基于DoDAF 的無人直升機輔助反潛作戰(zhàn)系統(tǒng)建模分析研究

李 恒

（中國直升機設計研究所，江西景德鎮(zhèn) 333001）

0 引言

近年來，隨著戰(zhàn)爭向信息化、無人化方向發(fā)展，無人直升機的軍事應用價值得到高度重視，進入加速發(fā)展的時期，其中以“火力偵查兵”最為典型。無人直升機具有使用風險小、成本低、任務能力強的優(yōu)點，最重要的是它可代替有人機來執(zhí)行特殊作戰(zhàn)任務，大大提高了任務安全性[1]。在現代海戰(zhàn)中，阻止敵方力量使用魚雷等武器發(fā)射有利地形是水面艦艇編隊近程防御的重要目標?？紤]到目前我國潛在對手潛艇裝備的反艦魚雷有效攻擊距離，編隊近程防御反潛作戰(zhàn)半徑應不小于50km。由于“安靜型”潛艇輻射噪聲明顯降低，導致了聲納探潛手段效能的大幅度下降，而當派遣反潛直升機近距離精準探測時，危險性提高。這時，無人直升機的優(yōu)點彰顯無遺。無人直升機攜帶磁探儀或其他精準探測設備近距離輔助探潛，發(fā)現目標，再派上反潛直升機進行打擊，有力地發(fā)揮有人反潛直升機作戰(zhàn)平臺的協(xié)同作戰(zhàn)優(yōu)勢。很大程度上增強了海上編隊的體系作戰(zhàn)能力[2]。

DoDAF 本質上是屬于開發(fā)體系結構的基本框架之一，該方法具有實用性強的特點。當前，美軍集成與開發(fā)系統(tǒng)的主要標準便是基于該體系架構，國內一些單位也運用DoDAF 理論指導產品設計和模型構建，進行了一些卓有成效的工作。在研究DoDAF 體系結構開發(fā)理論基礎上，本文提出了一種無人直升機輔助有人直升機探潛系統(tǒng)模型構建方法，從根本上闡明了無人直升機輔助有人直升機反潛作戰(zhàn)的活動過程，可對無人直升機輔助有人直升機作戰(zhàn)體系流程設計和作戰(zhàn)指揮控制給予有效的支撐。

1 作戰(zhàn)體系結構設計

1.1 DoDAF 建模思想

該種體系架構建模思路主要分為兩步：第一步將整個作戰(zhàn)體系模型的構建劃分為易于區(qū)分的幾個階段；第二步按照作戰(zhàn)階段中各階段側重點解決不同的建模問題。這種方法的優(yōu)點是逐步推進系統(tǒng)模型的構建，減少了整套系統(tǒng)模型設計的難度，便于清晰地獲得每一步的工作重點，使得整個建模過程更加簡單明了，容易被各行各業(yè)工作人員快速掌握[3]。各個工作階段都明確確立了任務完成的目標和要求，一旦發(fā)生問題，立刻就在當前階段處理消除，進行最終的仿真驗證[4]，而不必等到所有工作完成，通過“化整為零”的方法提高設計效率。

1.2 作戰(zhàn)體系結構輸出成果

DoDAF 體系結構根據需要定義了一系列的標準視圖，即輸出產品。從各個維度體現參與作戰(zhàn)的各方系統(tǒng)信息的組織架構。對無人直升機輔助有人直升機反潛作戰(zhàn)體系進行設計的主要任務是描述整個作戰(zhàn)系統(tǒng)支持的作戰(zhàn)體系概念，這種作戰(zhàn)概念的主要內容包括完成無人直升機反潛任務的活動、參與人員之間的數據流通、體系關鍵要素等，表1 列出了主要作戰(zhàn)視圖產品。

