美军DCGS系统及其体系结构分析

1 美军美军 DCGS 系统及其体系结构分析系统及其体系结构分析 赵琪 冯贵玉 张可黛 陈晓飞 肖鹏 北京图形研究所 北京 100029 摘要 摘要 如何消除情报 监视和侦察 ISR 系统的技术壁垒 实现多源情报信息的实时融合共享对 取得未来一体化联合作战的胜利至关重要 DCGS是美军全球信息栅格GIG建设中的成功典范 它 大大消除了各专有情报处理系统的烟囱林立 推动了美军情报体系的横向集成和融合 实现了网络 中心化的情报数据的无缝链接 使得传感器到射手 到打击效果评估的一体化成为现实 本文对美 军分布式通用地面站系统 DCGS 及其体系结构进行了初步分析研究 对推动我国信息融合技术 研究具有重要的参考意义 关键词 关键词 信息融合 分布式通用地面站系统 DCGS 网络中心战 体系结构 中图分类号 中图分类号 TP392 文献标识码文献标识码 A Research on Distributed Common Ground Station System with Its Architecture Analysis ZHAO Qi FENG Gui yu ZHANG Ke dai CHEN Xiao fei and XIAO Peng Beijing Graphics Institute 100029 Beijing China ABSTRACT How to bridge technical interoperability gaps currently existing in Intelligence Surveillance and Reconnaissance ISR systems and gain real time sharing of the multisource intelligence information plays an important role in the future joint operations Distributed Common Ground Station DCGS is an example of success in Global Information Grid construction of US military forces and it eliminates greatly the chimney separations of the proprietary information processing system and promotes the horizontal integration and fusion of the intelligence enterprises of US military forces and realizes the seamless links of the net centric intelligence data and thus integrates the process from sensor to shooter and attack effect assessment In this paper a preliminary research on Distributed Common Ground Station system with its architecture analysis is carried out which may be helpful to promote the information fusion technologies studies in our country KEYWORDS information fusion Distributed Common Ground Station DCGS net centric operations architecture 1 引言引言 1996 年 美国国防部启动建设一个全球性 军方和国家安全机构能够共同访问情报 监视 和侦察数据的类似因特网的互连网络 这就是 分布式通用地面站系统 Distributed Common Ground Station DCGS 该项目由美国空军率 先研制 总集成商是雷声公司 微软 谷歌 惠普 甲骨文 BEA 等公司参与研制 该系统 是第一个以网络为中心的后方支援系统 它的 建设起源于美军 沙漠风暴 作战行动所得的 教训 在 沙漠风暴 行动中 情报系统 国 家部门之间林立的 ISR 烟囱严重降低了指挥控 制系统的性能和作战效果 DCGS 项目把美国 的分布式情报 监视和侦察 ISR 系统现代化 搭建了一个实时情报共享的全球范围 网络为 中心的情报体系 DCGS 是美国陆军 海军 空军和海军陆 