崔唯佳 李思男 劉彤 田若宇

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所 河北省石家莊市 050081）

無(wú)人機(jī)作為重要的航空偵察打擊力量，具有部署使用靈活、偵察時(shí)效性高等特點(diǎn)?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，無(wú)人機(jī)融入聯(lián)合作戰(zhàn)的需求日益凸顯，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)、指控系統(tǒng)、作戰(zhàn)單元之間通過(guò)互操作實(shí)現(xiàn)信息共享和系統(tǒng)間功能重組，遂行協(xié)同偵察、協(xié)同打擊等作戰(zhàn)任務(wù)，達(dá)到提升作戰(zhàn)效能的目的。

傳統(tǒng)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的“煙囪式”獨(dú)立發(fā)展只注重自身能力的實(shí)現(xiàn)，并未考慮與其他系統(tǒng)間的互聯(lián)互通互操作，信息共享能力差，“信息孤島”現(xiàn)象嚴(yán)重。世界軍事強(qiáng)國(guó)正在從頂層架構(gòu)設(shè)計(jì)到通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定等方面加速實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的互操作性。美國(guó)防部發(fā)布了《無(wú)人系統(tǒng)綜合路線圖（2017-2042）》，指出互操作性是未來(lái)無(wú)人系統(tǒng)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力之一，通過(guò)構(gòu)建開放、通用的強(qiáng)大互操作體系架構(gòu)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫、敏捷、自主的作戰(zhàn)系統(tǒng)、單元之間的高效協(xié)作；北約標(biāo)準(zhǔn)化組織為提升各盟國(guó)協(xié)同作戰(zhàn)能力，構(gòu)建了情報(bào)監(jiān)視偵察互操作體系架構(gòu)（NIIA），同時(shí)制定了NATO STANAG 系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，其中STANAG 4586 標(biāo)準(zhǔn)中詳細(xì)設(shè)計(jì)了無(wú)人機(jī)地面控制系統(tǒng)互操作體系架構(gòu)、互操作等級(jí)以及通用接口標(biāo)準(zhǔn)，為無(wú)人機(jī)系統(tǒng)互操作實(shí)現(xiàn)提供了重要的技術(shù)途徑。

互操作性的測(cè)試驗(yàn)證是保障信息系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)有效協(xié)同工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，STANAG 4586 提供了無(wú)人機(jī)地面控制系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試指南，從組件一致性測(cè)試、系統(tǒng)一致性測(cè)試等層級(jí)詳細(xì)闡述了各類接口的測(cè)試原理、測(cè)試環(huán)境以及測(cè)試流程；此外，在其他信息系統(tǒng)的互操作測(cè)試驗(yàn)證方面，張登明針對(duì)戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈互操作性測(cè)試提出從波形一致性測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一致性測(cè)試、消息格式一致性測(cè)試以及操作的互操作性評(píng)估等層次開展測(cè)試驗(yàn)證，確保鏈路互通、信息可達(dá)、信息可用；我國(guó)還發(fā)布了GJBZ/144《指揮自動(dòng)化系統(tǒng)互操作性等級(jí)及評(píng)估》標(biāo)準(zhǔn)，制定了指揮自動(dòng)信息系統(tǒng)的互操作等級(jí)、互操作能力模型以及評(píng)估方法。

本文根據(jù)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)互操作性定義，詳細(xì)分析了無(wú)人機(jī)系統(tǒng)互操作性測(cè)試的概念內(nèi)涵，在深入研究NATO STANAG 4586 標(biāo)準(zhǔn)接口測(cè)試方法的基礎(chǔ)上，提出了無(wú)人機(jī)系統(tǒng)互操作性測(cè)試驗(yàn)證模式和實(shí)施框架，為無(wú)人機(jī)系統(tǒng)互操作的發(fā)展與實(shí)現(xiàn)提供有意義的參考。

1 UAS互操作性測(cè)試概念內(nèi)涵

1.1 UAS互操作性定義

GJBZ/144《指揮自動(dòng)化系統(tǒng)互操作性等級(jí)及評(píng)估》指出“互操作性是指兩個(gè)或兩個(gè)以上系統(tǒng)或應(yīng)用之間交換信息并相互利用所交換信息的能力”?；诨ゲ僮餍远x同時(shí)參考STANAG 4586 標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)互操作主要分為無(wú)人機(jī)系統(tǒng)之間的互操作以及無(wú)人機(jī)系統(tǒng)與指控系統(tǒng)、作戰(zhàn)單元之間的互操作。

