随着信息技术的飞速发展，电子信息装备体系化、系统化、综合化发展趋势日益明显^[1]，特别在现代高技术条件下，复杂电磁环境下的电子对抗已不再是单件装备之间的对抗，而是基于网络信息体系的电子装备体系与体系之间的对抗^[2]，开展体系对抗仿真试验是电子信息装备进行试验鉴定的一种实用的重要手段。体系对抗仿真首先要弄清电子信息装备体系模型的构建、描述及在体系对抗中演化等问题。

目前，人们已经采用多种方法研究装备体系建模问题。例如，文献[3]提出一种基于涌现模拟的装备Agent对抗体系建模方法，给出了基于涌现模拟的Agent对抗行为建模的方法与流程；文献[4]给出了一种基于OODA环的装备体系建模方法，这种方法结合了OODA环理论与“实体-行为-交互”(EBI)的建模思想，采用“实体-网络-体系”的流程构建装备体系；文献[5]通过阐述对抗条件下的防空体系结构演化性建模思想，提出空防体系对抗实质是一个防空体系结构“动态编成—对抗消耗—优化修复”动态循环演化过程, 并进行防空体系结构演化性概念建模；文献[6]基于复杂适应系统理论建立了电子信息装备体系模型、分层描述了体系并对每一层包含的Agent进行了界定。总的来看，虽然对于装备体系建模已经取得了一些成果，但是在实际应用中，由于体系建模难题的复杂性，组成装备体系各部分面临的领域、背景不同，还没有采用一个通用的框架对体系进行建模；特别对于电子信息装备体系的建模来说，由于电子信息装备体系具有自身的独特特点，目前对于电子信息装备体系复杂性如何建模、描述等问题，从方法论到具体的方法上仍然是研究的难点。

对象过程方法论(OPM)是Dori提出的通用系统建模方法^[7]，该方法集成面向对象和面向过程建模范式于同一个参考框架，基于统一视图建立系统结构模型和行为模型，将系统的静态结构和动态过程有机结合形成整体模型。同时，OPM支持模型推演，对系统行为进行校验和验证^[7]。本文针对传统系统级或体系级建模在方法论上的根本困难，基于对象过程方法论研究电子信息装备体系复杂性建模方法。

1.   电子信息装备体系建模分析

1.1   方法论分析

在以往机械化样式下，限于当时装备发展工作的实际需求，使得装备试验工作逐渐形成了一套以性能试验为主体的理论与实践体系，并为该时期的装备发展做出了较大的贡献。电子装备作为装备体系中的重要组成部分，同样也形成了以性能指标测试为主的试验理论方法，在性能试验方法中对装备建模传统的做法是^[8]: 对单个系统而言，根据系统的工作流程，建立整个系统各子系统的性能仿真模型，如侦察效率计算模型、毁伤概率计算模型等；对电子信息装备体系而言，通常依据典型的想定，把装备之间的信息流程和装备之间的联接方式人为固定下来，然后根据这一信息流程和工作过程计算对抗双方的毁伤情况，最后根据不同类别进行聚合。

从方法论角度来分析，传统的方法属于还原论的范畴，从本质上来看无论是装备级建摸，还是系统级或体系级建模，终究都是对仿真单元进行分解，直到分解到装备级的装备实体模型，然后通过装备级装备实体间的交互和对抗，得到各种侦察效率和毁伤概率等的仿真计算结果，各体系的对抗效能再由装备级仿真计算结果统计得出。这样，就从本质上，人为地把装备体系复杂的内部结构和内在网络化的关联方式简单化，从而使装备体系的整体性和涌现性无法呈现和反映^[9]。所以，对电子信息装备体系进行建模，需要在传统性能试验方法的基础上，重点突破传统试验方法在方法论上的局限和不足，着眼于体系、系统等复杂系统，从系统工程角度，厘清体系对抗中整体与部分、全局与局部的复杂关系，有效地构建不同层次、不同粒度的电子信息装备体系模型。

1.2   体系复杂性及其建模分析

在体系对抗试验下，很多装备单独工作时性能良好，但是成体系工作时作用发挥有限甚至性能下降很多，此现象体现了体系化装备在复杂电磁环境中的涌现性、非线性等复杂性特征^[8]。文献[10]分析了网络信息体系的组成、结构和功能复杂性，文献[11]从体系属于复杂系统、整体涌现性、体系的组分适应性和体系演化中的不确定性等方面阐述了体系的复杂性，这些复杂性给电子信息装备体系建模仿真带来了理论和方法的挑战:

(1) 相似性。电子信息装备体系是典型的非线性复杂系统，各子系统之间的交互和系统状态没有明确的因果关系和叠加性，结果不可重复。也就是说，体系模型与真实系统演化存在失真，如何体现建模仿真与现实的相似性？

(2) 整体和还原。对于简单系统可以按照分解的子系统分别研究的方法展开，但对体系时仍采用还原思想去解决，容易丧失整体性和涌现性，是抛弃还原思想还是兼顾整体论和还原论两者的结合？