战队通用的多源 ISR 信息综合应用系统 可近 实时接收 处理及分发 ISR 信息 该系统能进 行多源 ISR 信息的分布式处理 构建了一个与 因特网类似的情报共享网络 美三军利用这样 一种各军种通用的地面站 可同时接收 处理和 分发从侦察卫星 侦察飞机 无人侦察机以及 地面 海面 等侦察监视平台传送来的各种情 2 报信息 DCGS 是美军 GIG 全球信息栅格建设中的 成功典范 它大大消除了各专有情报处理系统 的烟囱林立 推动了美军情报体系的横向集成 和融合 实现了网络中心化的情报数据的无缝 链接 使得传感器到射手 到打击效果评估的 一体化成为现实 在第二次伊拉克战争中 DCGS 发挥了巨大作用 如 2003 年 4 月 9 日 全球鹰 采集到一幅伊拉克 SAM 导弹图像 并把它近实时地传给 DCGS CONUS 系统 两 分钟后 一位情报分析专家完成了目标定位 不到十分钟 完成情报标注的 SAM 导弹图像 提交给火力打击部署中心 在 45 分钟后该目标 被 B 2 轰炸机投射的铅弹摧毁 从侦察传感器 到完成打击任务花了 57 分钟 同一天 一架搜 索导弹移动发射装置的 捕食者 飞机发现了 两辆坦克 DCGS 把坦克的信息传输给作战中 心 作战中心把目标数据发送给附近游弋的战 斗机 这个从侦察传感器到完成打击任务仅仅 花了 17 分钟 因此 空军 DCGS 项目负责人 Alan Tucker 特别指出 如果信息技术是新千年如果信息技术是新千年 最重要的武器的话 最重要的武器的话 DCGS 就是今天的曼哈顿就是今天的曼哈顿 工程工程 自 2007 年起 美军每年召开一届世界范围 的 DCGS 交流和展览会议 2008 年的主题是 获得 ISR 体系的互操作能力 Achieving Enterprise Interoperability DCGS 2009 会议 于 2009 年 10 月 27 日至 29 日在美国弗吉尼亚 港召开 主题是 以领导为中心 服务于决策 Leader Centric Decision Focused 2 DCGS 系统的组成系统的组成 DCGS 系统从功能上主要由通用地面站 DGS 和情报融合信息系统两部分构成 一 个通用地面站能够实时接收陆海空天多种侦察 传感器的图像情报 IMINT 信号情报 SIGINT 测量与信号情报 MASINT 等各类情报信息 情 报融合信息系统可实现对各类 ISR 传感器的任 务规划 Task 情报信息发布 Post 多源 情报融合处理 Process 和情报应用分发 Use 目前 DCGS 采用保密电话 传真和电子 邮件的通信方式来传递消息或请求 这种方式 需要接收方及时地接收和阅读信息 然后采取 行动完成任务 DCGS 系统有固定式 移动式和嵌入式三 种配置 固定式主要用于开展日常情报计划制 订 情报收集和处理 以保持在所有作战阶段 的信息优先权 一般部署在后方的安全地带 如美国本土或海外战区的区域性作战中心 移 图 1 DCGS 系统的组成 3 动式可运载至前线部署 或部署于航母战斗群 嵌入式主要安装在陆海空作战平台上 根据军种和作战性质的不同 美军 DCGS 系统主要分为陆军 DCGS A 系统 海军 DCGS N 系统 空军 DCGS AF 系统 海军陆战队 DCGS MC 系统 特种作战部队 DCGS SOC 系 统以及其它部门乃至盟军的 DCGS 系统 不同 性质的 DCGS 系统通过 DCGS 集成骨干 DIB 构成一个互通互连 信息共享的 DCGS 体系 DCGS Enterprise 如图 1 所示 2 1 陆军陆军 DCGS A 系统系统 DCGS 的陆军系统 DCGS A 是未来陆军情 报框架的核心和国家级的情报作战梯队的能动 器 是提供网络化 ISR 能力的超级系统 它是 一种具有模块化特征 规模可变 可进行互操 作的分布式情报处理和利用系统 其目的是对 来自所有来源的数据进行合成和综合 包括国 家级 陆军和其它军种 另外 DCGS A 还可 接收和利用来自联合的 机构间的和多国范围 的信息 这将使得陆军能够利用海量数据中不 同密级的有效信息 为士兵提供通用作战态势 图 COP 和连续的情报判断 通用作战态势图 可提供态势感知 而连续的情报判断有助于判 断性分析 它能使得士兵和司令官从态势感知 的水平提高到态势理解的水平 DCGS A 的核心功能是对陆军及联合的 ISR 传感器分配任务 并对其获取的信息进行 处理 发布和利用 DCGS A 将具有收集图像 情报 IMINT 信号情报 SIGINT 测量与信号 情报 MASINT 人力情报 HUMINT 以及对其 进行融合的能力 将来全球信息栅格 GIG 建成后 DCGS A 系统将为全部的战场空间提 供情报产品 