基于語義元模型的裝備體系結構建模方法

李 亢，李新明，劉 東

（裝備學院復雜電子系統仿真重點實驗室，北京101416）

基于語義元模型的裝備體系結構建模方法

李 亢，李新明，劉 東

（裝備學院復雜電子系統仿真重點實驗室，北京101416）

根據以數據為中心的體系結構建模思路，提出了一種裝備體系結構語義模型——語義裝備體系。首先在DoDAF元模型（DoDAF meta-model，DM2）基礎上提出語義元模型，定義了裝備體系結構的概念基礎類及關聯關系，給出了由類、關系、屬性和實例構建四元組的本體描述框架；其次基于語義元模型構建了作戰視圖本體模型、系統視圖本體模型、能力視圖本體模型，明確了體系組成要素在各視圖中的定義、關系和屬性的形式化描述；最后以海戰場預警探測系統為例進行了實例研究，驗證了方法的可行性。

裝備體系；體系結構建模；本體模型；DoDAF元模型；語義元模型

0 引 言

信息技術的快速發展對軍事領域的變革產生了深遠的影響，當今戰爭的主要對抗形式已經發展成為武器裝備體系（下稱“裝備體系”）之間的對抗，世界各國競相開展了基于信息系統的裝備體系建設。裝備體系是指在一定的戰略指導、作戰指揮和保障條件下，為滿足一定的戰略需求或作戰需要，由功能上互相聯系、互相作用的各類武器系統組成的有機整體［1］。裝備體系結構描述了體系的組成要素、組成要素的層次結構和組成要素之間的相互關系等內容［2-3］，是開展裝備體系研究的基礎和前提。

近年來，以數據為中心的體系結構建模思路得到了廣泛的認可，其思想是基于體系結構數據構建模型，并在此基礎上開發各體系結構的視圖模型，從而實現裝備體系綜合集成和互操作［4-5］。裝備體系中涉及到裝備實體數據、視圖數據、模型數據等多種類型的數據，具有結構多樣、類型復雜、語義不一致的特點。目前裝備體系結構建模的相關研究成果［6-9］，主要是在概念層面研究模型的設計與描述，很少有從數據層面解決體系結構描述不規范問題的相關研究。

語義網［10］及其相關技術的發展為描述數據及數據之間的關聯關系提供了較好的解決方案，可以將其用于解決裝備實體描述和關聯的問題。美國國防部最新頒布的《國防部體系結構框架》（DoDAF）2.0版本［11-12］和英國國防部推出的《國防部體系結構框架》（MoDAF）1.2版本［13-14］都運用了本體的思想對體系結構數據進行集成和管理。本文借鑒語義網的技術優勢和本體的思想，提出裝備體系結構的語義模型——語義裝備體系，給出語義裝備體系的相關概念和定義，提出裝備體系結構語義元模型，并基于元模型構建裝備體系的多視圖本體模型，最后以海戰場預警探測系統為例說明本文方法的可行性。

1 語義裝備體系

語義裝備體系是基于現實世界已有裝備所構建的裝備體系結構模型，裝備實體在計算機世界中以數據記錄的形式存在，每一條數據記錄對應一個裝備實體，將裝備實體數據通過語義集成的處理，將其轉化為相互關聯的裝備本體，使得所有裝備在體系中成為有機整體，從而構成語義裝備體系。現實世界中的裝備、計算機世界中的裝備實體數據、語義裝備體系中的裝備本體的對應關系如圖1所示。

裝備體系是一個復雜的巨系統，對其結構的描述是多方面的［15］。從作戰的角度來看，裝備體系通過執行一系列行為動作完成特定的作戰任務；從體系的系統組成來講，裝備體系是支持作戰行動的多種相互關聯的裝備集合；在體系能力表現方面，裝備體系具有完成某種任務的若干能力。語義裝備體系的組成要素和關系是基于真實數據的描述，需要在數據層面和語義層面將其集成為統一規范的有機整體［16］。因此，本文提出了裝備體系結構的語義元模型，并在此基礎上從作戰、系統和能力視角構建語義裝備體系各視圖的本體模型，如圖2所示。