(3) 复杂性建模。电子信息装备体系的适应性、涌现性、对抗性等复杂性能否建模仿真？如何描述对抗单元的自主适应行为？如何界定涌现的组分、类型、规模，涌现的层次及其关系，以及描述涌现行为？

对于体系复杂性建模来说，目前的概念建模方法也已广泛应用于装备的概念模型。有的适用于静态结构模型、有的只关注动态行为，即便多视图的建模方法从不同方面描述了系统结构和行为，也因为结构与行为相分离，而不利于从整体上构建概念模型，同时，在实践中也发现了多视图中存在元素重复定义以及大量的模型视图出现一致性错误问题^[12]。

对于这些挑战和问题，既涉及到系统论、还原论等方法论，还与具体的建模理论、系统工程、体系工程等有关，本文针对这些难题，探索基于对象过程方法论来解决。

2.   基于OPM的体系概念建模方法

2.1   OPM简介

OPM对象过程法主要通过对象、过程及其之间的链接来构建整个系统或者体系，以复杂电磁环境中的指控信息系统的示例来说明该方法，如图 1所示。

图  1  OPM建模元素及模型表示

Figure  1.  Simulation elements of OPM and the model expression

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在图 1中，方框内的指挥信息系统、目标、复杂电磁环境和决策方案等都属于对象，椭圆内的态势感知、信息传递和信息认知等则属于过程，指挥信息系统和态势感知、信息传递及信息认知之间的关系由链接连在一起。可以看出，在图 1中，对象描述了系统的物理和信息，而过程则表现了对象之间的变化，链接表现了对象和过程之间的转变关系。在图 1中，除了用图形表示对象和过程之间的关系，还采用了语义来描述他们之间的关系，如复杂电磁环境影响信息传递，其中采用图形表示的方法称为对象过程图(OPD)，这种表示方法具有不同的粒度层次，而采用语义表示的方法称为对象过程语言(OPL)，它是接近于自然语言的模型文本描述语言。

2.2   OPM用于复杂性建模的优点

通过上述对OPM建模方法的简述，可总结出运用OPM进行概念建模的优势。

(1) OPM方法可有效解决电子信息装备体系建模的相似性问题

以往任何一种建模方法都没有同时从对象和过程两个方面去描述系统或体系，不能很好解决装备对象和过程之间关系的建模。而OPM方法采用两个最基础的概念: 带状态的对象(存在的事物)和改变对象状态的过程(包括创建和销毁对象的极端情况)，可实现对组成体系的系统结构、功能和行为进行建模。也就是说，OPM的对象和过程通过结构性链接描述系统内各组成部分之间静态的、与时间无关的关系，通过过程性链接则连接组分系统对象(过程和状态)，进而描述系统或体系的动态行为，这样通过对象、过程及其之间的链接可描述任意复杂系统或体系，也就能够有效解决建模的相似性问题。

(2) OPM方法能够兼顾整体和还原

OPM方法继承了整体和部分之间的组成关系，所有的系统都可描述为一个可分解的整体，即OPM方法遵循了还原论。但是，OPM对过程的处理不仅仅停留在还原论上，在OPM方法中，过程可以包含多个部分，分别是整体过程的子过程，但是整个过程的输出不是各个子过程输出的简单相加得到的，它考虑了整体过程变化促使对象发生涌现变换的过程，所以OPM又遵循了整体论。

(3) OPM方法能够较好实现复杂性建模

OPM在统一的视图框架下通过对象和过程两个基本要素描述系统或体系，同时运用图形和文字两种方式对模型进行描述，可以清晰的表达系统的体系结构、层次分解、相互连接和功能涌现，便于对体系复杂性进行建模。

(4) OPM方法对于其他体系建模方法的优势

相对于其他体系建模方法, 如DoDAF、MoMAF等方法，OPM方法支持模型动态推演，对于电子信息装备体系的自主适应性、动态对抗性，通过推演可对模型进行初步校验和验证。其他方法, 如DoDAF大多描述静态的体系结构, 虽描述体系结构动态信息, 但不能验证其动态行为。此外，OPM支持与其他建模语言(如UML、SysML) 的自动转换，有利于模型重用和交流。OPM采用“放大”与“缩小”、“展开”与“折叠”等功能实现层次化建模，统一视图建模还易于维护模型元素的一致性。

2.3   装备体系对象模型

电子信息装备体系建模是对具体的电子信息装备及其对抗行动的描述，电子信息装备体系属于复杂系统，具有高维数、层次多、涉及的单元和环节众多、关联度大、不确定性和多样性普遍存在^[6]。这里主要从物理域描述装备体系结构，包括组成、结构、相互关系，属于电子信息装备实体的静态描述。

采用OPM建模，如图 2所示的形式来描述电子信息装备体系结构，模型中用到的建模元素主要是“对象”(如图中OPM用方框表示)，用到的结构性链接关系主要包括“聚合与部分”链接、“示例”链接、“一般与特殊”连接和“实例化”连接等。电子信息装备对象和结构性连接共同用来表示体系组成及各系统的属性、参数和指标等静态信息。

