美防空反导领域开放体系架构技术发展与应用

开放体系架构具有架构灵活多变，体系易于扩展、集成和升级，互操作性强，经济性好，具有可裁剪特性等，因而近年来，其研发思想和相关技术得到了快速发展，逐步体现出强大的生命力和后发优势。美国防空反导系统不断发展的过程中，经历了从单一系统的研发装备到实现装备的体系化的转变，装备体系的建设中开放体系架构逐步取代了最初的封闭体系架构。

发展历程

采用传统封闭系统架构的开发模式已经成了武器系统发展的重大瓶颈问题。为了解决上述问题，包括同时考虑性能、成本、工业使用的成熟度、可长期采购性以及升级潜力等方面，将开放体系架构技术应用于大规模复杂信息系统的开发成为了必然。

2003年，美军在信息技术领域全面转向“开放系统”技术体制，要求只要条件可行，在任何情况下都应当应用模块化“开放系统”方法。2004年8月，美国海军负责装备研发和采办的副部长公布了“开放架构”政策，建立起一个包含所有系统司令部和项目执行办公室人员的专门机构——开放架构企业团队，开始负责整个海军实施“开放架构战略”的全局工作，同时明确了各系统司令部和项目管理办公室对“开放架构”实施的职责。美国海军作战部随后发布了海军开放架构需求文件，提出“开放架构”的原则，要求在所有的武器系统和作战系统研制、升级中考虑“开放架构”的要求，至此“开放架构”成为美国海军的战略，推动美国海军全面实施向开放系统技术体制的变革。

2013年，美国防部经过多年的实践和发展，发布了《开放体系架构项目合同管理实施指南》1.1版，为武器装备在发展政策方面提供指导。目前美国大量的武器装备研发采办都是基于开放体系架构设计和实施的，典型案例包括美国海军的“宙斯盾”系统现代化发展、海军正在发展的防空和反导雷达、陆军正在发展的“一体化防空反导作战指挥系统”、新型的低层防空反导雷达等。

国防部开放系统架构项目管理指南

美军大力推行“开放式体系架构”设计思想，通过各层次之间的标准接口，屏蔽与上层之间的紧耦合，提升对应用层的开放性支撑；将软件与硬件分离，实现局部软件升级即可实现系统能力提升。根据系统架构的开放程度分为五级，不同级别的主要特征概括如下：1～2级为“兼容级”，它主要采用适配器或通过更改应用接口的方式集成遗留系统；3级为开放式体系架构标准的“初始级”，它的突出特征是软件开发不依赖于特定硬件，其系统性能与计算设备数量的多寡和性能的高低成线性关系；4级为“公共功能级”，它采用的公共功能服务具有部署灵活，升级快速的能力；5级为“全舰计算级”，它使用统一的信息基础设施平台降低系统维修保障压力和减少人员配置，为应用系统提供公共计算支持，保障应用系统的容错性和抗毁生存能力。目前美国海军一体化防空反导系统采用的开放体系架构达到了4～5级的程度。

应用情况

美国陆军在防空反导装备发展过程中，开放体系架构技术的应用集中反映在防空反导指控系统的发展之中，用于构建防空反导一体化的作战体系。海军主要通过对“宙斯盾”系统实施“先进能力建设”项目的途径落实开放体系架构战略，其核心是对指控系统的不断升级。

美陆军采用开放体系架构的目标是为陆军防空和导弹防御系统建立一个以网络为中心的系统之系统体系结构解决方案，用于集成传感器系统（包括用于目标探测、跟踪、火控的多种传感器）、拦截武器系统、作战管理、指挥控制、通信和情报系统。诸如爱国者-3系统、萨德系统、陆基发射先进中程空空导弹、哨兵系统等多种类、多建制的武器系统和传感器系统都将通过“一体化防空反导作战指挥系统”进行互联和互操作，最终将有望实现部队使用任何传感器及任何武器来完成目标任务。

爱国者-3防空反导系统

“一体化防空反导作战指挥系统”主要构建以多武器、多传感器全面联网并获取单一集成空情图为必要条件、以综合火控网络建设为关键点、以实现拦截武器系统的超视距作战能力为标志的一体化防空反导大系统，使每个子系统对其他子系统的拦截武器都能够按照作战需求和能力指标实现集成的控制和制导，最终实现防空反导一体化。2019年5月，首个生产型“一体化防空反导作战指挥系统”作战运行中心成功向美陆军交付，2021年该系统完成了最后一次研发试验，2022年10月，该系统完成了初始作战测试与评估。

美国海军防空反导装备中开放体系架构技术的应用，同样是集中反映在指控系统的发展之中，依托“宙斯盾”系统构建防空反导的一体化作战架构。目前，开放体系架构计算环境已广泛用于美海军航母、两栖攻击舰等舰艇作战系统的设计中，提高了美军舰载信息系统的开放性。美国海军基于开放体系架构发展了多种现役的和在研的武器系统。其中“宙斯盾”系统的发展历时最为悠久，也最为成熟，是海军开放体系架构的典型现役装备。此外，正在开发的“防空反导雷达”是采用开放体系架构在研并即将装备的典型装备。

美国海军重点利用“宙斯盾”系统的“先进能力建设”项目实施开放体系架构战略，通过“先进能力建设-08”“先进能力建设-12”“先进能力建设-16”“先进能力建设-20”等分阶段的发展和实施。此外美海军还利用“海军一体化火力控制-防空部分”项目支持开放体系架构战略在“宙斯盾”弹道导弹防御系统中的应用，使“宙斯盾”弹道导弹防御系统发展到基线-9.2C版本时具备了一体化防空反导的能力。该能力的实现重点是将已有的CEC系统、宙斯盾系统、舰载预警机以及舰载的拦截武器标准-6拦截弹综合集成在一起，实现防空反导作战能力的综合集成，其核心关键依然是指挥控制系统能力的不断升级发展。