圖1 語義裝備體系的對應關系

圖2 語義裝備體系的描述框架

與現有的裝備體系結構模型相比，語義裝備體系主要有兩大優勢：一是基于真實裝備數據，建立實際裝備體系的數據映像，為開展裝備體系研究提供高質量的數據支撐；二是采用基于本體的語義描述方法，能夠用統一的語言描述裝備體系中的各個要素，消除體系內語義異構和語法異構的問題，為實現裝備體系的綜合集成和互操作提供語義基礎和語法規范。

2 裝備體系語義元模型

語義裝備體系基于規范的元模型構建裝備體系各視圖模型，從而保證了裝備體系內數據和語義的一致性。DoDAF2.0版本重點提出了國防部體系結構框架元模型（DoDAF meta-model，DM2），它以國際國防企業體系結構規范（international defence enterprise architecture specification，IDEAS）為基礎，采用本體的思想收集、組織、存儲、共享體系內的數據［17-18］。本文在DM2的基礎上提出語義元模型（semantic meta-model，SM2），給出了SM2在概念數據模型和邏輯數據模型兩個方面的描述，通過定義體系內數據的描述規范，可以將裝備體系內的組成要素集成為能夠相互理解的有機整體，為構建語義裝備體系的各視圖模型提供了語義基礎。

2.1 SM2概念數據模型

SM2概念數據模型從宏觀的角度描述了語義裝備體系的組成要素及其之間的關系。根據應用背景的實際需求，組成要素主要包括了裝備實體、性能指標、作戰活動、行動規則、裝備系統、系統功能、能力元素和能力規劃，

表1給出了各組成要素的概念定義。

表1 語義裝備體系組成要素的概念定義

組成要素之間的關聯關系如圖3所示，其中箭頭的指向表示前者對后者的生成關系，下面對各關系分別進行說明。

圖3 語義裝備體系組成要素之間的關聯關系

關系1裝備實體所具有的功能特性和性能指標。裝備實體根據功能特性在作戰活動中發揮作用，其性能指標的高低決定其完成任務的能力。

關系2裝備實體是進行作戰活動的基本單元。作戰活動由一個或多個裝備實體在作戰想定條件下實施的一系列行動組成。

關系3多個功能上相互依賴的裝備組成裝備系統。

關系4裝備實體在作戰活動中需要遵循的行動規則。作戰想定條件下裝備實體執行作戰行動的規則。

關系5性能參數到體系能力的映射。裝備體系的能力由各裝備所具有的性能指標按照能力模型聚合而成。

關系6裝備系統所表現出的系統功能。

關系7裝備系統作為一個單元參與作戰活動。作戰活動中的作戰單元，既包括裝備實體也包括裝備系統。

關系8能力規劃明確作戰活動各階段的體系能力需求。

關系9裝備體系在執行作戰活動時對不同時間段的體系能力進行規劃。

關系10作戰活動中裝備實體作戰行為的約束。

關系11裝備系統對體系能力的貢獻作用。

2.2 SM2邏輯數據模型

SM2邏輯數據模型是將高層的概念模型映射為數據庫系統可實現的數據模型。本節基于本體描述體系內各要素及其之間的關系，參照Gomez Perez定義的本體模型，將SM2邏輯數據模型定義為類、關系、屬性和實例組成的四元組，如圖4所示，表示為SM2＝｛C，R，P，I｝，具體描述如表2所示。

圖4 SM2邏輯數據模型

表2 SM2邏輯數據模型的本體模型

描述體系結構元模型的本體語言有多種，包括RDF、RDFS（RDF Schema）、DAML（DARPA agent markup language）＋OIL（ontology inference layer）、OWL（web ontology language）等。本文采用應用最為廣泛的RDF語言構建SM2邏輯數據模型。設置“http：∥www.honhoo.com／”為基礎統一資源標識符（uniform resource identifier，URI），URI可以唯一地標識系統中的所有資源，這種資源可以是具體的也可以是抽象的，可以存在或是不存在。

步驟1構建SM2類

SM2中默認最基本的類是Thing，模型中的所有個體都是Thing的子類。首先構建語義裝備體系基礎類，包括裝備實體、性能指標、作戰活動、行動規則、裝備系統、系統功能、能力元素和能力規劃。示例描述如下：

