俄羅斯新一代艦載指控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想

王永生，李兵

（中航工業(yè)洛陽(yáng)電光設(shè)備研究所，河南洛陽(yáng)471009）

俄羅斯新一代艦載指控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想

王永生，李兵

（中航工業(yè)洛陽(yáng)電光設(shè)備研究所，河南洛陽(yáng)471009）

介紹了俄羅斯艦載指控系統(tǒng)的發(fā)展歷史，分析研究了俄羅斯新一代指控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。以俄羅斯某新型指控系統(tǒng)為案例，介紹了其硬件和軟件功能設(shè)計(jì)思想。

指控系統(tǒng)，分布式系統(tǒng)，C4ISR

0 引言

現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)的戰(zhàn)場(chǎng)范圍擴(kuò)大、軍事行動(dòng)速度加快、情況變化急劇，只有自動(dòng)化的指揮控制系統(tǒng)才可以保證高效率的作戰(zhàn)指揮，為指揮官提供可靠的情報(bào)，對(duì)作戰(zhàn)方案進(jìn)行模擬和分析，并根據(jù)作戰(zhàn)命令提供各種兵力、兵器的指揮控制和引導(dǎo)數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)軍事力量的規(guī)劃、領(lǐng)導(dǎo)和控制。指控系統(tǒng)是現(xiàn)代作戰(zhàn)體系的“大腦”和“神經(jīng)中樞”，是分散的作戰(zhàn)系統(tǒng)的“粘合劑”，是作戰(zhàn)效能的“倍增器”［1］。指控系統(tǒng)的發(fā)展可以有效解決信息化戰(zhàn)場(chǎng)中不同體系結(jié)構(gòu)的各系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)的問(wèn)題，使得各系統(tǒng)配合更加密切，促使整體戰(zhàn)斗力成倍增加［2-3］。

艦載指控系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為核心的進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)處理并提供輔助決策的電子系統(tǒng)，是從艦載火控系統(tǒng)逐步發(fā)展起來(lái)的。它經(jīng)歷了控制（C1）--指揮+控制（C2）--指揮+控制+通信（C3）--指揮+控制+通信+情報(bào)（C3I）幾個(gè)發(fā)展階段。它用于收集各種戰(zhàn)術(shù)情報(bào)（數(shù)據(jù)、圖像、信息），并將其進(jìn)行數(shù)據(jù)融合和處理、變換、傳輸，用于輔助指揮作戰(zhàn)和武器控制，是戰(zhàn)場(chǎng)信息戰(zhàn)的基礎(chǔ)，是海上C4ISR（Command指揮、Control控制、Communication通信、Computer計(jì)算機(jī)、Intelligence情報(bào)、Surveillance and Reconnaissance偵察和監(jiān)視）系統(tǒng)的核心部分［4-5］。它的出現(xiàn)和發(fā)展，既適應(yīng)了艦載武器系統(tǒng)發(fā)展的需要，也使海軍艦艇的指揮方式逐步發(fā)生了變化。

1 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想

俄羅斯艦艇指控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了獨(dú)立式、集中式和分布式系統(tǒng)3個(gè)階段。在20世紀(jì)60年代，以機(jī)電模擬式指揮儀設(shè)備為主，它是一種包含信息部件、控制部件和執(zhí)行部件的封閉獨(dú)立式體系結(jié)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)向指揮員提供情報(bào)信息以及實(shí)現(xiàn)火控計(jì)算和武器控制的自動(dòng)化，俄羅斯海軍在集中式艦艇武器控制方面研制了作戰(zhàn)情報(bào)指揮控制系統(tǒng)（БИУС），形成了所謂“操作員（指揮官）→БИУС→武器系統(tǒng)及設(shè)備”三級(jí)艦艇武器控制體系結(jié)構(gòu)［6-7］。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展及C4ISR思想的影響，俄羅斯從上世紀(jì)90年代后期開(kāi)始陸續(xù)研制新一代艦載指控系統(tǒng)，它在指控系統(tǒng)中大量引入計(jì)算機(jī)及軟件技術(shù)，使得指控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想徹底改變，從而形成了新一代的艦載指控系統(tǒng)。代表產(chǎn)品是“需求-М”БИУС系統(tǒng)以及“西格瑪-Э”БИУС系統(tǒng)，目前已裝配于11356型導(dǎo)彈護(hù)衛(wèi)艦及20380輕型護(hù)衛(wèi)艦等水面艦艇上。對(duì)比先前的指控系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)思想從“煙囪式”趨向扁平式，體系結(jié)構(gòu)從集中式變?yōu)榉植际?，由以機(jī)電硬件為主轉(zhuǎn)變?yōu)榇罅抗δ芡ㄟ^(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，除了作戰(zhàn)能力和響應(yīng)速度有所提高外，最重要的是提高了系統(tǒng)的抗毀性和生存能力［8］。俄羅斯新一代艦載指控系統(tǒng)典型的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 俄羅斯新一代艦載指控系統(tǒng)典型體系結(jié)構(gòu)

