美军C4ISR系统体系集成设计与验证技术发展研究_美军作战体系

　　0 引言　　伴随美国国家军事战略从“基于威胁”向“基于能力”转型，美军就开始积极探索C4ISR系统体系集成建设的新思想、新方法和新途径。网络中心战（NCW）理念的提出，极大地推动着C4ISR系统形态从单一功能“系统”形态向“系统簇（FoS）”、一体化“体系（SoS）”形态演进，集成及运行模式从“平台中心化”向“网络中心化”转变。美军C4ISR系统在规模、结构及运行机制方面的显著变化，引发了其研制理念从传统“系统工程（SE）”向“体系工程（SoSE）”发展，与之相适应的系统设计、开发、试验、测评技术也越来越多地被关注、研究与实践，核心就是“集成”。综合美军近年来的C4ISR系统建成实践，围绕能力开发、集成与验证主线，突出表现为顶层设计、综合集成、体系验证三个方面。
　　1 顶层设计
　　面向军事转型，美军目前已经形成了完整的顶层设计体系，不仅建立了较为完备的政策法规、组织结构，制订了多个层次的顶层设计文件，明确了一系列顶层设计内容，还形成了较系统的顶层设计方法、设计资源及设计手段（环境），包括装备需求生成、体系结构设计、技术标准管理及设计环境建设等多各方面。
　　1.1 建立基于能力的装备需求生成机制。装备需求是指为实现预定的军事战略目标和战争目的所需装备保障条件及要求的总称，是C4ISR系统装备研制的输入。装备需求生成机制，是指按照一定的程序和规则，将作战需求转化为装备需求的过程。美军以联合能力集成与开发系统（JCIDS）建设为重点，规范了从军事需求到能力需求、装备需求的生成过程及技术规范，突破了使命、任务、能力、装备多层次需求映射与转换技术。即从支撑一体化联合作战角度出发，采用JCIDS制度规范需求生成及分析工作，以“能力”为目标对象，组织跨部门、跨领域的专家联合分析、论证能力需求，形成一系列装备能力需求文件（ICD、CDD、CPD），从体系角度提出新研装备需求和现役装备能力提升/改造需求，最终以能力发展路线图指导体系能力发展和装备研制。
　　1.2 形成基于数据的体系结构设计方法。以国防部体系结构框架（DoDAF）及相关设计方法研究与应用为重点，建立了统一的多视图描述过程及规范，指导复杂军事信息系统设计。早在上世纪90年代，美军就开始着手体系结构设计规范研究，先后发布了C4ISR AF1.0、C4ISR AF2.0、DoDAF1.0、DoDAF1.5、
　　DoDAF2.0等多个版本的体系结构框架，并建设了体系结构核心数据模型（CADM）、联合作战任务清单（UJTL）、DoDAF数据元模型（DM2）等通用设计参考资源。同时，结合上述体系结构框架，目前形成了结构化、面向对象、基于活动（ABM）、以数据为中心等多种设计方法，并成功应用于全球信息栅格（GIG）、未来作战系统（FCS）等工程建设中。
　　其中，DoDAF2.0代表当前最先进的水平，与以往相比：一是强化对“网络中心、面向服务”战略的支持，即体系结构框架中增加了服务视图及相关的13个描述模型，确保系统设计中考虑到面向服务体系架构（SOA）和网络中心数据/服务战略（NCDS/NCSS）。二是进一步深化以数据为中心的体系结构开发方法，即确定了设计元数据注册和模型共享机制，并采用DM2取代早期的CADM，从元模型层次规范体系结构设计，扩展支撑决策活动的体系结构图形种类，支持体系结构数据的创新和灵活的可视化表现。
　　1.3 确立面向互操作性的标准管理机制。美军以促进信息系统互操作性为目标，以联合技术体系结构（JTA）、国防部信息技术标准注册系统（DISR）为重点，逐步规范了系统技术体制与标准规范制定过程。其中，JTA发展经历了两个阶段：第一阶段是5.x及早期版本，引用了大量商用和军用信息技术标准，适用于与商业和国家安全相关的、已存在或即将采办的系统；第二阶段是6.0及后续版本，关注于国防部现有信息基础设施与系统的转型。当前，适应网络中心化发展，建立了DISR等手段，实现技术标准的网络化发布与共享，为装备技术体制选择提供了有力支撑。
　　1.4 构建了网络化的顶层设计协同环境。以海军协同工程环境（NCEE）等建设为重点，为开展信息系统顶层设计提供技术手段保障。NCEE是美国海军为支持“网络中心化”系统建设而于2003年开始构建的信息系统及武器装备的顶层设计环境。NCEE充分运用体系工程思想，基于DoDAF、UML、sysML等建模方法和System Architecture、CORE、DOORS等设计工具，以设计数据共享为目标，通过网络集成需求管理、功能分析、任务分析、体系结构、仿真设计等设计工具而实现一体化，支持开发人员、采办人员分布式协同设计，具备体系结构、特定应用领域、部队系统集成和互操作性的分析、设计、评估能力。
　　2 综合集成
　　美军为融合各军兵种“烟囱”式信息系统，早在1992年就提出了著名的“武士C4I计划（C4IFTW）”，目标是通过建设统一的国防信息基础设施（DII）来促进军兵种系统综合集成和互联、互通、互操作。21世纪以来，为支持网络中心战，美军提出全球信息栅格（GIG）建设构想，并以此实现信息系统综合集成从“平台中心化”向“网络中心化”转变，核心就是主导基于能力或效果的综合集成方法和构建“网络中心、面向服务”的集成环境。
　　2.1 提出基于能力或效果的系统综合集成方法。作战能力和作战效果的显著提升，是C4ISR系统体系综合集成的终极目标。基于能力的综合集成方法源于美军提出的任务能力包（MCP）思想，是将作战理念物化到作战体系的重要技术途径。MCP的核心思想就是：C4ISR系统体系综合集成，要在有效发挥整体作战能力的条件下进行，要从物理域、信息域、认识域和社会域等层次进行分析和精炼，使得每一个要素都应在现有条件下实现最优搭配，为提升作战能力做出最大贡献。目前，MCP方法已用于网络使能指挥能力（NECC）等系统建设中。此外，基于效果（EBO）的综合集成方法，则是基于能力的综合集成方法的进一步发展，集成评价准则是“预期达到的效果”，然后引出一系列基于效果的计划、决策、执行和评估过程，也通过MCP来实现。