∥定義裝備實體類

基礎類中可以包括多個級別的子類，子類隸屬于其上一級的類，子類可以將概念進行進一步細化。例如，裝備實體類中包括航天器、航空器、艦艇、導彈、裝甲車輛、偵察探測裝備、通信裝備等子類，用示例描述如下：

∥定義航天器類

步驟2構造SM2關系

SM2的關系描述了語義裝備體系中類之間的關系、類與實例之間的關系、實例之間的關系等，如表3所示。SM2的關系提供了邏輯表示和推理的基礎，基于這些關系能夠構建出語義裝備體系中的關聯關系。

步驟3構造SM2屬性

SM2屬性用于描述語義裝備體系中類的特征，分為外在屬性和內在屬性。外在屬性表達了不同類之間的關系，用ObjectProperty（對象屬性）進行描述；內在屬性用具體數值表示類的特征，描述為DatatypeProperty（數據類型屬性）。示例描述如下：

表3 SM2的關系列表

步驟4 構造SM2實例

SM2實例可以表示語義裝備體系中任何事物，是SM2類的具體實現。語義裝備體系是基于真實裝備數據構建的。以雷達數據為例，SM2實例的RDF描述如下：

3 基于SM2的多視圖本體模型

本節基于SM2構建裝備體系的作戰視圖本體模型、系統視圖本體模型和能力視圖本體模型［19］。首先，結合SM2概念數據模型中的基礎類，定義了各視圖本體模型的類、屬性和關系，基礎類與視圖模型的依賴關系如表4所示，其中√表示“必須”，×表示“沒有關系”，空格表示“可選”。然后，根據SM2邏輯數據模型中定義的類、關系、屬性和實例四元組，描述作戰視圖、系統視圖、能力視圖的本體模型。下面分別給出各視圖的本體模型。

表4 基礎類與視圖模型的依賴關系

3.1 作戰視圖本體模型

本節基于SM2構建語義裝備體系的作戰視圖本體模型，如圖5所示，主要細化了作戰活動基礎類和作戰規則基礎類，下面給出作戰活動本體和作戰規則本體的定義、關系、屬性的形式化描述。

圖5 作戰視圖本體模型

定義1作戰活動本體：用于描述裝備體系按照作戰想定所進行的一系列作戰行動。表示為Activity，構建面向對象屬性target On、equip With、locationIn、conditionIn、Ontime，分別表示關聯目標、關聯我方裝備、關聯目標所在位置、關聯戰場環境信息、記錄活動進行時間，定義域（domains）定義為Activity，值域（ranges）分別定義為weapons、weapons、perform、perform、perform，示例描述如表5所示。

表5 作戰活動本體

定義2作戰規則本體：用于描述裝備體系進行作戰活動時需要遵循的規則。表示為Rules，構建數據類型屬性area、battlefield、time，分別表示位置信息、戰場環境、活動時間。rules規定了屬性area、battlefield的ranges的取值只能在列出的范圍中選取，time的ranges定義為datetime，保證了體系內規則描述的一致性，示例描述如表6所示。

表6 作戰規則本體

3.2 系統視圖本體模型

本節基于SM2構建語義裝備體系的系統視圖本體模型，如圖6所示，主要細化了裝備實體基礎類、性能指標基礎類、裝備系統基礎類和系統功能基礎類，下面分別給出裝備實體本體、性能指標本體、裝備系統本體和系統功能本體的定義、關系、屬性的形式化描述。

圖6 系統視圖本體模型

定義3裝備實體本體：用于描述語義裝備體系中的裝備實體，表示為Weapon，構建數據類型屬性WeaID、WeaName、WeaType、Load Time，分別表示裝備實體的編號、名稱、類型和服役時間，將這些屬性的domains定義為Weapon，ranges分別定義為any URI、string、string、datetime；構建面向對象屬性hasPerform，描述裝備實體的性能參數，示例描述如表7所示。

表7 裝備實體本體

定義4性能參數本體：用于描述裝備實體的基本屬性及計量單位，表示為Perform，構建數據類型屬性Firerange、accuracy、weight、velocity，分別表示裝備實體的作用范圍、作用精度、載重和運行速度，將這些屬性的domains定義為Perform，ranges分別定義為int、float、int、int，計量單位分別定義為m、%、kg、km／h，示例描述如表8所示。