表1 DoDAF作戰(zhàn)視圖產品及相關說明

1.3 作戰(zhàn)體系結構設計

整個作戰(zhàn)體系結構產品之間相互關聯(lián)，并且相互依賴。因此，可按照以下步驟進行作戰(zhàn)體系結構設計[5]。

（1）確立高級作戰(zhàn)概念圖（OV-1）。高級概念圖是用文字或圖形對相關內容進行描述的一種方式，有利于高級決策者之間進行交流。圖形化的描述作戰(zhàn)想定過程，分析作戰(zhàn)概念、作戰(zhàn)使命等。

（2）明確作戰(zhàn)節(jié)點、作戰(zhàn)活動和組織指揮關系。包括OV-2、OV-5 和OV-4。OV-2 包含作戰(zhàn)節(jié)點、連接關系以及信息交互要求等內容；OV-5 則是對主要作戰(zhàn)活動的層次關系以及作戰(zhàn)活動相互間的輸入、輸出關系進行描述和闡明；OV-4 的主要目的則是對組織、組織類型、人員角色以及它們間的指揮關系進行描述。

（3）確定作戰(zhàn)事件，即OV-6c。OV-6c 是用來描述在特定的作戰(zhàn)場景下，作戰(zhàn)節(jié)點間的信息交換隨時間的變化過程。

（4）確定單個節(jié)點內部狀態(tài)轉移關系，即OV-6b。OV-6b 是用于描述單個作戰(zhàn)節(jié)點的響應，描述單個作戰(zhàn)節(jié)點在不同的作戰(zhàn)事件影響下，其允許的作戰(zhàn)狀態(tài)及狀態(tài)轉移過程。

2 輔助反潛作戰(zhàn)體系結構建模設計與驗證

無人直升機輔助有人直升機反潛的作戰(zhàn)流程是：艦隊指揮平臺派遣一架無人直升機到可疑區(qū)域，利用磁探儀等設備對敵潛艇進行精準探潛，當探測到敵潛艇的目標信息時，無人直升機將目標信息通過衛(wèi)星發(fā)送給艦船指揮平臺，艦船指揮平臺在接收到目標信息后，通過衛(wèi)星向無人直升機以及反潛直升機發(fā)送任務命令，無人直升機根據接收到的命令，組織通信預案，向反潛直升機發(fā)送目標指示信息。與此同時，反潛直升機接收到指揮平臺發(fā)送的經處理過的敵潛艇指示信息，根據艦船指揮平臺發(fā)送的處理后的敵潛艇指示信息以及無人直升機發(fā)送的目標指示信息，對目標實施打擊。

2.1 模型的設計

本文依據無人直升機輔助有人直升機反潛作戰(zhàn)需求，基于DoDAF 開發(fā)模型的規(guī)律，制定作戰(zhàn)模型開發(fā)步驟。

（1）高級作戰(zhàn)概念圖OV-1

在本設計中，OV-1 是對無人直升機輔助有人直升機反潛作戰(zhàn)的一種高層次的圖形描述。它宏觀地描述了輔助反潛的作戰(zhàn)過程，便于各層次設計者之間的交流，根據作戰(zhàn)流程的描述，在輔助反潛作戰(zhàn)體系中，主要參與者有無人直升機、艦隊指揮平臺、反潛直升機、衛(wèi)星、敵潛艇。其高級作戰(zhàn)概念圖如圖1 所示。

圖1 OV-1高級作戰(zhàn)概念圖

（2）組織關系圖OV-4

本研究場景中主要組織角色有：艦船指揮平臺、衛(wèi)星、反潛直升機、無人直升機等，其中艦船指揮平臺是本輔助反潛場景作戰(zhàn)活動的組織者，其他組織角色均為該平臺指揮者（除敵潛艇外），故其組織角色如圖2 所示。

