美军综合电子信息系统发展概述.pdf

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1、总第173期2008年第11期舰 船 电 子 工 程Ship Electronic EngineeringVol.28 No.1147美军综合电子信息系统发展概述3栾胜利1)李孝明2)周 琪2)(北京西三环中路19号1)北京 100841)(武汉数字工程研究所2)武汉 430074)摘 要 介绍了美军综合电子信息系统的发展历程,以及其未来发展概述;重点阐述了美军综合电子信息系统的几个典型计划和系统,包括全球信息栅格(GIG)、网络中心战(NCW)、建立C4KISR系统和部署联合指挥控制系统(JC2);对于美军综合电子信息系统的发展措施,概括为强调联合作战、从传感器到射手的综合一体化、加强基础设

2、施的建设、发展空间优势和重视软件开发、采用商用流行技术;最后对我国综合电子信息系统的发展进行了简单评述。关键词 综合电子信息系统;美国;发展;启示中图分类号 E837Development of the US Integrated Electronic Information SystemLuan Shengli1)Li Xiaoming2)Zhou Qi2)(No.19,Zhong Road,Xisanhuan1),Beijing100841)(Wuhan Digital Engineering Institute2),Wuhan430074)AbstractThe development

3、course of the integrated electronic information system in US is described,and the develop2ment trend is summarized.Following continually,several key projects and systems are introduced in this paper,such asglobal information gird,network centric warfare,C4KISR system and JC2system.As to the developm

4、ent strategies,jointoperation,integration from sensor to shooter,information infrastructure,space superiority,software development andCOTS application are concluded.Finally the correlative discussion about the development of the integrated electronic informa2tion system in China is proposed.Key word

5、sintegrated electronic information system,US,development,suggestClass NumberE8371 引言综合电子信息系统(integrated electronic in2formation system)是在高技术局部战争条件下,能满足诸军兵种联合作战的由多种信息系统构成的一体化大型军事信息系统。综合电子信息系统按功能的范围和性质可分为国家级(或战略级)和战区级,在现代化战争中起着重要的作用,并向智能化、全球化和太空化发展。美军综合电子信息系统是由多个信息系统综合集成的、为诸军种联合作战提供信息作战能力的一体化军事信息系统,是当

6、今世界上最先进、最具代表性的电子信息系统,无论是在建设规模、技术水平,还是在实际使用效果等方面,始终处于世界的领先地位。它是对各军种所共用的信息系统进行综合设计、综合集成和综合运用,是信息系统与武器系统、军事保障系统的黏合剂,是形成整个武器装备体系的纽带。它是保障陆、海、空军和战略导弹部队等各军种遂行一体化联合作战指挥和信息战的主要手段,是指挥控制、通信系统、情报侦3收稿日期:2008年5月16日,修回日期:2008年6月4日作者简介:栾胜利,男,研究方向:对外装备交流,国外海军技术发展。李孝明,男,工程师,研究方向:软件工程,指控系统技术。周琪,男,助理工程师,研究方向:软件工程,指控系统技

7、术。48栾胜利等:美军综合电子信息系统发展概述总第173期察、预警探测和信息战、电子战等诸要素多层次、大范围的综合系统。2 美军综合电子信息系统发展历程美军 从C2C3C3IC4IC4ISRC4KISR,经历了上世纪50多年的发展历程,如图1所示。早在1991年以前,美军军事信息系统基本上是各军种独立开发的“烟囱式”系统,在海湾战争中,美军发现其军事信息系统存在严重缺陷,主要表现在三个方面:1)各军种独立建设的“烟囱式”信息系统不能互通和互操作;2)系统处理情报不及时,贻误战机;3)信息系统不能有效识别敌我,造成多起误伤。这些因素成了新军事革命的导火线,美国军方深刻认识到必须建设全军一体化的信

8、息系统。图1 各概念、体系和计划形成的关系图1)武士C4I计划1992年,美国参联会首先提出武士C4I计划,美军一体化信息系统要采用可互操作的网络体系结构、各级指战员能在任何地方、任何时间获取所需的准确、完整、经融合的作战信息,最有效地完成作战任务。武士C4I计划是美国军事一体化信息系统发展的目标,旨在建立4个军种共同的一体化C4I系统。2)国防信息基础设施(D)1993年1月14日,美国国防部批准实施国防信息基础设施(DII)计划。DII是美国国家信息基础设施(NII)的组成部分。DII是用于满足美国在各种军事作战范围内对信息处理和传输需求的网络,它集通讯网、计算机、软件、数据库、应用程序、