（1）無(wú)人機(jī)系統(tǒng)間的互操作旨在實(shí)現(xiàn)地面控制系統(tǒng)可同時(shí)或分時(shí)對(duì)多型多架無(wú)人機(jī)平臺(tái)、任務(wù)載荷進(jìn)行通用化測(cè)控，無(wú)人機(jī)平臺(tái)及其任務(wù)載荷可授權(quán)至不同的地面控制系統(tǒng)進(jìn)行控制利用；

（2）無(wú)人機(jī)系統(tǒng)與指控系統(tǒng)、作戰(zhàn)單元之間的互操作旨在實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)平臺(tái)信息、載荷偵察信息可通過(guò)無(wú)人機(jī)平臺(tái)或地面控制系統(tǒng)準(zhǔn)確高效地分發(fā)至其他系統(tǒng)單元進(jìn)行有效利用。

1.2 無(wú)人機(jī)系統(tǒng)互操作性測(cè)試定義

GJBZ/144《指揮自動(dòng)化系統(tǒng)互操作性等級(jí)及評(píng)估》指出“互操作性動(dòng)態(tài)測(cè)試主要包括一致性測(cè)試和互操作性測(cè)試。一致性測(cè)試的主要目標(biāo)是檢查協(xié)議實(shí)現(xiàn)是否與標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議相一致；互操作性測(cè)試的主要目標(biāo)是檢測(cè)不同廠商的設(shè)備，如硬件設(shè)備、操作系統(tǒng)或應(yīng)用程序等在特定協(xié)議下協(xié)同工作的能力?！?/p>

基于無(wú)人機(jī)互操作性定義以及互操作性動(dòng)態(tài)測(cè)試的概念內(nèi)涵，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)互操作性測(cè)試驗(yàn)證旨在驗(yàn)證無(wú)人機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備單元以及與外部其他系統(tǒng)、設(shè)備或單元之間能夠按照標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議、消息處理規(guī)范真正實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通互操作。

2 STANAG 4586標(biāo)準(zhǔn)接口測(cè)試驗(yàn)證方法

圖 1 展示了STANAG 4586 制定的無(wú)人機(jī)地面控制系統(tǒng)互操作架構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)接口包括核心無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)（CUCS）與UAV 之間的數(shù)據(jù)鏈接口（DLI）、CUCS 與指控單元C4I之間的指揮控制接口（CCI）以及CUCS 的人機(jī)交互控制接口（HCI）；同時(shí)為實(shí)現(xiàn)CUCS 與現(xiàn)役無(wú)人機(jī)平臺(tái)和C4I 系統(tǒng)的兼容性，設(shè)計(jì)了平臺(tái)專用模塊（VSM）以及指揮控制專用模塊（CCISM），完成通用接口協(xié)議與專用協(xié)議的相互轉(zhuǎn)換。

圖1：無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)架構(gòu)

北約標(biāo)準(zhǔn)化組織提供了STANAG 4586 所需標(biāo)準(zhǔn)接口的測(cè)試指南，用于驗(yàn)證各國(guó)設(shè)計(jì)制造的UCS 是否符合STANAG 4586 要求，測(cè)試驗(yàn)證內(nèi)容主要包括：標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試和實(shí)現(xiàn)測(cè)試兩部分。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試包括標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量測(cè)試和標(biāo)準(zhǔn)要求匹配測(cè)試

（1）標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量測(cè)試旨在評(píng)估STANAG 4586 中規(guī)定的要求在技術(shù)上是正確的、一致的、完整的以及可測(cè)試的；

（2）標(biāo)準(zhǔn)要求匹配測(cè)試旨在評(píng)估STANAG 4586 規(guī)定的要求與各接口信息交換需求（ IERs）的一致性。

2.2 實(shí)現(xiàn)測(cè)試包括一致性測(cè)試和互操作性測(cè)試

2.2.1 一致性測(cè)試包括組件級(jí)和系統(tǒng)級(jí)測(cè)試

（1）組件一致性測(cè)試旨在確保UCS 的各部件（如CUCS、VSM、CCISM）之間的接口符合STANAG 4586 的要求。圖 2 展示了各組件的一致性測(cè)試原理，測(cè)試環(huán)境包括被測(cè)組件以及覆蓋標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試集的測(cè)試分析設(shè)備，測(cè)試分析儀通過(guò)以太網(wǎng)連與被測(cè)組件進(jìn)行連接，通過(guò)生成、接收、分析和顯示所有STANAG 4586 消息，測(cè)試組件是否符合各接口標(biāo)準(zhǔn)。

