基于DoDAF的侦察卫星应用信息链体系结构建模

ModelingandSimulation建模与仿真,2017,6(2),70-79PublishedOnlineMay2017inHans.://doi.org/10.12677/mos.2017.62009文章引用:张康明,陈浩光.基于DoDAF的侦察卫星应用信息链体系结构建模[J].建模与仿真,2017,6(2):70-79.:Apr.27th,2017;accepted:May12th,2017;published:May15th,2017AbstractAimingatthestructuralmodelingofreconnaissancesatelliteinformationapplication,thispaperproposesadescriptionmethodbasedonDoDAF(departmentofdefensearchitectframework)andamodelingmethodbasedonABM(activitybasedmethodology),andconstructsacorrespondingmodelofreconnaissancesatelliteinformationapplicationchain.BasedonthedesignstepsofDo-DAFandtheoperationalflowofreconnaissancesatelliteinformationapplicationchain,thispaperconstructsthemodelofreconnaissancesatelliteinformationapplicationchain,anddescribesthearchitectureoftheapplicationchainofreconnaissancesatellitesfromdifferentaspects.Thesere-sultslaythefoundationfortheevaluationandoptimizationofthereconnaissancesatellitesap-plicationinformationchain.KeywordsReconnaissanceSatelliteInformationApplicationChain,DoDAF,ABM,StructuralModeling基于DoDAF的侦察卫星应用信息链体系结构建模张康明1,2，陈浩光11装备学院，北京2南昌陆军学院，江西南昌收稿日期：2017年4月27日；录用日期：2017年5月12日；发布日期：2017年5月15日张康明，陈浩光71摘要针对侦察卫星应用信息链体系结构建模问题，提出了基于DoDAF(departmentofdefensearchitectframework)的体系结构描述方法和基于ABM(activitybasedmethodology)的体系结构建模方法，构建了相应的侦察卫星应用信息链体系结构模型。本文首先分析了侦察卫星应用信息链的组成结构和任务活动，尔后依据DoDAF体系结构的设计步骤和侦察卫星应用信息链的作战流程，建立了侦察卫星应用信息链体系结构模型，从不同侧面描述了侦察卫星系统节点及节点间的信息关系，为开展侦察卫星应用信息链体系结构评估和优化奠定基础。关键词侦察卫星应用信息链，DoDAF，ABM，结构建模Copyright©2017byauthorsandHansPublishersInc.ThisworkislicensedundertheCreativeCommonsAttributionInternationalLicense(CCBY).引言侦察卫星应用信息链是在作战过程中，将卫星获取的侦察监视信息提供给作战用户而形成的网链结构。它在目标侦察和打击评估中发挥重要作用和其独特的优势[1]。目前对侦察卫星在作战中的研究主要在战略和战役层次，在战术层次研究较少；对侦察卫星系统以及在作战体系的运用研究多，对整个应用过程研究少[2]。侦察卫星系统在体系建设与实际应用中存在自成体系、共享困难、效率低下的问题[3]。研究侦察卫星应用信息链目的在于从多层次和全过程来考虑侦察卫星信息应用，促进侦察卫星信息从战略应用向战术应用的转化，推进侦察卫星应用信息链整体优化[4][5]。侦察卫星应用信息链涉及到作战用户系统、侦察卫星系统、地面应用系统等多个系统，呈现出复杂系统的体系结构特征。DoDAF为描述体系结构提供了一种规范，但其没提供具体的设计方法和实现途径[6][7]。目前常用的结构化建模方法和面向对象的建模方法难以适应这种复杂系统结构的建模，出现整体性考虑不足和信息不精确等问题[8]。基于活动的建模方法克服上述问题，结合了两种建模方法优点，为复杂系统的结构建模提供了新的途径[9]。本文在分析侦察卫星应用信息链组成结构和任务活动的基础上，利用DoDAF的相关理论与基于活动的建模方法对侦察卫星应用信息链体系结构进行了全面描述并构建了相应产品，对深入理解侦察卫星应用信息链体系结构、研究其应用流程、探索侦察卫星应用信息链运行规律具有一定的参考价值和意义。2.侦察卫星应用信息链组成与体系结构模型从侦察卫星应用信息链定义可以看出，侦察卫星应用信息链节点包括作战用户节点和侦察卫星系统节点，其基本结构如图1所示。侦察卫星应用信息链的节点由信息获取节点、信息中继节点、信息接收节点、信息处理节点、信息应用节点、一体化任务指控中心、地面测控中心、地面站管理中心和中继星管控中心组成，其中信息获取节点主要由成像侦察卫星和电子侦察卫星组成，信息中继节点主要由中继星组成，信息接收节点主要由若干个地面接收站组成，信息处理节点主要由信息处理中心节点组成，信息应用节点主要由各类作战用户组成。