9、武器系统接口、数据、安全服务及其他服务为一体。D 包括通信基础设施、计算基础设施、公共应用软件、功能应用软件等。3)全球指挥控制系统(GCCS)全球指挥控制系统(GCCS)的提出,是为实现武士C4I计划,并逐步取代全球军事指挥控制系统(WWMCCS),是武士C4I计划的核心部分,是美国综合C4I系统和国防信息基础设施(D)的重要组成部分,它是集互操作性、资源共享、高度机动、无缝连接任何一级C4I系统、高生存能力的全球指挥控制系统。4)先进作战空间信息系统概念(ABIS)2针对未来的信息化作战,1996年7月美军参谋长联席会议主席公布了“2010年联合构想”(joint vision 2010)

10、,提出了在技术创新和信息优势的基础上保障联合作战的4个作战概念(优势机动、精确打击、全维防护和集中的后勤),来夺取对付各种冲突和战争的全面优势。为此,提出了先进作战空间信息系统的概念(ABIS)。它并不是一个开发全球信息系统的新项目,而是一组基础服务、技术和工具,用来得到在2010联合构想中的广泛的作战能力,如从传感器到射击的一体化实现的战场管理和多维的战场空间感知能力。它是未来的全球大系统,使所有级别的参战人员都能快速获取、管理、交换和理解关于战场态势的信息,在动态的、不确定的、模糊的战争中,比敌人反应更快,采取的措施更准确。ABIS能力框架分为3层:第一层是信息栅网,包括分布式环境支持、通

11、用传输服务和服务保证,提供基础结构和服务,形成信息支持环境。第二层是战斗空间的感知,包括精确信息管理和一致的作战空间理解,它能及时、精确地收集、处理和分发信息,也能一致和协同地评估战场态势和目标。第三层是有效地运用部队,包括预见计划和预先占有(先发制人)、综合兵力管理及执行时间紧急的任务。5)全球信息栅格(GIG)随着信息栅格技术的出现,美军提出了全球信息栅格(GIG)的发展方向。全球信息栅格,是指向战斗人员、决策人员、支持人员按需提供信息的收集、处理、存储、分发与管理的全球互连的端对端的信息能力的集合及相关的过程与人员,其最终目的是建成一个安全、鲁棒、一体化和互操作的促成信息优势的体系结构。

12、6)网络中心战(NCW)网络中心战(NCW)在美国国防部2001年7月呈交国会的报告中描述得非常清楚,这是信息时代新技术在军事应用上的反映。网络中心作战(行动)是通过部队网络化而实现军事行动,是用网络化部队实施军事行动的各种方法的简称,它同时发生在物理域、信息域和认知域内及三者之间。7)向延伸到火力打击控制的C4ISR系统发展2008年第11期舰 船 电 子 工 程49美国防部国防先期研究计划局(DARPA)提出了C4ISR的创新概念,将K(Kill,杀伤、摧毁)能力嵌人C4ISR系统之中,将传统的C4ISR系统与杀伤紧密结合起来,实现侦察/监视一决策一杀伤一战损评估过程的一体化,形成同步、连

13、续、动态、有机统一的C4ISR过程,产生新的作战能力,使美军在信息空间和传统的作战空间较过去和较敌人有更强的能力。C4ISR概念和技术的开发将加速美军向网络中心战和信息战的转变过程,是美军未来军事能力发展的一个概念创新,也是美军发展未来军事能力的新举措。8)向满足网络中心战能力需求的联合指挥控制系统(JC2)发展按照军事转型计划,美国防部计划以联合指挥控制系统(JC2)取代全球指挥控制系统(GCCS),美国防信息系统局官员称,新型联合指挥控制系统(JC2)将从2006年开始替换全球指挥控制系统(GCCS),替换后的联合指挥控制系统将使用网络服务,并符合美国国防部网络中心战要求。如表1所示美军一

