基于UML 的分布式防御作战概念描述方法*

彭斯明，肖 刚，林 金

（北京系统工程研究所，北京 100101）

0 引言

作战概念作为未来军事斗争准备的中心工作之一，目前正越来越受到研究人员的重视［1-4］。通过重组现有武器装备，构建新的作战体系、作战概念，不仅可以充分挖掘现有武器装备的作战潜力，还可以牵引武器装备的研发工作。其次，作战概念通过提出新的作战样式和武器装备，还可以推动对决定作战能力建设的编制体制与之相适应，并对编制体制的生成、维护、建设等各个环节产生影响。此外，条令条例是关于作战行动的规范依据，作战概念通过进入条令条例得到固化，并以颁布关于能力、行动、生活等方面的法规进行体现。近年来，很多有影响力的典型作战概念被陆续提出，如美军的“分布式杀伤”、“多域战”、“分布式防御”等［5-7］，这些作战概念的提出对美军未来武器装备的发展、编制体制、条令条例建设等均产生了重大影响。

作战概念通常涉及装备、指控等众多领域，属于复杂系统范畴，为了便于不同领域研究人员之间有效的沟通和交流，采用统一的结构框架和形式化建模语言是进行作战概念设计与描述的有效方法。文献［1-2］以目前较为成熟的美国国防部体系结构框架（DoDAF）为基础，提出了装备作战概念的多视图描述框架。由于DoDAF 包含的视图产品较多而且不涉及具体的描述语言，导致相关产品的开发复杂度较高而且周期也往往较长。另一方面，目前主要的建模语言有IDEF0、UML、Petri 等［8-9］。其中，统一建模语言（Unified Modeling Language，UML）是一种面向对象的标准化建模语言，能够从仿真系统开发的角度，以可视化和图形化的表达方式描述复杂系统的静态结构和动态行为。同时，UML 的图形和DoDAF 的视图产品之间还存在较好的对应关系［10-11］，因而采用UML 来进行作战概念描述具有良好的应用前景。目前，围绕UML 在军事概念建模中的研究也取得了一定的成果［12-17］。

本文以UML 为基础，综合利用UML 的用例图、类图、时序图和活动图等视图，对分布式防御作战概念进行形式化描述和验证，为科学开展作战概念的设计和描述提供理论和方法支撑。

1 作战概念描述

1.1 分布式防御

分布式防御是2018 年1 月美军继“分布式杀伤”和“多域战”之后提出的又一个新作战概念。为了应对对手日益严峻的空中和导弹威胁，美军提出对其“一体化防空反导”作战概念进行升级，将分散部署的传感器和火力单元通过网络进行集成，从而建设一支更灵活、更有弹性和要素更为分散的防空反导部队。

具体而言，分布式防御作战概念包括以下7 个方面的主要内容［7］：

1）以网络为中心。通过将传感器和火力发射单元通过网络进行连接，从而扩大防空反导的作战范围和区域；

2）要素分散。通过利用网络集成，将现有的火力单元重新进行调整，使其部署在更大范围内，同时也使指挥员的指挥更为灵活；

3）混合装载。通过导弹和发射装置之间相互通用的方式，使发射装置不依赖于拦截弹，从而带来更大的灵活性和分层防御深度；

4）攻防一体发射器。通过将打击和防御武器装载在同一个发射单元或发射器内来更好地应对威胁；

5）多任务导弹。通过在导弹上安装不同类型的弹头，以实现任意导弹对任意目标的打击，提高打击的灵活性并降低作战成本；

6）集装箱式发射装置。通过将网络化的发射装置隐藏在普通货物集装箱中，实现任何发射装置在任意地点发射，同时增大对手的发现难度；

7）欺骗式被动防御。通过利用集装箱数量众多的特点，采用分散部署的虚拟发射装置模拟真实装备的光学、热能和电磁特征，对敌人进行欺骗，增加对手的作战成本。

以上内容构成了分布式防御作战概念的核心，并且相互补充，以增强系统弹性和模块化，实现更强的攻防一体化性能。

1.2 作战概念描述语言

作为一种标准化的建模语言，UML 的目标是以面向对象图的方式来描述任何类型的系统，在仿真建模领域也得到广泛的研究与应用。它能提供多种模型图供用户从不同角度来理解系统，具有定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用等特点［8，12］。

2 分布式防御作战概念描述

美军的分布式防御作战概念白皮书只是给出了该作战概念的基本定义和主要内容，对于各要素之间如何连通并没有进行具体的介绍。因而本节首先对分布式防御作战概念涉及的主要内容进行抽象，然后按照指挥作战的一般流程进行建模，并综合运用UML 的不同视图对分布式防御作战概念进行描述。

2.1 功能需求模型描述

在UML 中，系统的功能模型通常采用用例图进行描述。用例图是从用户角度表达系统的功能性需求或行为，其核心元素包括参与者、用例、关系。通过展示参与者与用例、用例与用例之间的关系对系统的功能进行建模。