圖2 OV-4組織關系圖

（3）作戰(zhàn)活動模型OV-5

OV-5 主要研究內容為無人直升機輔助有人直升機反潛時，整個作戰(zhàn)體系內所包含的作戰(zhàn)要素以及作戰(zhàn)活動之間的關系。無人機作戰(zhàn)能力、各個作戰(zhàn)活動之間數據流交互是它的主要內容，并且數據流的去向、作戰(zhàn)活動的前后順序和相互關系都是它要描述的主要內容。由本場景可知，其作戰(zhàn)主要活動為精準探潛、作戰(zhàn)指揮和魚雷打擊3個活動，3 個活動又可劃分為探測目標、發(fā)送目標指示信息、命令決策、目標指令、火控解算、接收指令、打擊7個二級子活動，由此建立的作戰(zhàn)活動模型如圖3 所示。

圖3 OV-5作戰(zhàn)活動模型

（4）作戰(zhàn)節(jié)點連接圖OV-2

根據OV-5 確定OV-2，根據本作戰(zhàn)場景，主要作戰(zhàn)節(jié)點含衛(wèi)星節(jié)點、指揮節(jié)點和反潛節(jié)點等，作戰(zhàn)節(jié)點間的連接關系和信息交互主要是命令指令和情報上報。OV-2 清晰地表述衛(wèi)星節(jié)點、指揮節(jié)點和反潛節(jié)點之間的命令指令和情報上報信息，如圖4 所示。

圖4 OV-2作戰(zhàn)節(jié)點連接圖

（5）作戰(zhàn)事件跟蹤描述圖OV-6c

OV-6c 定義了作戰(zhàn)事件的跟蹤描述，描述各主要作戰(zhàn)節(jié)點在整個作戰(zhàn)過程中信息動態(tài)的時序邏輯[6]。OV-6c 在本研究中定義了無人直升機輔助有人直升機反潛作戰(zhàn)中各個作戰(zhàn)節(jié)點間的信息交換活動的任務事件序列，如圖5、圖6 所示。

圖5 作戰(zhàn)事件跟蹤描述圖OV-6c（邏輯關系）

圖6 OV-6c作戰(zhàn)事件跟蹤描述圖（DoDAF描述）

（6）作戰(zhàn)狀態(tài)轉換描述OV-6b

作戰(zhàn)狀態(tài)轉換描述主要是通過圖形的方法描述作戰(zhàn)節(jié)點相應的狀態(tài)變化，可把輔助探潛主要作戰(zhàn)活動的順序清晰地描述出來，作戰(zhàn)場景中每個對象都對應著一個OV-6b，本研究僅列出艦載指揮中心的OV-6b，如圖7 所示。

圖7 艦船指揮中心作戰(zhàn)狀態(tài)轉換描述OV-6b

2.2 模型的驗證

將無人機輔助反潛作戰(zhàn)體系結構模型導入DoDAF 模型驗證工具進行對比驗證，對比模型驗證工具中流程的實際運行狀態(tài)與預期的作戰(zhàn)流程是否一致，以一致性結果的吻合度來判斷無人機輔助反潛模型設計是否合理[7]。實驗中將設計好的作戰(zhàn)狀態(tài)模型OV-6b 和OV-6c 導入到體系結構模型驗證工具中，并定義相關消息驅動，運行后得到如圖8 所示的時序圖。從運行時序圖看出，軟件運行結果的邏輯與作戰(zhàn)事件跟蹤描述OV-6c 預期一致，符合無人直升機輔助有人直升機反潛作戰(zhàn)系統(tǒng)軍事需求和設計需求。

圖8 運行結果時序圖

3 結語

在對美國國防部體系結構框架深入研究的基礎上，完成了無人直升機輔助有人直升機反潛作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)視圖的分析與設計，闡明了無人直升機輔助有人直升機反潛作戰(zhàn)系統(tǒng)的角色、組成、活動，并進行動態(tài)仿真來驗證模型，結果表明該方法合理可行。基于該方法建立的模型易于理解，有助于為無人直升機輔助反潛作戰(zhàn)方式的流程設計和風險規(guī)避提供技術支撐，為無人直升機反潛技術的發(fā)展提供一定的參考。