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本文采用DoDAF框架和SysML语言，提出潜艇与UUV协同作战概念描述方法，以统一、规范描述顶层能力、作战节点等静态结构，作战事件/跟踪、作战活动等动态行为,希望对你的学习有帮助。
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摘要 : 随着UUV等水下无人装备及技术的不断发展，水下无人装备在作战领域逐渐深入，探索潜艇与UUV协同的作战概念对于牵引水下装备发展具有重要意义。基于DoDAF（Department of Defense Architecture Framework）框架和SysML语言（Unified Modeling Language），建立潜艇与UUV协同作战概念描述方法，对潜艇与UUV协同反舰的作战概念进行了顶层、规范化的描述，可为潜艇与UUV协同作战概念研究提供参考。
0 引言
随着UUV等水下无人装备的快速发展及无人装备基础技术的不断突破，水下作战模式面临深刻变革，依赖潜艇单一平台对抗的水下作战模式将逐步丧失优势，潜艇与UUV组成体系进行对抗将成为未来水下作战的主要样式 [ 1 ] 。其中各型UUV由潜艇或其他搭载平台释放，在潜艇平台的指挥下形成监视侦察、通信中继、攻击目标指示、反水雷、反潜、反舰等作战力量 [2 -4] ，潜艇平台作为遥控指挥中心和远程打击力量，可提升潜艇综合作战能力，降低潜艇等大型装备损失和人员伤亡风险。
作战概念设计是潜艇与UUV协同作战的关键技术之一，对于明确顶层作战能力需求、牵引水下装备发展具有重要意义，美海军高度重视潜艇与UUV协同的水下作战概念创新，发展了“有人无人协同”等新作战概念 [ 5 ] 。目前，国内针对潜艇与UUV协同作战的作战概念研究较少，还处于起步阶段。王汉刚等 [6 ] 对水下作战的发展进行了分析，总结了水下无人装备发展对水下作战模式和作战装备研制的影响。刘洋等 [7] 对国外水下无人航行器进行了研究，提出了UUV海洋环境探测、反水雷、情报监视侦察、区域探潜、水下打击等作战样式。吴超等 [>8] 探讨了水下“有人/无人”作战平台协同运用方式，提出了潜艇与UUV协同侦察、反潜、反舰和布雷等作战运用方式。以上研究促进了缺乏对作战概念统一和规范化的描述方法，无法适应对水下作战概念交流和讨论的需要。DoDAF（Department of Defense Architecture Framework）是美国国防部为指导军事系统开发和描述而发布的顶层框架，SysML作为一种通用的图形建模语言，可用于复杂系统静态结构和动态行为的描述和分析，广泛用于作战概念描述 [9-11] 。
本文采用DoDAF框架和SysML语言，提出潜艇与UUV协同作战概念描述方法，以统一、规范描述顶层能力、作战节点等静态结构，作战事件/跟踪、作战活动等动态行为，支撑对作战概念的一致理解，并对潜艇与UUV协同反舰作战概念进行了顶层、规范化的描述。本文提出的方法可为开展UUV等无人装备应用背景下的潜艇与UUV协同作战概念研究提供参考。
1 潜艇与UUV协同作战体系结构模型
1.1 DoDAF概述
美国国防部于2010年颁布了DoDAF（Department of Defense Architecture FrameWork）的2.02版本，在框架中定义了包括全视图（All Viewpoint，AV）、作战体系结构视图(Operational Viewpoint，OV)、能力视图（Capability Viewpoint，CV），系统体系结构视图（System Viewpoint，SV）在内的8类视图模型 [12] 。部分视图模型如表1 所示。
表 1 DoDAF部分视图模型简述
Tab.1 Brief Description of DoDAF Views
1.2 系统建模语言SysML
系统建模语言（Systems Modeling Language，SysML）是对象管理组织（Object Management Organization，OMG）开发的通用性、图形化的建模语言，具有表达系统（及其组成）需求、行为、结构和属性的语义基础，可支持系统的规范性描述和设计，具有定义良好、易于表达等特点，广泛应用于航天、汽车、医疗等工业领域 [13] 。SysML包含块定义图、用例图、活动图、序列图等在内的9种图，分类如图1 所示。
图 1 SysML图分类
Fig. 1 Classification of SysML Diagrams
其中，SysML中块图、用例图、内部块图、活动图、序列图支持对体系结构、功能、系统组成之间互联与接口、动作执行顺序、信息交换提供支持，为体系结构设计提供了方便。
1）块定义图可以用来描述系统的组成和分类，可以用来表示系统组织结构，包括作战体系分解到装备单元，是DoDAF体系中OV-4的有效图形描述；
2）用例图可以用来描述了系统的顶层功能，规定了如何使用用例实现系统目标，可为系统的顶层功能建模，是DoDAF中SV-4的有效图形描述；
3）内部块图支持系统中组成之间的交互作用定义，可为系统组成之间的信息流、能量等资源流动建模，是DoDAF体系中OV-2的有效图形描述；
4）活动图支持行为的表达，定义系统活动及控制，可为基于控制流的行为建模，是DoDAF体系中作战活动的有效描述；
5）序列图描述组件之间如何通过交换消息来交互，是作战时间/跟踪描述的有效图形描述。