表8 性能參數本體

定義5裝備系統本體：用于描述功能上相互依賴、具有交互作用的多個裝備的集合，表示為System，構建數據類型屬性SysID、SysName，分別表示裝備系統的編號和名稱，以保證其在全局的唯一性，domains定義為System，ranges分別定義為any URI和string，構建面向對象屬性hasEntity表示裝備系統包括的裝備實體，domains定義為System，ranges定義為weapons，示例描述如表9所示。

表9 裝備系統本體

定義6系統功能本體：用于描述功能上相互依賴、具有交互作用的多個裝備的集合，表示為Function，構建數據類型屬性Fun Type描述裝備系統的功能，domains定義為Function，ranges定義為warning、survey、tracing、strike；構建面向對象屬性hasFunPer、hasFunIn，表示系統功能包括的裝備性能和關聯裝備系統功能作用的所在區域，domains定義為Function，ranges定義為Perform，示例描述如表10所示。

表10 系統功能本體

3.3 能力視圖本體模型

本節基于SM2構建語義裝備體系的能力視圖本體模型，如圖7所示，主要細化了體系能力基礎類和能力規劃基礎類，下面給出體系能力本體和能力規劃本體的定義、關系、屬性的形式化描述。

圖7 能力視圖本體模型

定義7體系能力本體：用于描述在特定任務背景下裝備體系完成作戰任務的本領。表示為Capacity，構建數據類型屬性CapID、Cap Name、Cap Type，分別表示體系能力的標識符、名稱和類型，domains定義為Capacity，CapID和Cap Name，ranges定義為string，Cap Type的ranges定義為Cap Warning、CapSurvey、Cap Tracing、CapStrike，示例描述如表11所示。

表11 體系能力本體

定義8能力規劃本體：用于描述在特定任務背景下裝備體系完成作戰任務的本領，表示為CapPlan，構建面向對象屬性plan Acton、hasCap、plan Timeon，分別表示作戰活動中生成的能力規劃、能力規劃中包括的體系能力以及體系能力的作用時間，domains定義為Cap Plan，ranges分別定義為Capacity和Rules；構建數據類型屬性planID，表示能力規劃的標識符，domains定義為Cap Plan，ranges定義為any URI，示例描述如表12所示。

表12 能力規劃本體

4 海戰場預警探測系統體系結構研究

為了更好地說明語義裝備體系構建的思路，本文以對海作戰為背景構建一個具體的裝備體系——海戰場預警探測系統。海戰場預警探測系統是指在對海作戰中綜合運用各類預警探測裝備對目標進行探知和測量的系統，能夠通過偵察戰場態勢獲取重要的戰略戰術信息，對于取得體系作戰條件下的信息優勢具有至關重要的作用。海戰場預警探測系統涉及了天基、空基、海基、地基的預警探測裝備，具有獨立性、復雜性、分布性等典型的體系特征［2021］。本節基于SM2和多視圖本體模型，研究海戰場預警探測系統作戰視圖、系統視圖、能力視圖的開發及本體描述。

4.1 作戰視圖開發及本體描述

作戰視圖描述了裝備體系的使命任務、作戰過程、作戰要素及完成任務所需要的信息流，主要開發了高層作戰概念視圖（OV-1）和作戰活動視圖（OV-5），用于描述海戰場預警探測系統的作戰活動，從作戰視角描述裝備體系組成要素的功能以及要素之間的關聯關系，然后給出了作戰視圖的本體描述。

4.2 高層作戰概念圖

高層作戰概念圖從宏觀層面描述裝備體系的使命任務、作戰想定和作戰過程，一般通過圖片或文檔的形式進行描述。根據海戰場預警探測的實際任務需求，給出以對海防空反導為目標的作戰想定：假設敵方于800 km外的太平洋某海域發射彈道導彈BGM-109F（戰斧），對我方東海沿岸重要設施進行攻擊，導彈平均飛行速度為800 km／h，我方通過海戰場預警探測系統，利用各種裝備對敵方導彈進行偵察、監視、預警、探測、跟蹤和攔截。作戰過程可以主要分為以下3個階段。