圖2：組件一致性測(cè)試原理

（2）系統(tǒng)一致性測(cè)試旨在將無(wú)人機(jī)系統(tǒng)視為一個(gè)整體，該測(cè)試中主要包括待測(cè)設(shè)備和基準(zhǔn)設(shè)備，基準(zhǔn)設(shè)備作為已被驗(yàn)證認(rèn)可的合格設(shè)備替代組件一致性中的測(cè)試儀器，構(gòu)建完整的端到端測(cè)試場(chǎng)景。圖 3 展示了系統(tǒng)一致性的測(cè)試原理，通過(guò)模擬不同的任務(wù)場(chǎng)景如航跡/任務(wù)規(guī)劃、飛行控制、載荷數(shù)據(jù)分發(fā)、降落回收等驗(yàn)證符合STANAG 4586 要求的VSM、CUCS 和CCISM 之間的交互能力，確保無(wú)人機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的互操作性和一致性。

圖3：系統(tǒng)一致性測(cè)試原理

系統(tǒng)一致性測(cè)試環(huán)境可在同一地點(diǎn)進(jìn)行集中測(cè)試，也可構(gòu)建分布式環(huán)境通過(guò)廣域網(wǎng)互聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)異地測(cè)試。

2.2.2 互操作性測(cè)試

互操作性測(cè)試旨在評(píng)估無(wú)人機(jī)系統(tǒng)與其他聯(lián)合作戰(zhàn)系統(tǒng)集成后的整體作戰(zhàn)效能。該測(cè)試需要構(gòu)建真實(shí)或模擬的作戰(zhàn)場(chǎng)景，通常由各國(guó)或北約指定測(cè)試機(jī)構(gòu)以及作戰(zhàn)部隊(duì)使用生產(chǎn)或預(yù)生產(chǎn)系統(tǒng)共同執(zhí)行，不屬于該指南的范圍。

3 UAS互操作性測(cè)試驗(yàn)證模式分析

基于互操作性基本定義，同時(shí)參考借鑒STANAG 4586標(biāo)準(zhǔn)接口測(cè)試?yán)碚?，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)互操作性測(cè)試驗(yàn)證模式主要包括波形一致性測(cè)試、消息符合性測(cè)試、系統(tǒng)一致性測(cè)試以及聯(lián)合互操作性測(cè)試。圖 4 展示了UAS 互操作性測(cè)試驗(yàn)證模式的示意圖。

圖4：UAS 互操作性測(cè)試驗(yàn)證模式示意圖

（1）波形一致性測(cè)試主要是依據(jù)通信設(shè)備規(guī)范、傳輸波形標(biāo)準(zhǔn)等對(duì)鏈路設(shè)備的傳輸功能性能指標(biāo)以及跨平臺(tái)傳輸能力等進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證；

（2）消息符合性測(cè)試主要是依據(jù)消息格式標(biāo)準(zhǔn)、消息處理規(guī)則等，驗(yàn)證消息組件正確生成、接收、處理、分發(fā)各類消息的能力；

（3）系統(tǒng)一致性測(cè)試主要是依據(jù)平臺(tái)集成規(guī)范等對(duì)無(wú)人機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)進(jìn)行集成鉸鏈，模擬實(shí)際任務(wù)情況，對(duì)系統(tǒng)功能性能進(jìn)行測(cè)試；

（4）聯(lián)合互操作性測(cè)試主要是依據(jù)多平臺(tái)互操作規(guī)范構(gòu)建虛擬作戰(zhàn)仿真場(chǎng)景，對(duì)不同消息功能進(jìn)行組合運(yùn)用，驗(yàn)證無(wú)人機(jī)系統(tǒng)之間以及無(wú)人機(jī)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)單元的協(xié)同作戰(zhàn)能力。

波形一致性測(cè)試和消息符合性測(cè)試是驗(yàn)證無(wú)人機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部各組件以及其他互聯(lián)的系統(tǒng)、單元部件是否遵循標(biāo)準(zhǔn)傳輸體制和通信協(xié)議，是互操作性測(cè)試的基礎(chǔ)；系統(tǒng)一致性測(cè)試主要是驗(yàn)證無(wú)人機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部端到端的信息交互和綜合應(yīng)用能力；聯(lián)合互操作性則更側(cè)重于無(wú)人機(jī)系統(tǒng)之間以及與其他指控系統(tǒng)、作戰(zhàn)單元間相互提供、接受服務(wù)以及利用這些服務(wù)實(shí)現(xiàn)高效協(xié)作的能力