OpenAccess张康明，陈浩光72Figure1.Compositionofreconnaissancesatelliteapplicationinformationchain图1.侦察卫星应用信息链组成根据侦察卫星的支援作战任务，侦察卫星应用信息链的作战任务至少包括四项任务：监视敌方动向任务、详查目标情况任务、评估打击效果任务、综合战场态势任务。一般来说，上述四项作战任务的完成需要由需求综合活动、资源调度活动、信息获取活动、信息中继活动、信息接收活动、信息处理活动、信息应用活动来具体实现，而这些活动需要由侦察卫星应用信息链来完成，侦察卫星应用信息链节点的连接结构与节点的能力决定了侦察卫星应用信息链性能水平，从而最终影响作战任务的完成程度，图2所示。3.侦察卫星应用信息链体系结构设计内容与方法从系统角度来看，侦察卫星应用信息链由用户系统和侦察卫星系统组成的复杂系统，具有复杂体系结构的特征，因此侦察卫星应用信息链体系结构设计可借鉴体系结构设计的理论与方法。DoDAF(departmentofdefensearchitectframework)为描述体系结构提供了一种规范化的描述框架结构，为体系结构设计或开发提供了指南[10]。DoDAF设计的视图产品主要有三种：全视图(all-views,AV)、作战视图(operationalview,OV)、系统视图(systemview,SV)、技术视图(technicalstandardsviews,TV)。本文主要从作战视图角度研究侦察卫星应用信息链体系结构设计。虽然DoDAF提供了产品的规范描述，但没有提供具体的设计方法和实现途径，因而需要引入其他的建模方法与工具。目前，体系建模方法主要有三种：结构化建模方法、面向对象的建模方法和基于活动的建模方法，三种方法有各自的优缺点。相比较而言，基于活动的建模方法比较适合本文的研对象。SA(SystemArchitect)软件是一款综合性的建模工具，具有多种功能，如业务流程建模、数据建模、对象建模及业务流程仿真等多种功能，在国防、军工、航天等部门得到广泛的应用[11][12]。本文主要利用SA软件中的基于活动建模功能模块来建立侦察卫星应用信息链体系结构模型。4.侦察卫星应用信息链体系结构视图实现4.1.侦察卫星应用信息链作战活动过程描述以支持武器目标打击任务为例，侦察卫星应用信息链作战过程为：作战用户的主要作战活动是根据作战任务信息向一体化任务指控中心提出侦察需求，一体化任务指控中心的主要作战活动是根据上级作战命令和作战用户的请求对侦察卫星系统、中继星系统和测控系统作出侦察任务作规划与指挥。地面测控中心主要作战活动是根据侦察任务规划对测控站进行调试、任务指派、完成侦察卫星和中继卫星测控任务。侦察数据接收中心主要作战活动是是根据侦察任务规划对地面站进行调试、任务指派、完成侦察卫星数据接收任务。中继星数据接收中心主要作战活动是根据侦察任务规划对中继星地面站进行调试、任务指派、完成中继星数据接收任务。卫星侦察监视系统主要作战活动是根据测控指令完成状态调整和地面测控中心地面站管理中心中继星管控中心侦察卫星应用信息链一体化任务指控中心作战用户信息处理中心地面接收站侦察卫星中继星信息接收节点信息处理节点信息获取节点信息中继节点信息应用节点张康明，陈浩光73Figure2.Hierarchicalstructuremodelofreconnaissancesatel-liteapplicationinformationchain图2.侦察卫星应用信息链体系结构模型目标侦察任务。中继星主要作战活动是根据测控指令完成状态调整和数据中继任务。信息处理中心主要作战活动是对侦察卫星数据进行处理、制作情报产品和分发情报信息。4.2.侦察卫星应用信息链体系结构设计在侦察卫星应用信息链体系结构设计中，主要设计产品有信息链作体系概念图OV-1、信息链节点连接图OV-2、信息链节点信息交换矩阵OV-3、信息链节点角色配置图OV-4、信息链活动节点树模型OV-5、信息链作战规则模型OV-6a、三元关联矩阵。下面按照按照OV-1-OV-4-OV-5-三元关联矩阵-OV-2-OV-6a的顺序依次介绍。1)侦察卫星应用信息链作战概念图OV-1根据侦察卫星应用信息链作战活动过程描述，支持武器目标打击任务的侦察卫星信息链的作战概念图OV-1，如图3所示。作战概念图OV-1主要指明作战背景、作战任务、作战节点等内容。2)侦察卫星应用信息链作节点角色配置图OV-4侦察卫星应用信息链节点角色配置图OV-4表明了侦察卫星应用信息链的人员组织的关系以及节点的人员角色配属关系，如图4所示。依据作战活动对侦察卫星应用信息链的需求，可以确定作战节点中的主要角色。信息处理中心主要角色有管理人员、情报接发人员、情报综合分析人员、图像判读人员、综合分析人员、产品制作人员等。地面测控中心主要角色有管理人员、任务规划人员、地面站操作人员。中继星数据接收中心主要角色有管理人员、任务规划人员、接收站操作人员。侦察卫星数据接收中心主要角色有管理人员、任务规划人员、地面站操作人员。一体化化任务指控中心角色主要有需求管理人员、情报分析处理人员、任务规划人员、系统分析人员、指挥员等。3)侦察卫星应用信息链活动节点树模型OV-5侦察卫星应用信息链活动节点树模型OV-5用来表明实现作战任务需要的作战活动，作战活动之间的关系，以及活动的输出流或输入流。图5