现有的 DCGS A 系统包括以下部分 通用 地面站 CGS 综合处理设施 护栏 飞机 护栏 飞机信息节点 GRIF 轻型全源分析 系统 ASAS L 反情报及人力情报管理系统 CHIMS 主站操控中心 Home Station Operation Center HSOC 和战术开发系统 TES DCGS A 还将集成以下陆军 ISR 系统 飞地 分析和控制组 ACT E Blockll 分析与控制 单元 ACE 预言者 侦察系统控制系统 综合气象和 环境地形系统 轻型系统 1METS L 数字地形支援系统 轻型系统 DTSS L 地面控制系统 GCS 和增强型 Trackwolf 系统 DCGS A 系统有固定式 移动式和嵌入式 三种配置 固定配置主要用于开展日常情报计 划制订 情报收集和处理 以保持在所有作战 阶段的信息优先权 一般部署在后方的安全地 带 如美国本土或海外战区的区域性作战中心 固定配置还可为陆军的交战单元提供 战术守 望 Over watch 能力 以在固定站点为作战交 战单元提供增强的态势感知 信息融合及分析 瞄准和相关支持 移动 DCGS 可由车辆运载至 前线部署 嵌入式 DCGS 将把其软件系统安装 在 未来战斗系统 的车辆 空中通用传感器 等平台中 2 2 空军空军 DCGS AF 系统系统 DCGS 的空军系统 DCGS AF 已经升级到 了 Block10 2 型 美国空军于 2005 年初开始测 试这种具备全球信息栅格能力的新型多源情报 系统 并计划在全球范围内部署 29 个地面站 该系统将把美军的多种情报系统集成到通用工 作站系统中 从而成为一种全球网络化的 ISR 系统 美国防部的目标是使老式 采用特殊标 准的情报收集系统兼容新式 采用通用标准的 系统 并尽可能地减小对进行中的 ISR 行动的 影响 DCGS AF Block10 2 系统采用了全新的 TPPU 模型替代传统的处理方式 相关数据在 具备可用性之后 就立即发布在共享网络上 允许用户提取数据并将其纳入他们自己的处理 进程中 这一点在时敏目标定位之类的军事应 用上显得尤为重要 该系统采用了 Java 连接器 体系结构来实现对 DIB 系统的访问 而不需要 在每个节点上运行独立的应用软件来访问各个 数据库 此外 DCGS 还将成为空中作战中心对无 人机体系结构的接口 DCGS AF Block10 2 型 系统支持从世界上任意位置 通过基于 Internet 的工具 对 U 2 侦察机 全球鹰 无人侦察机 和其他 ISR 平台进行实时规划 DCGS 系统通 过美军的通用数据链 CDL 和 IBS 综合广播业 务系统接收美空军侦察平台送来的图像情报 测量与特征情报 信号情报等多种情报数据 4 通过 GIG 向美军各战场用户进行更大范围的信 息分发 DCGS AF 系统包括以下部分 可部署地面 侦听设备 DGIF 可部署防护系统 DSS 可部 署的流程化打包系统 DTS 地面控制处理器 GCP 分布式交互仿真系统 DTS 和通用数据 链系统 CDL 主要的运行站点有 DGS 1 比 尔 Beale 空军基地 DGS 2 兰利 Langley 空军 基地 DGS 3 位于韩国乌山美空军基地的韩国 战斗行动情报中心 KCIOC 和 DGS 4 拉姆斯坦 因 Ramstein 空军基地以及 17 个远程站点 2 3 海军海军 DCGS N 系统系统 DCGS 的海军系统 DCGS N 集成众多情报 系统 从而形成一种通用的 ISR 系统 对多来 源的 ISR 数据 瞄准数据等进行处理 存储 相关 利用和分发 美海军计划部署 39 套 DCGS N 系统 作为美国防部分布式通用地面 系统计划的组成部分 DCGS N 正在升级 升 级后的 DCGS N 系统将为 ISR 数据的共享和分 发创造一个公共框架和体系结构 该系统将在 海军 力量网 Forcenet 体系结构下运行 可 使处理和利用来自各信息源信息的方式标准化 从而满足战术级和国家级的作战需求 DCGS N 系统将用于支持各种类型的任务 如信号与通信情报 战场情报准备 特种作战 以及精确制导 打击等 DCGS N 系统的终端 处理设备以及服务器将被集成到海军舰只的指 控设备 使用户能访问 ISR 信息数据库 DCGS N 系统输入的数据包括原始数据和经充 分分析的数据 DCGS N 系统包括以下子系统 战斗群横 向扩展系统 BGPHES 战斗方向发现系统 CDFS 全球指挥控制系统 海上 综合情报系 统 GCCS M 13 海军联合服务图像处理系统 JSIPS N 舰船信号开发装备 SSEE UAV 战 术控制系统 UAVTCS JSIPS 集中器体系结构 JCA 和海军战术开发系统 TES N DCGS