4 UAS互操作性測(cè)試驗(yàn)證方法設(shè)計(jì)

基于UAS 互操作性測(cè)試驗(yàn)證模式的分析并參照STANAG 4586 的互操作性測(cè)試?yán)碚摚瑘D 5 展示了支撐無(wú)人機(jī)系統(tǒng)互操作性測(cè)試驗(yàn)證的具體實(shí)施框架，主要包括UAS互操作測(cè)試驗(yàn)證規(guī)范制定、UAS 互操作測(cè)試驗(yàn)證環(huán)境搭建以及UAS 互操作性分析評(píng)估。

圖5：UAS 互操作性測(cè)試驗(yàn)證實(shí)施框架

4.1 UAS互操作測(cè)試驗(yàn)證規(guī)范制定

依據(jù)UAS 互操作基本協(xié)議制定UAS 互操作測(cè)試驗(yàn)證規(guī)范，規(guī)范互操作所涉及的UAS 內(nèi)部組件、設(shè)備單元以及其他指控系統(tǒng)、作戰(zhàn)單元等功能實(shí)體的具體角色和需具備的互操作性功能；設(shè)計(jì)各待測(cè)實(shí)體的測(cè)試架構(gòu)，詳細(xì)描述測(cè)試架構(gòu)中各功能實(shí)體的互聯(lián)方式；根據(jù)消息處理流程等，設(shè)計(jì)覆蓋全面的功能測(cè)試集并詳細(xì)描述測(cè)試集中各測(cè)試組的測(cè)試目的；細(xì)化測(cè)試項(xiàng)并開展測(cè)試案例設(shè)計(jì)驗(yàn)證，測(cè)試案例主要內(nèi)容包括測(cè)試項(xiàng)的指令集輸入流程、輸出數(shù)據(jù)的采集要求、預(yù)期結(jié)果以及合格判定標(biāo)準(zhǔn)等。

4.2 UAS互操作測(cè)試驗(yàn)證環(huán)境搭建

互操作測(cè)試驗(yàn)證環(huán)境是依據(jù)測(cè)試規(guī)范的測(cè)試架構(gòu)為各測(cè)試驗(yàn)證模式下的待測(cè)實(shí)體提供軟硬件測(cè)試環(huán)境，主要包括測(cè)試工具、基準(zhǔn)設(shè)備、待測(cè)設(shè)備、實(shí)物/半實(shí)物平臺(tái)系統(tǒng)以及場(chǎng)景想定工具等，通過(guò)模擬各類典型平臺(tái)功能以及構(gòu)建聯(lián)試場(chǎng)景，支撐任務(wù)系統(tǒng)人機(jī)交互，按測(cè)試案例生成激勵(lì)數(shù)據(jù)并對(duì)響應(yīng)消息進(jìn)行接收處理；同時(shí)，支持構(gòu)建分布式驗(yàn)證環(huán)境，利用遠(yuǎn)程互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)與異地部署的其他平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合測(cè)試，測(cè)試多系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)用時(shí)的功能實(shí)現(xiàn)情況。

4.3 UAS互操作測(cè)試驗(yàn)證分析評(píng)估

根據(jù)測(cè)試規(guī)范中各待測(cè)實(shí)體的判定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)采集的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評(píng)估，利用對(duì)比分析法等方法對(duì)被測(cè)實(shí)體的功能、性能等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估確認(rèn)并生成測(cè)試報(bào)告。

5 結(jié)論

本文詳細(xì)闡述了無(wú)人機(jī)系統(tǒng)互操作性測(cè)試驗(yàn)證的概念內(nèi)涵，借鑒STANAG4586 接口標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法，分析了UAS 互操作測(cè)試驗(yàn)證模式，從互操作測(cè)試規(guī)范制定、互操作測(cè)試驗(yàn)證環(huán)境構(gòu)建、互操作性分析評(píng)估等方面闡述了無(wú)人機(jī)系統(tǒng)互操作測(cè)試驗(yàn)證的實(shí)施流程。后續(xù)工作中將在工程實(shí)踐中繼續(xù)完善互操作測(cè)試驗(yàn)證技術(shù)理論體系，最終構(gòu)建通用、開放的UAS 互操作測(cè)試驗(yàn)證架構(gòu)。