因此，分布式防御的功能模型可用用例图进行描述。如下页图1 所示，根据分布式防御作战概念的主要内容，系统外部参与者主要是作战指挥控制系统（Battle Command System），系统主要实现4 个功能：一是防空作战，主要用于防御无人机和有人机袭击；二是反导作战，主要是防御巡航导弹、弹道导弹和高超声速助推滑翔飞行器等；三是进攻作战，主要是具备对海（舰）、对空和对地打击能力；四是被动防御，主要是通过欺骗、机动和分散部署来躲避对手的打击，保存自己。

图1 分布式防御作战概念用例图

2.2 组成结构描述

在UML 中，采用类图、组件图等描述系统的静态模型。其中，类图是一种通过显示类的属性、操作及类之间的关系，描述系统对象静态结构的建模方法。

根据分布式防御作战概念的主要内容，抽象出了对应的8 个类，其中，分布式防御系统是基类，主要包含网络（Network Centrism）、分散的火力单元（Element Dispersal）、混合装载（Mixed Loads）、攻防一体发射器（Offense-defense Launchers）、多任务导弹（Multi-mission Shooters）、集装箱式发射器（Containerized Launchers）、被动防御系统（Passive Defense）等7 个子类。此外，分散的火力单元、攻防一体发射器、多任务发射器、集装箱式发射器等和网络之间存在着依赖关系，即通过网络进行相互连接。根据分布式防御作战概念的要素特点，各个类还分别具有模块化（M：Modular）、弹性（R：Resilient）和攻防一体化（ODI：Offense-Defense Integration）等属性特征。

2.3 动态行为描述

在UML 中，主要采用时序图、活动图、状态图等描述系统的动态行为。其中，时序图用于描述系统中各个对象按照时间顺序的交互过程，活动图可以被看作是一种特殊的状态图，主要用来描述动作和动作导致对象状态改变的结果。因此，下面采用时序图和活动图描述分布式防御作战概念的动态行为。

2.3.1 作战过程描述

图2 分布式防御作战概念类图

图3 分布式防御作战概念时序图

在UML 中，时序图是显示对象之间交互的图，通过描述对象之间的信息交互的时间顺序显示多个对象之间的动态协作关系。基于UML 的动态建模机制，分布式防御作战过程用时序图描述如图3所示。

在信息的交互过程中，反映了分布式防御不同系统之间按时间顺序排列的事件。垂直方向上，时间自上而下延伸，反映了系统之间事件间的先后顺序。例如，作战指挥系统在收到预警信息后才会发出进行被动防御和对来袭武器进行拦截，以及对对手发射架进行打击的指令。水平方向上，消息自箭尾向箭头传递，反映了不同系统之间事件的激活关系。例如，网络中分散部署的传感器节点对防御区域进行不间断的侦察预警，一旦侦察到来袭武器，便会向指挥作战系统传递预警信息，作战指挥系统再据此下达相应的作战指令。根据分布式防御作战的主要内容，其作战过程主要分为两个阶段，第一个阶段是防御阶段，根据网络中传感器节点获取的来袭目标信息，指挥相应的火力单元进行拦截，同时进行机动规避或隐藏；第二个阶段则是在网络中传感器节点探测到来袭目标的发射位置信息后指挥相应的火力单元进行打击，摧毁对手的发射架。

2.3.2 作战活动描述

在UML 中，活动图是描述用例要求所要进行的活动，以及活动间的约束关系，有利于识别并行活动。因此，基于UML 的动态建模机制，分布式防御作战活动可用活动图描述。

根据分布式防御的主要构成要素，可以将作战活动按照网络、分散火力单元、攻防一体发射器、多任务导弹以及混合装载系统5 个类进行分组，构建如下页图4 所示的泳道图。采用泳道图的形式，可以进一步明确各个类所包含的主要活动。

网络主要活动应包括侦察预警和毁伤评估。侦察预警主要是将网络中分散部署的传感器节点获取的目标探测和定位信息分发给网络中的火力单元，同时，在完成对目标的拦截和打击任务后，对目标的毁伤情况进行评估，以决定是否需要进行下一轮的拦截和打击。分散的火力单元则主要根据网络提供的目标信息，选择网络中最有利的火力单元进行作战。根据是否发现对手发射架的准确位置，火力单元可以分别完成防空反导拦截和对发射架的打击任务。攻防一体发射器主要是将进攻和拦截导弹集成在一个火力单元或者一个发射架内，这样根据任务需要，可以快速选择采用防御或进攻导弹作战。多任务发射器主要是发射相应的拦截导弹或进攻导弹。混合装载系统则在拦截或打击任务完成后重新进行导弹装载。

图4 分布式防御作战概念活动图

3 结论

本文采用通用建模语言UML 对分布式防御作战概念描述方法进行了研究，通过利用UML 的不同视图模型对分布式防御作战概念的主要功能、基本结构、作战过程和作战活动进行形式化描述，不仅有利于不同背景研究人员对该作战概念的理解与交流，同时也为我军未来作战概念的设计开发奠定了基础。