N 系统旨在服务海军的所有层次 第一层次设备为岸基或旗舰系统 用作战区信 息回传节点 第二层次系统是航母战斗群和远 征特遣部队 其主要节点安装在航母和大甲板 两栖舰只上 该层次安装的系统最多 有 24 套 最后是第三层次系统 主要用于单一舰只 未 来如 DD X 驱逐舰和新型核动力潜艇将使用第 三梯次 DCGS N 系统 目前只有 DD X 在设计 上允许安装 DCGS N 系统 其它舰船由于只接 收数据 将不安装图像处理器 但是所有舰只 都能通过 DIB 与其他层次的系统连接 3 美军美军 DCGS 体系结构特点体系结构特点 通过对 DCGS Block10 2 进行分析 可以看 出美军情报信息融合体系具有以下特点 3 1 以以 SOA 架构为基础 实现对现有系统集成架构为基础 实现对现有系统集成 和整个情报体系的横向融合和整个情报体系的横向融合 DCGS 系统的建设不是另起炉灶 而是在 美国国防部体系框架 DoDAF 理念的指导下 进行体系架构设计 采用了开放的基于 SOA 的 体系架构 将 DCGS 分为核心服务层 数据服 务层 应用服务层和表示层 如图 2 所示 在 此结构下 多源情报融合的各项业务 功能将 以服务的形式集成 共享与使用 具有即插即 用 按需共享 柔性重组等特征 通过采用 SOA 架构 DCGS 打破了现有各 专用系统的烟囱壁垒 并将其不断改造 集成 到 DCGS 系统中 采用搜索服务 消息服务 协作服务 安全服务等核心服务 加上共享的 共用接口和数据标准 各军种 各情报单元的 情报系统能够实现互联 互通 互操作 实现 了整个情报体系的横向融合 3 2 以以 DIB 数据集成为核心 实现情报体系的数据集成为核心 实现情报体系的 多源信息共享和按需服务多源信息共享和按需服务 DIB DCGS Integration Backbone 是 DCGS 体系的基础设施 其核心是一组符合 SOA 架构的通用服务和标准 以实现不同 DCGS 体系之间的信息共享和互操作 DIB 分 为数据仓库层 服务层和客户层 主要包括资 源适配器 DIB 集成数据库 元数据目录 元 数据框架 数据集成框架 安全服务 工作流 服务 WEB 门户等部分组成 DIB 是一种基于 J2EE 的软件系统 具有开放式的可编程体系结 构 因此可方便地添加新的应用 并且还可使 其与其他系统实现互操作 美三军可通过 DIB 彼此互连 共享所有重要的 ISR 资源 DIB 系 统采用了一种基于开放标准的构建方法 允许 第三方软件供应商自己完成软件与 DIB 系统的 5 集成工作 这种方式 DIB 也可使用户从现有情 报系统中提取元数据发布在互联网上 图 2 基于 SOA 的 DCGS 体系架构 图 3 DIB 结构 DIB 是 DCGS Block10 2 的核心 通过 DIB 的建设 任何一个具有权限的情报用户可以在 任意地方通过浏览器或应用终端可以查看整个 情报体系内的任意情报 实现了情报体系的多 源信息共享和按需服务 3 3 以以 TPPU 为主要模式 推动了情报融合体为主要模式 推动了情报融合体 系由逐级融合的纵向模式向以网络为中心的融系由逐级融合的纵向模式向以网络为中心的融 合模式转型合模式转型 早期的 DCGS 系统采用传统的纵向融合处 理模式 即 TPED Task Process Exploitation Dissemin ation 流程模式 在此模式先由下级融合节点 进行低级融合 然后再分发到高级节点进行高 级融合 最后统一汇总到最高司令部进行统一 融合 此种模式的最大问题是情报融合的时效 性难以满足灵敏作战 快速打击的需要 现在各军种的 DCGS 系统都在进行升级 改用了新的 TPPU 模式 Task Post Process Use 在 TPED 模式 中 任务规划包括用户请求的具体信息 平台 或者传感器的使命管理 ISR 使命规划和实力 6 部属 然而 在 TPPU 模型中 任务规划以网 络为中心 所有授权用户都可以访问 它集成 了用户计划和作战行动 TPPU 模型中的 Post 是指数据提供者在从获取平台得到数 据后立即以能够进一步处理的方式将原始数据 和预处理数据发布到网上 而不必等处理完分 发 以保证时效性 从一般意义上说 TPPU 中的 Post 包括了 TPED 中的处理和分发 processing and dissemination 工作 在 TPED 中 processing 是指把原始数据转换成情报分 析员能够使用的情报产品 而 TPPU 中的 Process 本质上是 TPED 中的 E exploitation 情报产品可以像在 TPED 那样分 发 但是可以更加有效地动态推送或者拉取 TPPU 中的 Use 可以使多个用