14、体化信息系统发展阶段表。表1 美军一体化信息系统发展阶段表 总体思路项目 武士C4I计划网络中心战国防部体系结构指挥自动化系统名称WWMCCSGCCSJC2信息基础设施通信基础设施国防信息基础 设 施(D)(信息)全球网(GN)(GG+SR)(信 息 和 知识)互操作能力0级(烟囱式)1-2级3-4级连网能力简单通情网有缝连网全球无缝端对端服务时间1970-1996年1996-2006年计划2006年之后3 美军综合电子信息系统的未来发展目前,初步一体化的第二代综合电子信息系统(即C4ISR系统)已经取代或者正在取代各军兵种单独建设的烟囱式系统,美军的全球指挥控制系统(GCCS)已经取代全球军

15、事指挥控制系统(WWM2CCS),而其它国家与地区正在计划或者正在集成各军种的烟囱式指挥控制系统。美军的GCCS系统1997年达到了初步作战能力,在2003年伊拉克战争中,GCCS系统采用GCCS-J6.0/6.2软件,实现了指挥控制系统与侦察监视系统的集成,形成了从传感器到射手的一体化结构。然而,美军的GCCS系统既不能覆盖全球,又不能对大量的战场信息进行有效地加工处理,为此,美军根据网络中心战概念,准备建设一体化栅格式C4ISR系统,该系统的预研工作已经开始,建设时间将在2010年之后,预计基本建成时间将在2030年。一体化C4ISR系统将具有近实时发现、跟踪、定位和攻击目标的能力,在正确

16、的时间、地点精确运用兵力的能力。网格技术是继因特网和Web之后,计算机网络技术发展的第三个里程碑。美军正在发展的采用网格技术的全球信息栅格(GIG)具有按需分配带宽、自动化信息管理、即插即用的互操作性和安全保密能力。它可以连通陆基、海基、空基多种传感器和数据用户,为全球各地区的作战人员提供必需的数据、应用软件和通信。它具有动态增删与盟军网络的联网能力。它将于2020年完全建成,进而取代美军现有国防信息基础设施(DII)。除此之外,美海军和海军陆战队的部队网中的作战系统栅格、远程传感器栅格、美陆军目标部队的C4ISR系统的传感器栅格、信息栅格和交战栅格都将采用网格技术。对于情报侦察系统来讲,为了

17、满足未来战争对情报侦察实时性、准确性和对地面动目标、隐藏目标、地下目标等的侦察要求,侦察系统将向着一体化、全频谱、高分辨率、实时侦察的方向发展,并与控制器网和射击器网紧密连接在一起,实现网络中心战的作战思想。多种传感器、多种平台将利用网格技术及其它技术组成一个有机整体,取长补短,形成综合性侦察体系。作战方式向“联合作战”转变,联合作战是诸军兵种在单一指挥官的控制下共同实施的作战方式,充分发挥诸军兵种参战力量的整体威力,是实施联合作战追求的效益目标。作战方式转型的重点在于未来联合作战理论的发展。美军认为,未来联合作战理论是国防部转型战略的关键,涵盖了所有支撑美国军事能力的领域。美军将分三阶段继续

18、发展联合作战转型,近期(2005-2008年)联合作战行动,对作战司令部的战争计划、作战和训练的经验教训和联合条令进行修订;中期(至2010年)联合方案,制定出联合作战理论总框架,并指导发展四个下一级联合作战理论,即本土安全、维护稳定行动、战略威慑和大规模作战行动;远期(至2020年)联合构想,要对当前的联合构想进行修订,使其成为长期性联合作战的综述文件3。可以预见,美军的联合作战理论在中长期将会有较大突破。50栾胜利等:美军综合电子信息系统发展概述总第173期4 美军综合电子信息系统典型计划和系统 美军综合电子信息系统的典型计划和系统主要有以下几点。4.1 全球信息栅格(GIG)32001年