关键技术

开放体系架构技术并非一种单独的专门技术，而是信息系统架构相关技术的集群。美防空反导中应用开放体系架构技术主要包括模块化开放系统方法、综合总线与系统集成技术、标准接口组件单元即插即用技术、一体化火控网络技术、通用软件技术等。

模块化开放系统方法（MOSA）的核心目标是得到可负担得起的、能不断进化的联合作战能力。开放系统是采用了模块化设计，关键接口广泛使用支持产品和一致的标准，并且成功采用确认和验证测试以保障其关键接口的开放性的一种系统。通过商业指标和技术指标，采用以下原则：首先是建立授权环境、采用模块化设计、指定关键接口、选择公开标准并经过一致认证的原则。模块化开放系统方法的优点是：首先是系统易于扩展和改变，可以降低总的拥有成本，可以减少开发过程中的循环次数，使联合集成架构和互操作成为可能并实现风险的降低。

一体化防空反导作战指挥系统采用的MOSA方法

标准接口组件单元即插即用技术。标准化的接口允许各单元把数据提交给数据总线并且从数据总线获得信息。各种传感器和武器系统也都利用标准接口向数据总线发送数据并从数据总线接收数据，这种接口套件被称为即插即用套件。武器即插即用接口包括通用部分和专用部分，其中通用部分包括：无线电接口、数据链接口、武器即插即用函数、武器任务执行、作战人员身份识别融合、联合航迹管理；专用部分包括：特定武器的I/F、武器控制、武器的其他特定功能。传感器的即插即用接口与武器类似，也分为通用部分和专用部分，其中通用部分包括：无线电接口、数据链接口、传感器即插即用函数、传感器任务执行、作战人员身份识别融合、联合航迹管理；专用部分包括：特定传感器的I/F、传感器控制、传感器的其他特定功能。

一体化火控网络（IFCN）技术是陆军一体化防空反导系统之系统基本的通信基础结构，提供火控链路连接和分布式操作能力，为语音、视频和数据提供连通性。一体化火控网的中继设备提供移动的通信节点，设备上安装有接口套件，可扩展与远端发射架和传感器平台的连通性。一体化火控网络的链路采用孔状的自组织IPv6网络，主要特点就是鲁棒性好，并且其中包含了高数据率和低数据率的两种链路，链路路径也采用了冗余式的多路径路由，即避免了单点故障，同时也使得抗干扰性大幅提高。

一体化火控网络网络链路示意图

通用软件技术。软件主要实现下面功能：武器和传感器的即插即用功能、武器和传感器任务分派与执行、态势感知与联合航迹管理、作战身份识别融合、威胁评估、联合一体化多国互操作、网络管理、防御计划编制等。美陆军“一体化防空反导作战指挥系统”项目开发的软件包括：任务支持软件、作战身份识别软件、跟踪管理软件、传感器服务软件、武器服务软件、任务控制软件、嵌入式训练软件、通用武器机器接口软件等。美海军通用软件技术主要通过“通用源软件库”来实现软件的通用和复用。宙斯盾系统基线9系列使用一个“通用源软件库”，其中软件的重复利用率非常高，从先进能力建设08到基线9A，到陆基宙斯盾基线9E，重复利用率都在97%~99%，其中新开发的软件占比很少。

建设特点

由于背景、目标、基本情况和面临的问题有所不同，美国海军和陆军防空反导装备体系中发展开放体系架构技术的发展路径上看各有特点。

美国海军实施“开放体系架构战略”为美国海军信息系统建设探索了一条极具特色的路径。海军涉及庞大的舰艇装备群，面临巨大的能力升级和装备发展的压力，因此主要采用了利用商业现货、软件重用库的途径，特点是以硬件发展更新为先同时带动可重用软件的发展。

陆军则主要面对装备之间的信息隔绝和不畅等问题，采用了新研发的基于“开放体系架构”的新型指控系统，将新老装备通过“软件中间件”“即插即用”技术集成在一起。其发展特点则是强调“模块化开放系统方法”“综合总线与集成”“标准接口即插即用”等软件技术为先的软硬件技术相结合的途径开展相关工作。

综合比较上述海军和陆军的两条发展途径可以看出，其相同的发展特点则都是以指控系统为抓手开展工作，这是由指控系统、信息系统以及开放体系架构之间的天然的联系所决定的一个特点。

采用开放体系架构技术发展的武器系统在研发成本、研发周期、研发难易程度、武器系统装备后的升级改进和维护、全寿命周期总成本、武器系统可用状态等诸多方面相比于传统的封闭体系架构发展方法都具有压倒性的优势，因此新武器系统的发展，特别是以信息系统为核心要素的武器系统的研发途径采用开放体系架构构建新系统是必由之路，是减少重复性工作的捷径。

美国海军和陆军防空反导“开放体系架构”应用发展的经验表明，应用开放体系架构技术体制、商用现货集成开发机制等信息技术应用成功的经验，对实现防空反导系统快速集成和开发，在技术上是完全可行的，也是未来发展的总趋势。不仅是在防空反导领域，目前开放体系架构技术的发展应用是向更多的武器装备运用，从大的防空反导系统到F-35战机，甚至是小到无人机系统等。

结　语

目前防空反导武器装备研发过程中，开放体系架构技术的应用还处于初级阶段。开放体系架构技术在美国防空反导中的发展与应用对武器系统装备发展、作战性能都将产生深远的影响。在防空反导体系这种高度信息化的装备体系发展过程中，应用开放体系架构技术要从技术、管理、培训和综合集成等多个层面综合实施。

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转自丨军事文摘

作者丨孙涛

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