基于UPDM的合同对海突击作战信息流程建模与仿真研究*

余舟川 胡高平 詹 武 郭颖辉

（1.中国人民解放军91977部队 北京 100036）（2.91918部队 北京 102300）

1 引言

合同对海突击作战是保持和夺取海区制海权的基本进攻作战样式，呈现战场情况多变、兵力指挥复杂和作战时机难以把握等特点［1]，是在单个指挥所统一指挥下的多兵种联合作战，涉及多兵种之间的协同作战问题，容易出现重复打击、遗漏目标、资源冲突等情况［2]，为了更好地研究验证其作战概念、优化作战流程、检查作战计划等体系动态特性，必须对作战信息流程进行清晰描述和动态验证。本文通过基于DODAF（美国国防部体系结构框架）和UPDM建模软件的体系结构建模方法，对合同对海突击作战信息流程进行建模，并通过动态仿真合同对海突击从情报处理到导弹发射整个过程的情报、指控信息流程，验证了合同对海突击作战信息流程的可行性、合理性。

2 UPDM及研究现状

为了更好地解决C4ISR系统互连互通问题，美军在《C4ISR 体系结构框架》［3]基础上提出了DODAF 1.0版本［4]，并随后升级形成了DODAF 1.5［5]和2.0版本［6]，不断强调以数据为中心的设计方法，目前已被业界广泛运用。

装备体系论证统一平台（Unified Platform for Defense Modeling，UPDM）［7]是新一代装备体系结构建模与验证平台，主要包括三个核心功能组件［8]：UPDM Architect、UPDM Designer和 UPDM Developer。UPDM Architect兼容了DODAF体系结构标准，嵌入DODAF开发包，支持作战流程和复杂装备体系建模仿真。UPDM Designer采用可视化建模语言SysML［9]为核心建模语言，可详细描述系统的动态行为和接口关系，并用基于模型的系统工程流程对装备建模仿真，具有动态模型验证能力，可检验系统行为交互和接口关系的正确性。UPDM Developer采用UML系统建模语言，对装备中的复杂软件进行建模，可完整描述复杂系统和实时系统，构建可执行的实时框架，支持系统分析、动态模型执行和动画演示，并能自动生成完整的应用程序、关联模型和代码，与仿真工具、设计工具通过API直接集成。UPDM以数据为中心的建模思想，与DOORS，System Architect，Simulink，STK 均有直接接口，可以与仿真平台实现底层数据兼容，实现体系建模与系统仿真的有机结合。

当前，体系结构动态可执行的研究主要从两个方面进行，一是产品可执行系统结构，如基于CPN的方法［10～12]、基于对象 Petri网的方法［13～14]、基于 ExtendSim的方法［15～16]等，这种方法虽然简单，却难以保证转化的动态可执行模型的合理性；二是建模和仿真一体化的可执行体系结构［17～18]，该方法构建的可执行体系结构模型较为复杂，专业性较强。本文提出的基于UPDM的体系结构建模方法，很好地解决了这些问题，主要体现在两个方面：1）UPDM遵循DODAF标准，建模方法标准、成熟；2）UPDM使用SysML语言无歧义地表述系统架构和行为，可自动生成可执行模型并确保模型的合理性。另外，UPDM既支持静态结构与接口的检验分析，还支持动态驱动模型验证［19]，极大地提高了建模效率和质量。

图1 UPDM核心组件及性能

3 建模流程与模型

本文采用UPDM建模软件，基于DODAF 1.5版本从作战视角构建体系结构模型，描述作战活动全流程的作战要素及信息交换。依据合同对海突击作战需求，结合DODAF模型相互之间数据逻辑关系，确定建模流程：1）依据合同对海突击作战任务，分析指挥信息系统作战概念，明确作战任务、参战节点及指挥关系，通过作战概念图OV-1和组织关系图OV-4来描述。2）依据合同对海突击作战流程、各作战节点系统作战过程，构建作战活动模型OV-5和作战状态转换模型OV-6b。3）依据OV-5中作战事件发生顺序，构建作战事件追踪模型OV-6c。4）作战节点间信息关系详细描述，通过作战节点连接模型OV-2和信息交换矩阵OV-3来描述。建模流程如图2所示。

图2 体系结构建模流程

表1 模型概要描述

4 信息流程建模实现

4.1 作战概念描述

根据合同对海突击作战概念，合同对海突击作战任务为岸导、飞机、潜艇、舰艇、导弹艇等兵力，在指挥所统一组织指挥下合同突击敌海上目标。主要作战节点包括情报中心（Intelligence Centre）、指挥所（Command Post）、舰艇（Destroy&Frigate）、导弹艇（Missile Boat）、飞机（Aircraft）、岸导（Missile Launching Vehicle）、潜艇（Submarine），如图 3所示。