19、9月,美国防部正式启动全球信息栅格(GIG)计划。GIG是一种集成的信息基础设施,是一个公共的系统化的诸网之网,是实现信息优势和决策优势的关键设施,是实施网络中心战(NCW)的中心环节物质基础。美国防部把GIG列为确保信息优势的最优先计划,作为美军未来的数据中枢、美国防部未来作战蓝图JV2020的实现载体。GIG由一套全球互联的端对端信息系统、相关程序和人员组成,可根据作战部队、决策指挥者和支援人员的要求,搜集、处理、存贮、分发和管理信息,GIG把世界各地的美军作战人员连接起来,在未来的信息化战争中,为他们提供联合作战所必需的数据、应用软件和通信能力。由于GIG提高了信息共享能力,从而提高了指

20、挥官的信息优势、知识优势和决策优势,增强了联合指挥控制能力,为实现JV2020提出的“主宰机动、集中后勤、精确交战、全谱防护”四大作战概念和确保联合军事作战的全谱优势提供了可靠的网络信息环境。到20l0年GIG将初步建成。4.2 网络中心战(NCW)451)网络中心战的基本内涵网络中心战是指把分散配置的部队通过互联成网而共同感知战场态势、协调行动,使信息优势变为作战优势,从而发挥最大作战效能的作战样式。网络中心战的目的在于改进态势感知和指挥控制能力,以增强联合火力和对付目标所需要的能力。2)网络中心战系统组成美军的网络中心战体系分三级:第一级是战术级,使用具有协同作战能力的复合跟踪网络;第二级

21、为战区级,应用Link-16等联合数据网络;第三级为战略级,运用全球指挥控制系统(GCCS)或联合指挥控制系统(JC2)等联合计划网络。表2 美军网络中心战层次名称实现途径网络用户数量信息传输时间信息精度武器控制层通过联合合成跟踪网实现,如目前美海军的协同作战能力(CEC)系统。100个 亚秒级达到 武 器控制要求兵力控制层通过联合数据网实 现,如 通 过Link-11、Link-16、联合战术分发系统(J TIDS)相连。500个 秒级达 到 部 队控制要求兵力协同层通过联合计划网实现,如全球信息栅格(GIG)、全球指 挥 控 制 系 统(GCCS)、IT-21网等。1000个 分钟级达 到

22、 部 队协同要求3)网络中心战的重要特征627网络中心战的实质是利用计算机信息网络对处于各地的部队或士兵实施一体化的指挥控制,其核心是利用网络让所有作战力量实现信息共享,实时掌握战场态势,缩短决策时间,提高打击速度与精度,其本质是信息化战场上的联合作战。与传统战争相比,网络中心战具有三个非常重要的优势和特征:一是以战斗力为核心,通过集结火力对共同目标同时交战;二是通过资源共享提高兵力保护;三是可形成更有效更迅速的“发现-控制-交战”顺序。4.3 建立C4KISR系统3,82001年秋美军提出了一种创新的概念C4ISR,即将Kill(杀伤)能力置入C4ISR之中,作为有机统一的C4ISR过程,产

23、生新的作战能力。C4KISR是2020年之后GIG最重要的应用系统,是实施网络中心战的最重要的物质基础,网络中心战也是作战双方C4KISR之间的体系对抗。C4ISR概念和技术的开发将加速美军由机械化向信息化的转型。作为美军未来军事能力发展的一种概念创新,C4ISR的实现将确保美军提高战斗空间的同步性、加快指挥速度、提高杀伤力、生存能力和响应能力。C4ISR的实现也将使美军处于更有利更有效的信息地位,从而实现信息优势、决策优势和行动优势。美军的C4ISR系统由以下6部分构成:1)鲁棒的多探测器信息栅格网络;2)先进的指挥控制与作战管理栅格网络;3)从传感器到射手的栅格网络;4)联合的通信、导航与

24、定位栅格网络;5)信息进攻能力;6)信息防护能力。基于C4ISR系统作战,首先是监视与侦察,侦2008年第11期舰 船 电 子 工 程51察监视群充分利用空间军事卫星、侦察直升机、无人驾驶侦察机、预警机等航空侦察与探测手段以及自动传感器和雷达等地面设备,对整个部队所关心的地域进行严密地侦察,把对方军队的主要目标数据、兵力兵器配置以及重要地形特征等有用的情报传送到指挥中心。其次是决策与指挥,在接收到有关战场态势的监视与侦察情报后,指挥中心立即利用计算机辅助决策系统,结合指挥官的定性分析和判断,拟定作战方案,快速地把生成的战斗文书实时地发送到各作战群,从宏观上指挥其协同行动。作战中洞察对方的作战意