在圖1中，傳感器代表艦船或編隊(duì)的各功能系統(tǒng)，如對(duì)空、對(duì)海雷達(dá)、水文氣象、導(dǎo)航等系統(tǒng)，它們與武器系統(tǒng)一樣通過(guò)特定的協(xié)議將原始信息送給指控系統(tǒng)的信息處理服務(wù)器。信息處理服務(wù)器和顯控臺(tái)之間通過(guò)雙冗余高速總線相連接。信息處理服務(wù)器采用雙冗余設(shè)計(jì)，各顯控臺(tái)外觀一致，可通過(guò)軟件設(shè)置實(shí)現(xiàn)不同的功能。在這樣的體系結(jié)構(gòu)中，軟件的作用大大增強(qiáng)，系統(tǒng)硬件只負(fù)責(zé)信息的預(yù)處理或與總線匹配、傳送，信息處理服務(wù)器集群中的軟件負(fù)責(zé)信息融合、處理、解算、存儲(chǔ)等功能，顯控臺(tái)軟件負(fù)責(zé)處理后信息的綜合顯示及人機(jī)交互功能。軟件由高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)，運(yùn)行于現(xiàn)代操作系統(tǒng)之上，易于更改和維護(hù)。

2 硬件功能設(shè)計(jì)思想

俄羅斯某新型艦載指控的主要功能是：

①手工輸入、處理、存儲(chǔ)沿各通信通道接收的來(lái)自外部系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)信息；②艦用兵器狀態(tài)，彈藥現(xiàn)有量和工況信息的自動(dòng)接收和存儲(chǔ)；③根據(jù)導(dǎo)航雷達(dá)的主要雷達(dá)標(biāo)志跟蹤和確定水面目標(biāo)；④識(shí)別艦用探測(cè)設(shè)備有關(guān)空中和水面目標(biāo)的二次信息；⑤顯示3種不同組合的戰(zhàn)術(shù)情況信息：原始雷達(dá)信息、二次信息和繪圖信息；⑥控制所顯示信息表示法的組成和方式；⑦顯示射擊綜合系統(tǒng)有關(guān)目標(biāo)指示和武器使用結(jié)果的報(bào)告；⑧顯示導(dǎo)航雷達(dá)、對(duì)空及對(duì)海雷達(dá)的原始雷達(dá)信息；⑨對(duì)目標(biāo)進(jìn)行歸類(lèi)分組；⑩顯示目標(biāo)和本艦的測(cè)量記錄數(shù)據(jù)；?顯示來(lái)自艦載攝像系統(tǒng)的觀察和目指視頻信息；?完成指揮艦載直升機(jī)的任務(wù)；?在戰(zhàn)術(shù)群協(xié)同航行的條件下綜合系統(tǒng)保證完成艦艇的戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)控制和保證避開(kāi)相近目標(biāo)的任務(wù)；?模擬綜合射擊系統(tǒng)以及其根據(jù)發(fā)送的目標(biāo)指示操作訓(xùn)練艦員；?實(shí)現(xiàn)對(duì)空、對(duì)海雷達(dá)的目指信息與艦載火控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；?同時(shí)處理的目標(biāo)最大數(shù)量在256以?xún)?nèi)［9］。

