。

圖12 　跨域作戰(zhàn)體系物理架構(gòu)的配系部署設(shè)計(jì)

2.3　邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)

邏輯架構(gòu)是指跨域作戰(zhàn)體系在執(zhí)行不同作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)的架構(gòu)層級與組織關(guān)系、作戰(zhàn)過程、信息交互關(guān)系及信息精度傳遞關(guān)系，一般通過基于物理架構(gòu)的多域各要素形成的時(shí)間鏈、信息鏈與精度鏈進(jìn)行描述。如圖13所示，邏輯架構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括架構(gòu)層級與組織關(guān)系設(shè)計(jì)、作戰(zhàn)過程設(shè)計(jì)、信息交互關(guān)系設(shè)計(jì)及信息精度傳遞關(guān)系設(shè)計(jì)等。

圖13 　跨域作戰(zhàn)體系的邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.3.1層級與組織關(guān)系設(shè)計(jì)

跨域作戰(zhàn)體系的層級與組織關(guān)系設(shè)計(jì)主要用于設(shè)計(jì)跨域作戰(zhàn)過程中多域各要素在完成作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)所經(jīng)過的編制級別數(shù)，以及指揮控制要素與所屬部隊(duì)之間構(gòu)成的指揮與被指揮的關(guān)系。層級與組織關(guān)系設(shè)計(jì)過程中應(yīng)基于跨域作戰(zhàn)體系的物理架構(gòu)，根據(jù)跨域作戰(zhàn)體系的作戰(zhàn)任務(wù)，以及各組成要素的功能性能、戰(zhàn)技指標(biāo)與要素間連接關(guān)系，并結(jié)合現(xiàn)有的指揮體制開展設(shè)計(jì)。

跨域作戰(zhàn)體系邏輯架構(gòu)的層級與組織關(guān)系示意圖如圖14所示。對于集中式層級與組織關(guān)系，多域各要素按隸屬關(guān)系呈樹狀的層次結(jié)構(gòu)。根節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)、安排葉節(jié)點(diǎn)的任務(wù)計(jì)劃，其余各節(jié)點(diǎn)則根據(jù)父節(jié)點(diǎn)的協(xié)調(diào)安排生成各自的子任務(wù)計(jì)劃，并將其分解到各自的葉節(jié)點(diǎn)，通過逐級分解適應(yīng)大規(guī)模任務(wù)計(jì)劃。但是嚴(yán)格的層次式指揮依賴上級節(jié)點(diǎn)的協(xié)調(diào)、控制，對于可能影響全局的情況變化需要逐級上報(bào)，并由高層節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一協(xié)調(diào)，大量底層節(jié)點(diǎn)缺乏溝通途徑。

對于分布式層級與組織關(guān)系，處于同一級別的多域各要素實(shí)體之間是一種對等、協(xié)商的關(guān)系，并不區(qū)分嚴(yán)格的隸屬關(guān)系。根據(jù)自身的情況與全局的任務(wù)目標(biāo)同級指揮控制要素可橫向協(xié)同，不同級指揮控制要素可實(shí)現(xiàn)跨級指揮，態(tài)勢信息也可實(shí)現(xiàn)多層共享，以確保全局任務(wù)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。分布式層級與組織關(guān)系下多域各要素實(shí)體間更充分有序交流與協(xié)作，具有自同步的特點(diǎn)，在快速變化的環(huán)境中具有高度適應(yīng)性。