（1）遠程偵察預警階段。結合掌握的敵方情報信息，通過天基、空基的電視探測裝備對可能出現戰事的重要敏感地區進行全時域、全天候的偵察監視，初步識別來襲導彈的類型特點，判斷其攻擊目標。

（2）中近程探測跟蹤階段。在確定來襲導彈目標后，綜合調用空基、海基、地基的雷達、光電等探測裝備對來襲導彈進行高精度的探測跟蹤，分析和預測來襲導彈的運動軌跡。

（3）反導攔截階段。指揮控制中心通過分析各裝備獲取的探測數據，對來襲導彈進行高精度探測跟蹤，計算出攔截彈的飛行參數和發射時機，然后發射并引導攔截彈直至命中目標。

4.2.1 作戰活動視圖

作戰活動視圖將描述為完成使命任務通常進行的作戰活動，給出了在想定條件下作戰活動之間的關系。根據海戰場防空反導任務的作戰想定，建立包括指揮控制、偵察預警、探測跟蹤、反導攔截的作戰活動視圖。其中指揮控制包括多源情報數據獲取、情報分析和數據融合、態勢分析和威脅判斷、戰場態勢監控；偵察預警包括重要敏感地區偵察監視、來襲導彈尾焰探測、獲取來襲導彈運動特性、獲取來襲導彈輻射頻率；探測跟蹤包括獲取雷達探測數據、獲取光電探測數據、目標參數計算、鎖定跟蹤目標；反導攔截包括來襲導彈目標捕獲、裝載飛行參數、確定發射時機、發射攔截彈。每個作戰活動都與相關的作戰活動節點進行了關聯，如圖8所示。

4.2.2 作戰視圖本體描述

作戰視圖的本體描述可以分為作戰任務、指揮控制活動、偵察預警活動、探測跟蹤活動、反導攔截活動5個部分。

（1）作戰任務描述

根據作戰想定中描述的任務需求，將導彈來襲看作是一個作戰活動，定義為一個Activity的實例act_Missle，結合Rules類和Weapon類的實例和屬性，描述任務的開始時間“2014-11-24-0900”、戰場環境“air on sea”、作戰區域“Area_1”、作戰目標“target_BGM-109F”等信息，下面給出關鍵部分的編碼：

（2）指揮控制活動描述

指揮控制活動貫穿整個作戰活動，將其定義為一個Activity的實例act_Command，其輸入輸出在Rules類的實例rule_command給出，對于不同階段的子活動用Activity子類Task的實例task_strike、task_survey、task_warning來描述，下面給出關鍵部分的編碼：

圖8 作戰活動節點樹

（3）偵察預警活動描述

偵察預警活動描述了天基和空基多種預警探測裝備的綜合運用，將其定義為一個Activity的實例act_Waring，定義Weapon類的實例wea_E-2C、wea_HK-12描述所運用的裝備信息，結合Rules類描述戰場環境信息，下面給出關鍵部分的編碼：

（4）探測跟蹤活動描述

探測跟蹤活動描述了空基、海基和地基多種預警探測裝備的綜合運用，將其定義為一個Activity的實例act_Survey，定義Weapon類的實例wea_AN／SPS-48、wea_HK-12、wea_ARGOS-73描述所運用的裝備信息，結合Rules類描述戰場環境信息，下面給出關鍵部分的編碼：

（5）反導攔截活動描述

反導攔截活動描述了海基、地基預警探測裝備以及反導武器系統的綜合運用，將其定義為一個Activity的實例act_Strike，定義Weapon類的實例wea_E-2C和wea_DF-21描述所運用的裝備信息，結合Rules類描述攔截導彈的發射時機和位置，下面給出關鍵部分的編碼。

4.3 系統視圖開發及本體描述

系統視圖描述了支撐作戰活動的裝備體系的組成要素［22］，包括裝備、裝備系統及其之間的關系，主要開發了系統功能描述視圖（SV-4），用于描述海戰場預警探測系統的裝備組成和功能，從系統視角描述裝備體系組成要素的功能以及要素之間的關聯關系，然后給出了系統視圖的本體描述。