其硬件布局如圖2所示。

圖2 俄羅斯某新型艦載指控系統(tǒng)硬件布局

從圖2可以看出，該指控系統(tǒng)有4臺(tái)信息處理服務(wù)器，除了數(shù)據(jù)庫(kù)記錄儀器外，其余3臺(tái)直接與艦船外部系統(tǒng)相連接。來(lái)自外部系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)通過(guò)這3臺(tái)信息處理服務(wù)器的融合和計(jì)算后，通過(guò)高速以太網(wǎng)（圖2中的粗實(shí)線）送給各顯控臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)記錄儀器。各顯控臺(tái)位于艦船的不同艙室（如駕駛室、中心指揮所、直升機(jī)指揮所等），根據(jù)使用者角色的不同呈現(xiàn)不同的操作界面。

該指控系統(tǒng)共有8臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)顯控臺(tái)，其硬件配置完全一致。人機(jī)交互界面包括2臺(tái)分辨率為1 280× 1 024的彩色顯示器、1臺(tái)分辨率為640×480的彩色觸摸屏以及鍵盤(pán)、摸球等。其主要功能是接收顯示雷達(dá)、二次信息、航海圖信息；接收艦載攝像系統(tǒng)提供的視頻信息；顯示以圖像和符號(hào)形式表示的特種信息；由操作員用多功能控制臺(tái)的信息輸入裝置輸入的符號(hào)信息和圖像信息以及控制指令等。

雷達(dá)信息處理儀器的功能是：向各顯控臺(tái)提供艦載各雷達(dá)（對(duì)空、對(duì)海、導(dǎo)航燈）提供處理后的數(shù)字式雷達(dá)源信息，以便能在數(shù)個(gè)顯控臺(tái)上，用不同的距離比例尺同時(shí)顯示每一個(gè)雷達(dá)的數(shù)字式雷達(dá)源信息；按導(dǎo)航雷達(dá)發(fā)來(lái)的雷達(dá)源信號(hào)數(shù)據(jù)自動(dòng)截獲和自動(dòng)跟蹤水面目標(biāo)，并計(jì)算出目標(biāo)的即時(shí)位置和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，以便將目標(biāo)換算成以自動(dòng)方式和半自動(dòng)方式進(jìn)行自動(dòng)跟蹤。

數(shù)據(jù)庫(kù)記錄儀器的主要功能是：復(fù)制和記錄各服務(wù)器的工作狀態(tài)；記錄雷達(dá)、海圖信息服務(wù)器的工作狀態(tài)；控制雷達(dá)和二次信息制成文件的再現(xiàn)與存儲(chǔ)；存儲(chǔ)系統(tǒng)功能軟件和檢測(cè)軟件；在系統(tǒng)其他計(jì)算機(jī)軟件啟動(dòng)時(shí)提供必要啟動(dòng)和同步信息；將記錄信息以鏡像的方式存儲(chǔ)在儀器內(nèi)部的RAID模塊中；保證主用和備用以太網(wǎng)協(xié)同工作。

兩臺(tái)數(shù)據(jù)計(jì)算處理儀器的主要功能是：實(shí)現(xiàn)艦上裝備傳來(lái)的各種形式信息與指控系統(tǒng)需要的信息形式進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換；多來(lái)源信息的融合、計(jì)算；指控系統(tǒng)主要算題的解算和處理。這兩臺(tái)數(shù)據(jù)計(jì)算處理儀器分別于艦上不同的裝備相連接，硬件配置不完全相同。

為了實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)和診斷，該指控系統(tǒng)特別配置了一臺(tái)系統(tǒng)操作員顯控臺(tái)。指控系統(tǒng)各儀器除了通過(guò)高速以太網(wǎng)傳送應(yīng)用程序數(shù)據(jù)，還通過(guò)診斷網(wǎng)（圖2中的粗虛線）傳遞狀態(tài)信息數(shù)據(jù)。各顯控臺(tái)的狀態(tài)信息數(shù)據(jù)匯總到系統(tǒng)操作員顯控臺(tái)上，操作員可通過(guò)該顯控臺(tái)對(duì)各儀器內(nèi)部各部件的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并進(jìn)行遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)機(jī)以便進(jìn)行故障隔離和維護(hù)。