圖14 　跨域作戰(zhàn)體系邏輯架構(gòu)的層級與組織關(guān)系示意圖

對于跨域作戰(zhàn)，分布式層級與組織關(guān)系更為適用。通過網(wǎng)絡(luò)環(huán)境將多域各要素有機(jī)連接、融合在一起，促使指揮能力高效發(fā)揮。各級各類型指揮機(jī)構(gòu)呈現(xiàn)要素節(jié)點(diǎn)式、功能替代式、立體分布式特點(diǎn)。一方面，通過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范指揮機(jī)構(gòu)、指揮手段，規(guī)范行動(dòng)控制流程及信息傳輸格式等。同級指揮控制要素之間互為備份，互相替代；另一方面，立體聯(lián)合陸?？仗炀W(wǎng)電多域指揮力量，增強(qiáng)柔性抗毀能力。通過多域各指控要素實(shí)體之間高效運(yùn)行、有效釋能，形成體系化作戰(zhàn)指揮能力，確保行動(dòng)控制穩(wěn)定可靠。此外，借助信息的互聯(lián)互通，形成“開放”的“韌性”指揮控制架構(gòu)。根據(jù)使命任務(wù)、環(huán)境態(tài)勢、力量手段等的臨機(jī)變化，靈活接入指揮實(shí)體，體現(xiàn)靈活可調(diào)的能動(dòng)性與自組織能力，實(shí)現(xiàn)“架構(gòu)動(dòng)態(tài)重構(gòu)、指揮快速接續(xù)”，確保行動(dòng)控制靈活順暢。

基于跨域作戰(zhàn)體系架構(gòu)的按需動(dòng)態(tài)重構(gòu)特點(diǎn)，邏輯架構(gòu)的層級與組織關(guān)系設(shè)計(jì)的本質(zhì)是面向作戰(zhàn)任務(wù)的即時(shí)聚優(yōu)跨域殺傷網(wǎng)構(gòu)建問題。如圖15所示，層級與組織關(guān)系設(shè)計(jì)過程中，首先需進(jìn)行模型構(gòu)建，包括跨域作戰(zhàn)效能目標(biāo)函數(shù)以及時(shí)間、空間、能量等約束關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用博弈論、運(yùn)籌學(xué)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等理論，進(jìn)行跨域殺傷網(wǎng)模型的動(dòng)態(tài)求解，得到此時(shí)最優(yōu)的層級與組織關(guān)系。最后，通過指揮節(jié)點(diǎn)的中心度、指揮架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)圖直徑、指揮架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)圖密度、橫向連通度等指標(biāo)進(jìn)行邏輯架構(gòu)評估［12］?？缬蜃鲬?zhàn)體系邏輯架構(gòu)的評估指標(biāo)如圖16所示。

圖15 　跨域作戰(zhàn)體系邏輯架構(gòu)的層級與組織關(guān)系設(shè)計(jì)

圖16 　跨域作戰(zhàn)體系邏輯架構(gòu)的評估指標(biāo)

2.3.2作戰(zhàn)過程設(shè)計(jì)

跨域作戰(zhàn)體系的作戰(zhàn)過程設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)邏輯架構(gòu)的層級與組織關(guān)系。根據(jù)跨域作戰(zhàn)體系的作戰(zhàn)任務(wù)，設(shè)計(jì)多域各作戰(zhàn)要素的行為、要素狀態(tài)變化等事件發(fā)生的先后順序。在信息化作戰(zhàn)條件下，跨域作戰(zhàn)呈現(xiàn)作戰(zhàn)力量高度融合、作戰(zhàn)空間多域多維、指揮要素類型多樣、指揮要素功能多元、指揮關(guān)系多重交叉等特點(diǎn)，使得作戰(zhàn)過程設(shè)計(jì)變得越來越復(fù)雜。

為規(guī)范跨域作戰(zhàn)體系的作戰(zhàn)過程設(shè)計(jì)，從總體上系統(tǒng)描述面向特定作戰(zhàn)任務(wù)的作戰(zhàn)過程與行動(dòng)控制關(guān)系，以模型數(shù)據(jù)形式明確跨域作戰(zhàn)的要素組成與作戰(zhàn)流程，開展跨域作戰(zhàn)過程設(shè)計(jì)，包括同類作戰(zhàn)要素協(xié)同過程設(shè)計(jì)與異類作戰(zhàn)要素協(xié)同過程設(shè)計(jì)等內(nèi)容。其中同類要素協(xié)同過程設(shè)計(jì)包括探測感知要素之間的協(xié)同過程設(shè)計(jì)、指揮控制要素之間的協(xié)同過程設(shè)計(jì)與攔截對抗要素之間的協(xié)同過程設(shè)計(jì)等內(nèi)容；異類作戰(zhàn)要素協(xié)同過程設(shè)計(jì)包括探測感知要素與指揮控制要素協(xié)同過程設(shè)計(jì)、探測感知要素與攔截對抗要素協(xié)同過程設(shè)計(jì)、指揮控制要素與攔截對抗要素協(xié)同關(guān)系設(shè)計(jì)以及探測感知要素與指揮控制要素、攔截對抗要素協(xié)同過程設(shè)計(jì)等內(nèi)容?？缬蜃鲬?zhàn)過程設(shè)計(jì)內(nèi)容如圖17所示。