25、图,及时修改决策,最大限度地发挥其活的“灵魂”的作用。第三是机动与打击,侦察监视群不间断地提供实时的战场态势情报,同时,电子战群、装甲机动打击群、炮兵群、航空兵群及综合保障群在指挥中心的统一指挥下,分别在电子战场和地面战场、空中战场上协同行动。与此同时,远程炮兵借助系统提供的情报信息,对对方纵深内的重要目标(包括指挥控制系统、高技术兵器配置阵地、集结待发的预备队以及勤务支援系统等),实施“点穴式”的精确打击。最后是进行损伤评估,为了扩张战果,需要进一步对对方实施精确打击。根据指挥中心的布置,侦察监视群定向放飞无人驾驶机到对方军队阵地上空盘旋,利用红外成像、毫米波和光学等侦察器材,实时获取目标毁

26、伤状况,进行目标毁伤和战斗效果评估,确定需要进一步打击的目标。4.4 部署联合指挥控制系统(JC2)9101996年8月美军第二代C4I系统GCCS开始投入使用,GCCS是一个遍及所有指挥层的初步一体化指挥控制系统,GCCS计算能力是全球军事指挥控制系统(WWMCCS)的100倍。经过多年的使用和改进,GCCS目前已发展为一个适用于不同军种和作战地域的指挥控制系统。但是,伊拉克等战争表明,GCCS缺乏足够的灵活性和信息共享/协同能力,不能满足网络中心战的要求,存在互操作能力差、升级更新困难和不能充分利用Web提供的能力等问题。2004年4月美国国防信息系统局(DISA)做出计划,准备于2006

27、年开始部署联合指挥控制系统(JC2)以取代GCCS。“联合指挥控制系统”(JC2)将是美 国 防 部 继“全 球 军 事 指 挥 控 制 系 统”(WWMCCS)、GCCS之后的第三代指挥控制系统,可用于战略、战役以及战术等所有的指挥层次,将满足指挥官的各种作战指挥需求。JC2由数据传输基础设施、计算机操作系统、Web服务、应用程序和数据等部分构成,将采用“系统分离技术”(separated systems technology)来实现,即把数据传输基础设施、操作系统和网络服务、应用软件和数据相分离,这样有助于未来对某一部分进行单独的升级和改进。JC2的应用程序以Web技术为基础,以提高互操作

28、能力为目标,对现有指挥控制应用程序将进行重新设计。联合指挥控制、火力运用、部队防护、战场感知和集中后勤是联合作战的五大功能,其中,联合指挥控制处于绝对重要地位,可指导和协调其他各项功能的实现,是执行作战的关键能力。JC2具有高效决策、感知共享、灵活同步、分布式指挥控制、高效的组织结构,全面集成、可共享高质量信息、强大的组网能力,以及连续、一体化的网络中心性能等显著特性。GCCS向JC2的转变将是一个渐进过程,美军将分阶段实现JC2,近期以改进GCCS和嵌入Web技术为重点,远期以建成单一的JC2为目标。为尽快实现JC2,美军2003年开始制定JC2的“作战需求文件”,并完成了JC2系统体系结构

29、的开发。2005年,美军将试运行JC2,2006年将开发出JC2Block I,使之具备初始作战能力。20062008年,美军将继续加强JC2对基于Web的任务应用集成,建成单一的、基于能力的JC2。20082011年,将运行JC2Blocks II和,使JC2具备完全作战能力。美军估计,由于用户需求的增加,未来JC2将会在更多的网络上运行,包括保密网、非保密网以及盟国和机构内部更多的网络,JC2的能力也将扩展到无线用户。2015年之后,美军所有的军事行动都将通过JC2系统实施指挥1112。5 美军综合电子信息系统的发展措施在综合电子信息系统的建设过程中,会遇到许多困难。美军为建设高质量的综合