4.3.1 系統功能描述視圖

系統功能描述視圖定義了在任務背景條件下體系中各要素的主要功能，從邏輯上描述了作戰活動中作戰單元之間數據的流向。

海戰場預警探測系統主要包括指揮控制功能、偵察預警功能、探測跟蹤功能、反導攔截功能，其中指揮控制功能包括信息接收與分發功能、數據整合與情報處理功能、輔助決策功能、作戰指揮功能；偵察預警功能包括紅外偵察功能、遠程偵察功能、情報數據傳輸功能、目標識別功能；探測跟蹤功能包括雷達探測功能、光電探測功能、目標跟蹤功能、情報數據處理功能；反導攔截功能包括高精度探測跟蹤功能、發射控制功能、飛行參數計算功能、彈載制導功能。

海戰場預警探測系統主要涉及的功能節點包括指揮控制系統節點、通信保障系統節點、衛星偵察預警系統節點、預警機探測系統節點、水面艦艇武器系統節點、地基探測跟蹤系統節點、防空反導武器系統節點。系統功能和節點的關聯關系如圖9所示。

圖9 系統功能節點樹

4.3.2 系統視圖本體描述

系統視圖的本體描述主要包括裝備實體本體描述和裝備系統本體描述兩個部分。

（1）裝備實體本體描述

每個裝備實體由一個Weapon類的實例wea_X表示，結合Weapon類和Perform類中定義的FireRange、Accuracy、Wea Type等屬性描述裝備實體的性能參數，下面給出部分裝備實體的編碼：

（2）裝備系統本體描述

每個裝備系統由一個System類的實例sys_X表示，結合Function類和System類中定義的SysName、hasFunIn、hasEntity等屬性描述裝備系統的性能參數，下面給出部分裝備系統的編碼：

4.4 能力視圖開發及本體描述

能力視圖描述了裝備體系在特定標準和條件下完成作戰任務的能力規劃安排，明確能力的分類和實施階段，主要開發了能力分類視圖（CV-2）和能力規劃視圖（CV-3），用于描述為完成海戰場防空反導任務所需要的體系能力和能力規劃。

4.4.1 能力分類視圖

能力分類視圖定義了為滿足想定條件下的任務需求體系所需的能力，以及能力之間的支撐關系。

通過分析任務需求，海戰場防空反導能力可以分為跨軍種聯合作戰指揮控制能力、遠程全天候偵察預警能力、高速空中目標探測跟蹤能力、對海作戰防空反導攔截能力。其中，跨軍種聯合作戰指揮控制能力由跨軍種信息收發能力、多源異構情報數據處理能力、戰場態勢感知能力、輔助決策能力支撐；遠程全天候偵察預警能力由紅外偵察能力、情報數據傳輸能力、空基偵察預警能力、衛星偵察預警能力支撐，高速空中目標探測跟蹤能力由雷達探測跟蹤能力、光電探測跟蹤能力、誤差修正能力支撐；對海作戰防空反導攔截能力由機動發射能力、打擊毀傷能力、攔截彈制導能力支撐。

4.4.2 能力規劃視圖

能力規劃視圖定義在作戰活動過程中的能力規劃安排［23］。對海防空反導能力由多種能力構成，作戰過程各階段對能力有不同的需求，如圖10所示。其中跨軍種聯合作戰指揮控制能力貫穿整個作戰過程（09：00－10：00）的始終，保障戰場信息的實時收發和處理，提供戰場態勢感知和輔助決策支持；遠程全天候偵察預警能力保障偵察預警階段（09：00－09：15），通過綜合運用紅外偵察能力、衛星偵察能力、空基偵察預警能力對來襲導彈進行遠程預警，情報數據傳輸能力保障目標信息能夠準確及時地傳輸；高速空中目標探測跟蹤能力保障探測跟蹤階段（09：15 -09：35），通過運用雷達探測跟蹤能力和光電探測跟蹤能力，高精度地捕獲目標的運動特性信息，并不斷地進行誤差修正；對海作戰防空反導攔截能力保障反導攔截階段（09：35－10：00），機動發射能力保證攔截彈發射的時機，攔截彈發射后其制導能力保證命中概率，打擊毀傷能力保證對來襲導彈的毀傷程度。