1.3 基于DoDAF和SysML的潜艇与UUV协同作战概念描述
作战体系内各装备有其内在关联，利用DoDAF框架开展作战概念描述，应根据体系的特点选择开发内容。根据潜艇与UUV协同作战体系的内在关联和DoDAF框架、UML图类型，形成潜艇与UUV协同作战概念描述的流程，如图2所示。
步骤1 建立AV-1，阐述体系概要信息，使用SysML块图建立OV-4，描述体系组织关系；
步骤2 使用SysML用例图建立OV-1，描述体系顶层能力；
步骤3 使用内部块图建立OV-2，描述各作战节点之间的信息交互；
步骤4 使用活动图建立OV-5b，描述为完成作战任务而开展的作战活动；
步骤5 使用交互图建立OV-6c，描述作战事件跟踪情况，以及体系内各节点之间的信息交互时序关系。
2 潜艇与UUV协同反舰作战概念描述
2.1 体系概要信息描述
潜艇与UUV协同反舰作战体系由潜艇、侦察UUV、通信中继UUV、攻击UUV等组成 [5-10] ，体系组织关系如图3所示。潜艇作为指挥、控制、打击平台，可对体系内的UUV进行控制和指挥，也可直接使用导弹或鱼雷打击敌方舰艇。侦察UUV在潜艇的控制和指挥下，执行侦察任务，为潜艇平台决策提供目标要素信息。通信中继UUV为侦察UUV、攻击UUV与潜艇间的水声通信提供中继，扩展侦察UUV、攻击UUV的活动范围。攻击UUV在潜艇平台的控制和指挥下，使用鱼雷打击敌方舰艇。
图 3 潜艇与UUV协同作战体系组织关系
Fig. 3 Relationship of submarines and UUVs in combined operations
2.2 组织关系和顶层能力描述
根据潜艇与UUV协同反舰作战概念，梳理潜艇与UUV应具备的功能。图4为潜艇与UUV协同反舰的作战用例图。其中潜艇平台主要具备作战决策、作战指令下达、目标要素确定、鱼雷攻击、导弹攻击等功能，侦察UUV主要具备作战指令接收、目标要素确定、毁伤评估等功能，通信中继UUV主要具备作战指令接收、目标要素确定、毁伤评估、鱼雷攻击等功能。
图 4 潜艇与UUV协同反舰作战概念用例图
Fig. 4 Use cases of anti-ship concept of submarine-UUV cooperation
2.3 作战节点描述
潜艇与UUV协同作战的作战节点相互之间的资源流动主要为信息流，如图5所示。其中潜艇向攻击UUV发送任务知识、控制指令、态势信息，向侦察UUV发送任务指示、控制指令；攻击UUV向潜艇发送敌舰艇目标要素、自身状态信息，根据潜艇平台指令开展攻击后上报任务状态信息、敌舰艇毁伤状态信息；侦察UUV将获取到的态势信息上报潜艇平台，并向潜艇平台汇报自身状态信息。
图 5 潜艇与UUV协同反舰作战概念作战节点描述
Fig. 5 Nodes description of anti-ship concept of submarine-UUV cooperation
2.4 作战事件/跟踪描述
以潜艇平台、侦察UUV、通信中继UUV、攻击UUV组成的有人无人作战系统开展反舰攻击为例，梳理作战流程及各装备实体间的交互。各装备实体对应生命线间的连接表明装备之间的交互，连接名称表明交互内容，如图6所示。各装备实体主要交互流程如下：
1）潜艇平台向侦察UUV发送侦察指令，侦察UUV对敌舰艇进行侦察，向潜艇平台发送目标态势信息。当侦察UUV位于潜艇平台通信范围外，侦察指令发送和目标态势回传由通信中继UUV进行中继。
2）潜艇平台接收侦察UUV发送的目标态势信息，进行作战决策，决定由潜艇平台对敌舰艇实施攻击或由攻击UUV发送对敌舰艇攻击指令。
3）潜艇平台对敌舰艇实施攻击的情况下，潜艇平台发射鱼雷或导弹攻击敌舰艇，发送敌舰艇毁伤侦察指令至侦察UUV，侦察UUV对敌舰艇开展毁伤评估，向潜艇平台发送评估信息。
4）攻击UUV对敌舰艇实施攻击的情况下，潜艇平台向攻击UUV发送攻击敌舰艇指令，攻击UUV对敌舰艇进行鱼雷攻击，攻击后开展敌舰艇毁伤评估，并反馈任务状态信息及敌舰艇毁伤状态信息。
2.5 作战活动描述
以潜艇平台、侦察UUV、通信中继UUV、攻击UUV组成的系统对敌舰进行攻击为例，说明系统中各装备在作战过程中所执行的主要活动。各装备实体相应泳道上的块表明装备实体所需执行的活动，块名称表明作战活动内容，如图7所示。
图 7 潜艇与UUV协同反舰作战概念作战活动描述
Fig. 7 Events Description Of Anti-Ship Concept of Submarine-UUV Cooperation
潜艇平台主要活动是制定作战计划，下达侦察指令，并根据侦察UUV返回的目标态势信息进行指挥决策，决定由潜艇平台或攻击UUV实施对敌舰艇攻击。侦察UUV的主要活动是开展目标侦察，发送目标要素信息，供潜艇平台指挥决策；在潜艇平台完成后对敌舰艇攻击后开展损伤评估，并向潜艇平台发送敌舰艇毁伤状态信息。攻击UUV的主要活动是根据潜艇平台的攻击指令，对敌舰艇进行鱼雷攻击，并开展毁伤状态侦察，向潜艇平台发送敌舰艇毁伤状态信息。通信中继UUV主要活动是在信息接收、信息处理和信息发送。
3 结语
本文提出基于DoDAF架构和SysML语言的潜艇与UUV协同作战概念描述方法，并对潜艇与UUV协同反舰作战概念进行了顶层、规范化的描述，为UUV应用背景下的水下作战概念探索研究提供参考。
参考文献
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