30、信息系统采用了很多有效的措施,主要有以下几点:1)强调联合作战,重视“一体化”建设13;2)突出从传感器到射手的综合一体化;3)加强基础设施的建设;4)发展空间优势;5)重视 软 件 开 发,采 用 商 用 流 行 技 术(COTS)。52栾胜利等:美军综合电子信息系统发展概述总第173期6 结语C4ISR系统需要实现一体化,指挥控制需要自动化,指挥体系要求由“树状纵长型”变为“网状扁平型”,减少指挥层次,缩短信息流程,从而使作战指挥的效能成几何级数增长。各作战力量和战场要素之间实现互联互通,指挥员能够从作战体系内各作战力量、各级指挥控制和情报信息系统,以及各武器平台等信息节点,获得实时的、融

31、合的、逼真的战场空间图像信息,可以方便地协调指挥部队,实现感知战场信息、指挥控制与火力打击系统的一体化,达到发现目标、定下决心、实施打击的实时化。为了适应未来信息化的作战需求,我国综合电子信息系统的发展可以考虑以下几个方面:1)研究网络中心战设计思路,大力发展我国综合电子信息系统我们应重视研究网络中心战的设计思路,从提高联合作战能力、快速反应能力、杀伤能力、生存能力等需求出发,设计中国特色的综合电子信息系统。采用栅格式体系结构,实现多系统之大系统的集成,其重点是数据和软件资源的服务与管理,提高信息分发与共享的能力,实现接入系统的功能在任意节点的即插即用。2)加速一体化指挥控制系统建设实施联合作

32、战指挥与控制,需要各个参战的诸军兵种必须具备联合一体化、相互兼容的C4ISR系统。作战资源综合集成,力量编成向模块化方向发展。各种作战力量的编成将打破军兵种界线,遵循“系统集成、合成一体”的原则,利用信息系统将情报侦察、预警探测、信息传递、指挥控制、联合打击、电子攻防、全维防护、综合保障等作战要素,综合集成为一个以信息实时、有序传递的作战体系。通过各作战单元、作战要素的链接融合,成为一个首尾相连、纵横交错的作战体系,使各作战实体形成一个无缝链接的“大系统”。3)研制C4ISR系统装备将传统的C4ISR系统与杀伤紧密结合起来,实现侦察/监视一决策一杀伤一战损评估过程的一体化,形成同步、连续、动态

33、、有机统一的C4ISR过程,产生新的作战能力。4)作战空间多维化作战空间多维化,战场空间向全方位方向发展。各种手段的运用,诸如信息获取、传递、实施电子战、投送兵力、投射火力等从陆、海、空发展到陆、海、空、天、电、网的空天战场。多种信息作战力量通过网络系统实现作战行动上的步调一致,在多维战场空间对敌形成多种打击能力,保证多种作战力量从不同作战空间对预歼之敌同时实施打击。特别是利用畅通的信息流,把不同空间、不同作战力量对敌的打击效果,及时互相传递,确保一方及时利用另一方的打击效果,实现打击效能的叠加,极大提高作战效益。5)采用商用流行技术(COTS),不仅降低成本,而且便于升级换代。参 考 文 献

34、1现代军事评论:一体化联合作战趋势前瞻 EB/OL.中国网,2006,22裴燕,徐伯权.美国C4ISR系统发展历程和趋势J.系统工程与电子技术,2005,4:30353张云飞,李爱萍.美军综合电子信息系统的现状和发展.internet资料,33434蒲林科,赵宗贵.21世纪初C4ISR系统装备与技术发展研究J.现代电子工程,2004,4:8155 http:/www.defenselink.mil/nii/NCW Network Cen2tric Warfare Department of Defense Report to Congress 6 http:/www.idga.org/cgi2

35、bin/templates/document.html Network Centric Warfare 20057 http:/www.Directions By Kevin Coleman(May 14,2004)Network Centric Warfare8新世纪全球海军发展的四大趋势J.瞭望.9 http:/www.fas.org/nuke/guide/usa/c3i/gccs.htmGCCS Global Command and Control System10 2020年前后军事电子系统及其技术的发展趋势J.电子产品世界,2005,(1):10210411李瑛,龚秀成,张晓蓓.美军联合指挥控制系统建设与发展概览J.外军研究,2006,(5):788012谭东风,张辉.联合指挥控制系统(JC2)的体系与能力J.国防科技,2006,(10)13董良成,刘锐.一体化作战指挥是信息化战争发展的必然趋势J.国防科技,2005,(6):5961