圖10 能力規劃視圖

4.4.3 能力視圖本體描述

通過分析任務需求的特點，將任務按照能力規劃分解為不同階段需要的體系能力，通過一個CapPlan的實例capplan來表示。體系能力由Capability類的實例cap_ command、cap_warning、cap_survey、cap_strike來表示，并結合Rules類中定義的time等屬性，表示體系能力發揮作用的起始時間，下面給出關鍵部分的編碼：

5 結 論

裝備體系結構建模是開展裝備體系研究的基礎和前提。本文按照以數據為中心的建模思路，提出了裝備體系結構語義模型——語義裝備體系，首先基于DM2提出了SM2概念數據模型和邏輯數據模型，定義了裝備體系的基礎類及關聯關系，給出了以類、關系、屬性、實例四元組的本體描述框架；然后基于SM2構建了作戰視圖本體模型、系統視圖本體模型、能力視圖本體模型，明確了各視圖中體系組成要素的定義、關系、屬性的形式化描述；最后以海戰場預警探測系統為例，基于本體模型開發并描述了作戰視圖、系統視圖、能力視圖，說明了本文方法的可行性。

［1］Niu X G.National defense system analysis for construction of weapons and equipment［M］.Beijing：National Defense Industry Press，2007.（牛新光.武器裝備建設的國防系統分析［M］.北京：國防工業出版社，2007.）

［2］Zhao Q S，Yang K W，Chen Y W，et al.The modeling method and technology for system engineering and architecture［M］.Beijing：National Defense Industry Press，2013.（趙青松，楊克巍，陳英武，等.體系工程與體系結構建模方法與技術［M］.北京：國防工業出版社，2013.）

［3］Zou P，Jian P，Xiong W，et al.Research on the requirement acquiring and managing method of equipment［J］.System Command Control and Simulation，2011，33（4）：54- 57.（鄒鵬，簡平，熊偉，等.武器裝備體系需求獲取和管理方法研究［J］.指揮控制與仿真，2011，33（4）：54- 57.）

［4］Ye G Q，Shu Y，Ge B F，et al.Structure modeling of weapon equipment system of systems based on missions and means framework［J］.Fire Control and Command Control，2012，37（7）：1- 5.（葉國青，舒宇，葛冰峰，等.基于使命和方法框架的武器裝備體系結構建模［J］.火力與指揮控制，2012，37（7）：1- 5.）

［5］Pan X，Huang Y X，Yin B S.Equipment system of systems architecture based on function and connection［J］.Systems Engineering and Electronics，2012，34（10）：2052- 2057.（潘星，黃元星，尹寶石.基于功能和聯接的裝備體系結構［J］.系統工程與電子技術，2012，34（10）：2052- 2057.）

［6］Li Z H，Tan X S，Wang H，et al.The evaluation method of weapon equipment system-of systems based on capability viewpoint of DoDAF［J］.Journal of Academy of Equipment，2012，23（4）：121- 125.（李志淮，譚賢四，王紅，等.基于DoDAF能力視角的武器裝備體系評估方法［J］.裝備學院學報，2012，23（4）：121- 125.）

［7］Tan Y J，Zhang X K，Yang K W.Research on networked description and modeling methods of armament system-of-systems［J］.Journal of Systems and Management，2012，21（6）：781- 786.（譚躍進，張小可，楊克巍.武器裝備體系網絡化描述與建模方法［J］.系統管理學報，2012，21（6）：781- 786.）

［8］Ring S J.Attaining value from actionable DoD enterprise architectures［C］∥Proc.of the 14th International Command and Control Research and Technology Symposium，C2 and Agility，2009：1- 29.

［9］Huynh T V.Orthogonal array experiment in systems engineering and architecting［J］.Systems Engineering，2011，14（2）：208- 222.

［10］Berners-Lee T，Hendler J，Lassila O.The mantic web［J］.Scientific American，2001，284（5）：28- 37.

［11］DoD Architecture Framework Working Group.Department of defense architecture framework 2.0［R］.Washington D C：Department of Defense，2009.