圖17 　跨域作戰(zhàn)過程設(shè)計(jì)內(nèi)容

跨域作戰(zhàn)過程設(shè)計(jì)主要包括以下步驟：

（1） 根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)梳理跨域作戰(zhàn)體系的作戰(zhàn)活動(dòng)，結(jié)合跨域作戰(zhàn)體系的作戰(zhàn)活動(dòng)分解多域各要素的功能活動(dòng)，并以數(shù)據(jù)流箭頭來表示多域各要素功能活動(dòng)之間的連接，明確多域各要素功能活動(dòng)之間的資源流。

（2） 構(gòu)建要素的作戰(zhàn)事件/作戰(zhàn)活動(dòng)之間的時(shí)間序列，可用于按照時(shí)間先后順序檢查參與其中的多域要素之間的交互信息，明確作戰(zhàn)線程，并對其中的關(guān)鍵事件/活動(dòng)進(jìn)行跟蹤，確保信息在多域各要素之間高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3） 按多域各要素分別梳理其參與的作戰(zhàn)事件，明確多域各要素在跨域作戰(zhàn)過程中的狀態(tài)及其狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系，完成時(shí)序關(guān)系檢查和優(yōu)化。

（4） 由邏輯視圖模型生成可執(zhí)行的代碼框架，可基于外部事件驅(qū)動(dòng)完成邏輯仿真、檢驗(yàn)系統(tǒng)視角的一致性與完整性，并根據(jù)邏輯仿真結(jié)果返回步驟（2）進(jìn)行迭代。

對于跨域作戰(zhàn)體系的作戰(zhàn)過程設(shè)計(jì)，一般通過結(jié)構(gòu)型視圖的方式進(jìn)行描述。

2.3.3信息交互設(shè)計(jì)

跨域作戰(zhàn)體系信息交互關(guān)系設(shè)計(jì)是在作戰(zhàn)過程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對作戰(zhàn)過程中多域各要素之間的信息交互關(guān)系進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖18 　跨域作戰(zhàn)體系邏輯架構(gòu)的信息交互關(guān)系示意圖

在信息交互關(guān)系設(shè)計(jì)的過程中，重點(diǎn)設(shè)計(jì)信息的來源要素、目的要素、信息內(nèi)容等，通常通過結(jié)構(gòu)型視圖形式進(jìn)行描述，如圖18所示。在此基礎(chǔ)上，通過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范信息傳輸內(nèi)容與格式。

2.3.4信息精度傳遞關(guān)系設(shè)計(jì)

跨域作戰(zhàn)的信息精度傳遞關(guān)系設(shè)計(jì)是在信息交互關(guān)系設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，圍繞殺傷鏈有效閉合，對多域各要素與各作戰(zhàn)環(huán)節(jié)的誤差進(jìn)行分析，并根據(jù)信息傳遞誤差選擇構(gòu)成殺傷鏈的各要素?？缬蜃鲬?zhàn)的殺傷鏈?zhǔn)侵概c殺傷過程相關(guān)的作戰(zhàn)鏈條，包含偵察鏈、感知鏈、決策鏈、打擊鏈、保障鏈、評估鏈等。美高度重視跨域作戰(zhàn)的殺傷鏈精度驗(yàn)證，較為典型的跨域作戰(zhàn)試驗(yàn)為美陸軍“項(xiàng)目融合-2021”，試驗(yàn)中通過智能自主偵察、聯(lián)合空地打擊、聯(lián)合全域火力打擊、智能打擊等多項(xiàng)演練科目，測試了偵察鏈、打擊鏈等多種類型作戰(zhàn)鏈條的有效性。