图3 作战概念图OV-1

4.2 组织关系模型OV-4

合同对海突击作战的角色包括指挥所、情报中心、水面舰艇、导弹艇、飞机、岸导、潜艇。各兵力平台在战役指挥所统一指挥下行动，如图4所示。

图4 组织关系模型OV-4

4.3 作战活动模型OV-5

OV-5从作战使命任务出发，描述了为了完成合同对海突击作战任务而进行的一系列作战活动、各活动之间的关系。如图5所示，合同对海突击作战活动主要包括态势综合、指挥决策、兵力控制、武器协同和作战效果评估5大活动，5大活动又划分为目标态势生成与处理、作战态势信息处理、战场环境信息处理、情况分析、方案拟制、火力规划、综合指挥控制、对海指挥控制、对空指挥控制、目标指示下达、攻击指令下达、目标跟踪、毁伤评估等21个二级子活动。

图5 作战活动模型OV-5

4.4 作战状态转换模型OV-6b

OV-6b依据合同对海突击典型作战场景，描述指挥所、情报中心、水面舰艇、导弹艇、飞机、岸导、潜艇等实体的状态转移情况。包括各节点的状态、触发状态改变的事件以及各状态之间的转换关系。

以指挥所为例，由图6可清晰得知指挥所的主要作战活动顺序：接收综合态势信息、获取各平台武器状态信息、制定方案、下达作战命令、分发目标态势信息、发送指挥引导信息、下达攻击指令、发送目指信息、获取导弹航路规划信息、跟踪并获取目标毁伤信息、评估目标毁伤状态等。

图6 指挥所作战状态图

4.5 作战事件追踪模型OV-6c

OV-6c描述了合同对海突击作战中作战节点间信息交换事件的时间顺序。通过对合同对海突击作战任务、作战活动的细化，使信息流程更加清晰。

图7所示态势综合阶段：情报中心将综合目标态势信息发送给指挥所；指挥决策阶段：指挥所收到目标信息后，经分析研判后，进行火力规划，并接收各作战平台上报的平台状态信息，制定作战计划；攻击阶段：指挥所向各作战平台下达作战命令，向舰艇、导弹艇、潜艇、飞机发送海上目标信息，向各作战平台发送目标指示信息，向舰艇、导弹艇、岸导火力单元下达导弹攻击决策信息；作战评估阶段：情报中心向指挥所发送目标毁伤信息，指挥所进行打击效果评估，并根据实时态势和兵力情况，组织实施再次打击或兵力撤收。

图7 合同对海突击作战事件追踪模型OV-6c

4.6 作战节点间信息关系描述

将OV-6c中描述的合同对海突击作战中作战节点信息交互顺序更新到OV-2，生成作战节点连接模型OV-2（如图8）和信息交换矩阵OV-3（如表2），详细描述了整个作战任务中各作战节点之间的信息关系，反映了合同对海突击作战的指挥流和信息流。

图8 作战节点接口模型OV-2

表2 信息交换矩阵模型

5 仿真与验证

基于UPDM的体系结构建模，可自动生成可执行模型，并自动进行模型完备性和一致性分析，大量节省了人工检查时间和精力，确保了可执行模型逻辑合理性。一是检查实体（作战节点、作战活动等）数据描述是否完整；二是检查实体数据间引用和指派关系是否完备；三是检查实体关系是否一致；四是检查设计的作战流程与作战体系期望的流程是否一致，是否存在信息中断、死循环或资源争用等情况。

本文对作战事件追踪模型OV-6c转化为可执行模型，仿真合同对海突击从情报处理到导弹发射整个过程的情报、指控信息交互过程，验证合同对海突击作战流程的动态行为逻辑，结果表明，模型数据描述完整、信息关系指派完备、各实体关系描述一致、作战信息流程符合预期，验证了合同对海突击作战流程合理可行。

图9 合同对海突击作战流程模型仿真运行

6 结语

本文运用UPDM建模软件对合同对海突击作战体系结构进行建模，通过作战视图清晰描述了合同对海突击作战的作战概念、指挥关系及各作战节点间的信息关系，并仿真验证了合同对海突击作战信息流程的可行性、合理性，描述过程明晰，模型便于理解，对多兵种联合作战的作战体系结构建模与研究具有一定的借鉴意义。