［12］DoD Architecture Framework Working Group.S＆T missions using DoDAF 2.0［C］∥Proc.of the Aerospace Conference，2010：1- 17.

［13］The MoDAF Development Team.The MOD architecture framework version 1.2［R］.London：Ministry of Defense，2008.

［14］UK Ministry of Defense.UK ministry of defense architectural framework（MODAF）v1.2.0［R］.London：Ministry of Defense，2010.

［15］Wang K R，Chen C X，Leng B，et al.DoDAF and ABM modeling method［C］∥Proc.of the 15th Symposium on Informational Theory of Chinese Institute of Electronics，Electronic Systems Engineering Branch，2008：170- 175.（王科銳，陳昌祥，冷冰，等.DoDAF體系結構框架及ABM建模方法［C］∥中國電子學會電子系統工程分會第十五屆信息化理論學術研討會，2008：170- 175.）

［16］Biswas A，Hayden J，Phillips M S，et al.Applying DoDAF to NASA orion mission communication and navigation architecture［C］∥Proc. of the IEEE Aerospace Conference，2008：1- 9.

［17］DoD Architecture Framework Working Group.DoD architecture framework version 1.5 volume［S］.Washington D C：Department of Defense，2007.

［18］DoD Architecture Framework Working Group.DoD architecture framework version 1.0 volume I：definitions and guidelines［R］.Washington D C：Department of Defense，2003.

［19］Liu D W，Jiang Z P，Wang Z X，et al.Architecture design based on DoDAF meta-model［J］.Command Information System and Technology，2014，5（3）：33- 37.（劉大偉，姜志平，王智學，等.基于DoDAF元模型的體系結構設計［J］.指揮信息系統與技術，2014，5（3）：33- 37.）

［20］Pan X，Yin B S.Modeling and simulation for SoS based on DoDAF framework［C］∥Proc.of the 9th International Conference on Reliability，Maintainability and Safety，2011：1283- 1287.

［21］Handley A H.Incorporating the NATO human view in the DoDAF 2.0 meta-model［J］.Systems Engineering，2012，15（1）：108- 117.

［22］Browning T R.The many views of a process：toward a process architecture framework for product development processes［J］.Systems Engineering，2009，12（1）：69- 90.

［23］Griendling K，Maoris D N.Development of a DoDAF-based executable architecting approach to analyze system of systems alternatives［C］∥Proc.of the IEEE Aerospace Conference，2011：1- 15.

李 亢（198-7- ），男，博士研究生，主要研究方向為系統工程、數據集成、語義網、云計算、大數據。

E-mail：xtlikang1987＠126.com

李新明（1965- ），男，研究員，博士研究生導師，博士，主要研究方向為復雜系統、裝備體系、大數據。

E-mail：liyi1221＠263.net

劉 東（198-1- ），男，助理研究員，博士，主要研究方向為系統工程、大數據處理、數據分析。

E-mail：ld5m＠163.com

Modeling method for weapon system of systems structure based on semantic meta-model

LI Kang，LI Xin-ming，LIU Dong
（Science and Technology on Complex Electronic System Simulation Laboratory，Equipment Academy，Beijing 101416，China）

According to the ideas of data-centric in architecture modeling，the semantic model of weapon system of systems architecture is proposed，which is named semantic weapon system of systems.Firstly，the semantic meta-model is proposed based on DoDAF meta-model（DM2），and the concept and relationship of base classes are defined in system of systems architecture.Then an ontology describe frame is given by classes，relationships，attributes and instances which are generated as quadruples.Secondly，ontology models of combat view，system view and capability view based on the semantic meta-model are constructed.In addition，the definitions，relationships and properties of constituent elements in each view are formally clarified.Finally，the early warning detection system in naval battlefield is studied as a case to verify the feasibility of the method.

weapon system of systems；architectural modeling；ontology model；DoDAF meta-model（DM2）；semantic meta-model

TP 391

A

10.3969／j.issn.1001-506X.2015.11.13

1001-506X（2015）11-2503-10

2014- 12- 09；

2015- 03- 11；網絡優先出版日期：2015- 07- 09。

網絡優先出版地址：http：／／www.cnki.net／kcms／detail／11.2422.TN.20150709.1655.006.html

部委級基金資助課題