對于信息精度傳遞關(guān)系設(shè)計(jì)，一般需結(jié)合仿真建模的方法進(jìn)行。通過數(shù)值仿真得到大量數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)挖掘得到殺傷概率與影響跨域作戰(zhàn)信息傳遞精度的諸因素之間的函數(shù)關(guān)系。以對空跨域作戰(zhàn)為例，影響針對特定目標(biāo)殺傷概率的因素包括單發(fā)殺傷概率隨傳感器探測威力、探測精度、導(dǎo)彈飛行速度、過載能力等，殺傷概率與上述因素之間的函數(shù)關(guān)系具有較強(qiáng)的非線性，適宜采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擬合表征，數(shù)學(xué)模型公式為

通過以上數(shù)學(xué)模型對單條殺傷鏈進(jìn)行可靠建模和表征后，即可對跨域作戰(zhàn)體系內(nèi)的大量可選殺傷鏈進(jìn)行統(tǒng)一表述。對于同一攔截目標(biāo)，對不同殺傷鏈進(jìn)行單發(fā)殺傷概率預(yù)估，得到滿足殺傷概率要求的殺傷鏈組合。

3　結(jié)束語

跨域作戰(zhàn)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性源于其本身的強(qiáng)對抗性，強(qiáng)對抗環(huán)境下跨域作戰(zhàn)體系的要素組成，要素與要素間、要素與環(huán)境之間的關(guān)系，以及指導(dǎo)架構(gòu)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則都時(shí)刻發(fā)生變化。多維架構(gòu)設(shè)計(jì)方法為強(qiáng)對抗環(huán)境下跨域作戰(zhàn)體系的架構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一種有效途徑。本文以滿足能力需求為目標(biāo)，圍繞作戰(zhàn)能力生成，運(yùn)用多維架構(gòu)設(shè)計(jì)方法，開展跨域作戰(zhàn)體系的概念架構(gòu)、物理架構(gòu)與邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)，給出了上述3種架構(gòu)映射的模型，實(shí)現(xiàn)了滿足跨域作戰(zhàn)體系非線性、對抗性、自組織性等特性要求的綜合性系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

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Research on Design Method of Multi-dimensional Architecture of Cross-Domain Operational Systems

ZHANGChenglong，ZHAOQiang，WEIRan，LITong

（Beijing Institute of Electronic System Engineering， Beijing 100854， China）

In order to solve the special complexity of architecture design of cross-domain operational systems， a design method of multi-dimensional architecture is proposed， including the design of conceptual architecture， physical architecture and logical architecture. The definitions and design procedures of the three above architectures are provided， with the conceptual architecture design including threat situation research， opposition research， capacity requirements analysis and operational concept generation， the physical architecture design including component elements selection， connection relationships description and deployment design， the logical architecture design including organizational hierarchy relationships design， operational process design， information sharing design and precision information transmission analysis. The proposed method can provide guidance for the architecture design of cross-domain operational systems.

cross-domain operational systems；conceptual architecture；physical architecture；logical architecture

2022 -12 -15 ;

2023 -02 -06

張承龍(1986-)，男，安徽碭山人。研究員，博士，研究方向?yàn)轶w系與系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、分布式與無人作戰(zhàn)技術(shù)、人工智能技術(shù)應(yīng)用等。

10.3969/j.issn.1009-086x.2023.03.003

TJ0； E835.8

A

1009-086X（2023）-03-0020-11

張承龍, 趙強(qiáng), 魏然, 等.面向跨域作戰(zhàn)體系的多維架構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究[J].現(xiàn)代防御技術(shù),2023,51(3):20-30.

Reference format:ZHANG Chenglong,ZHAO Qiang,WEI Ran,et al.Research on Design Method of Multi-dimensional Architecture of Cross-Domain Operational Systems[J].Modern Defence Technology,2023,51(3):20-30.

通信地址：100854 北京市142信箱30分箱