图  2  电子信息装备体系结构模型

Figure  2.  Simulation elements of OPM and the model expression

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其中，电子装备体系可以有多个系统组成，这里示例给出其中的一个组成系统，其具有的参数或指标包括: 信号样式、工作体制、抗干扰措施和组网策略等能表征系统相关能力的参数。电子装备体系可分为电子对抗体系、情报侦察体系和防空体系等实体。另外，电子装备体系还具有体系目标、体系能力、体系对抗运用等相关体系评估指标等。

2.4   对抗过程模型

OPM模型采用如图 3所示的形式来描述过程，模型中用到的建模元素主要是“过程”(如图中OPM用椭圆表示)。过程连接关系包括“单向关系”连接、“双向关系”连接和“激活”连接等。过程连接还可以表示对抗任务之间的触发关系、并行关系以及其他复杂的时序关系等。图 4表示的是突防飞机执行空中突防任务过程所包含的子过程: 飞机起飞后，预警雷达进行告警，体系中电子支援飞机进行电子支援，发现可疑目标后进行搜索，随后进行反辐射攻击等电子对抗，对抗结束后返航。

图  3  典型电子信息装备体系对抗过程模型

Figure  3.  Typical combat process model of electronic information equipment SoS

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2.5   体系整体概念模型

体系整体概念建模是将电子装备体系和对抗过程模型集成在一个统一的视图框架中进行描述，如图 4所示。

图  4  统一视图下的体系及其对抗过程模型

Figure  4.  Model of SoS and SoS counter process in the uniform view

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在图 4中，OPM将电子信息装备体系对抗过程中的主体对象如预警探测系统、预警探测系统对象参与的主要对抗过程、对抗活动影响的主要性能参数、该过程面临的复杂电磁环境及各个对抗装备之间的关联关系等集成在统一的视图中，在建模过程中把对象和过程统一考虑，这样综合了以对象为主和以过程为主这两方面的优点，能够在统一的概念模型中表示电子信息装备体系的静态结构和动态行为。

3.   防空反导体系对抗建模示例

以防空反导体系对抗为例进行示例说明，此案例背景: 日前，以色列预警雷达探测到一架疑似伊朗制“雷电”无人机正在接近以色列领空，以方紧急起飞一架“阿帕奇”直升机对无人机进行跟踪和拦截，并最终将其摧毁。随后，以色列空军第107中队出动三架F-16I战斗机，攻击了位于叙利亚T4空军基地的伊朗无人机控制设施，但遭到叙利亚“大规模防空火力”的拦射，一架F-16I被击落。

上述背景中，并未透漏叙方采用何种防空导弹击落以方F-16I战斗机，本文暂且以文献[8]中所示俄罗斯S-500防空系统为例对其进行建模，图 5给出了其基于OPM的模型。

图  5  S-500防空系统OPM模型

Figure  5.  OPM model of the air-defense system S-500

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在图 5中，S-500系统主要由指控系统和火力打击系统组成，除了图 5所示的S-500主要组成系统，一个典型的防空反导体系还包括通信及网络系统、电子对抗系统及综合保障系统等等。现代空中对抗早已不是战斗机之间的单打独斗，如果没有电子对抗等体系的协同配合，很难完成现代防空对抗任务，如图 6所示给出了案例背景中F-16I被击落的对抗过程模型。

图  6  防空体系对抗过程模型

Figure  6.  Counter process model of air-defense SoS

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如图 6所示的模型，以方此次防空对抗中，以方的装备体系中只有预警雷达探测系统、阿帕奇跟踪拦截装备和F-16I攻击系统。其中，3架F-16I直接进入叙境内，在整个对抗过程，既没有预警机和电子支援飞机支援，也没有制空飞机掩护。一般来说，在对抗过程中，远距离支援干扰飞机在对方防空系统的杀伤区域外，通过发射大功率压制信号，对对方雷达形成一定的压制区域，降低对方雷达的预警探测距离，掩护己方突防飞机完成中远距离突防。当突击飞机进入对方火力打击范围，随队干扰飞机为己方提供电子干扰支援，解决远距离支援干扰不能进入对方火力圈实施干扰的问题。通过分析图 6所示的OPM模型，尽管F-16I上面装有先进的电子对抗系统，但在对抗过程中突防飞机F-16I并没有得到远距离支援干扰飞机及随队支援干扰飞机等电子对抗装备的有效配合，就没有形成完备的电子对抗装备体系，也就不能发挥体系对抗的整体优势，结果很容易就被叙方防空系统击落。

4.   结论

针对电子信息装备体系复杂性建模的难题，从传统系统级或体系级建模方法论困难出发，从方法论和建模方法两个方面剖析了电子信息装备体系复杂性的建模需求，通过对OPM方法的简介分析了该方法在复杂性建模方面的优势。基于对象过程方法论研究电子信息装备体系建模的方法，该方法可以分别对电子信息装备体系静态结构和动态对抗过程进行建模，也可以将静态和动态模型统一起来进行整体概念建模。最后，以防空反导体系及对抗过程为例，示例了OPM进行体系概念模型开发方法，说明了方法的有效性，对电子信息装备体系建模和仿真具有重要的借鉴意义。