3 軟件功能設(shè)計(jì)思想

該指控系統(tǒng)軟件存儲(chǔ)于各儀器及顯控臺(tái)的計(jì)算機(jī)內(nèi)。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，接收來(lái)自數(shù)據(jù)庫(kù)記錄儀器發(fā)送的啟動(dòng)同步及檢測(cè)數(shù)據(jù)，以確保軟件不被更改。系統(tǒng)軟件通過(guò)識(shí)別各儀器內(nèi)部的物理地址確定自身功能。該指控系統(tǒng)軟件采用C/C++語(yǔ)言編寫(xiě)，運(yùn)行于Linux操作系統(tǒng)之下。

該指控系統(tǒng)軟件包括一般軟件和專(zhuān)門(mén)軟件兩部分。其中，一般軟件包括Linux操作系統(tǒng)、系統(tǒng)控制程序、系統(tǒng)交換程序、系統(tǒng)對(duì)話程序以及打印程序等。系統(tǒng)控制程序主要完成系統(tǒng)的加載和狀態(tài)檢測(cè)、系統(tǒng)各算題的調(diào)配以及實(shí)現(xiàn)專(zhuān)門(mén)程序與操作系統(tǒng)、對(duì)話程序等的接口互聯(lián)。系統(tǒng)交換程序主要完成系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)交換的調(diào)配以及外部數(shù)據(jù)接收和轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)對(duì)話程序主要完成人機(jī)交互相關(guān)功能。打印程序完成信息在數(shù)據(jù)庫(kù)記錄儀器內(nèi)的存儲(chǔ)和調(diào)用功能，以及按照操作員的要求將算題的解算結(jié)果在屏幕和打印紙上顯示和打印。

專(zhuān)門(mén)軟件包括以下程序系統(tǒng)：與外部系統(tǒng)交互系統(tǒng)、指揮總系統(tǒng)、預(yù)防碰撞系統(tǒng)、戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)系統(tǒng)、直升機(jī)指揮系統(tǒng)、艦員訓(xùn)練系統(tǒng)和故障檢測(cè)系統(tǒng)。指揮總系統(tǒng)按照不同的操作者（艦長(zhǎng)、副艦長(zhǎng)、無(wú)線電技術(shù)部門(mén)長(zhǎng)、直升機(jī)指揮員）在各自所在的顯控臺(tái)實(shí)現(xiàn)不同的功能。

與外部系統(tǒng)交互系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下功能：①將外部系統(tǒng)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成指控系統(tǒng)所使用的格式；②根據(jù)操作員輸入以及外部系統(tǒng)傳送來(lái)的數(shù)據(jù)形成算題；③對(duì)形成的算題進(jìn)行解算。

預(yù)防碰撞系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下功能的自動(dòng)化：①檢測(cè)近海水面狀況，處理所有目標(biāo)短時(shí)間接近參數(shù)的近海區(qū)域的狀況，雙方避讓?zhuān)?jì)算艦艇航向目標(biāo)交叉前的距離和時(shí)間；②危險(xiǎn)級(jí)別的目標(biāo)選判；③處理近海區(qū)域所有目標(biāo)同時(shí)避讓的安全機(jī)動(dòng)參數(shù)；④借助于相對(duì)航向的危險(xiǎn)區(qū)域避讓安全機(jī)動(dòng)處理參數(shù)的圖表說(shuō)明；⑤在時(shí)間加速的范圍內(nèi)受避讓機(jī)動(dòng)的影響。

戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下功能：①為占領(lǐng)相對(duì)指定目標(biāo)的位置確定艦艇以及艦艇編隊(duì)的機(jī)動(dòng)參數(shù)；②以出海到指定陣位艦艇的航線檢測(cè)航行；③在短期或者短距離內(nèi)接近（打擊）制定距離的機(jī)動(dòng)目標(biāo)；④在固定機(jī)動(dòng)目標(biāo)方位（距離）情況下機(jī)動(dòng)；⑤以艦艇位置序列或者編隊(duì)在偏離陣位時(shí)占領(lǐng)陣位的機(jī)動(dòng)參數(shù)的處理來(lái)監(jiān)測(cè)和保持。

直升機(jī)指揮系統(tǒng)用于完成如下算題的計(jì)算：①在搜索和消滅潛艇以及用于返回基地飛機(jī)場(chǎng)時(shí)計(jì)算飛行路線；②按照目標(biāo)顯示和設(shè)計(jì)的航線控制直升機(jī)到指定位置；③檢測(cè)制定路線飛機(jī)的飛行。

艦員訓(xùn)練系統(tǒng)由系統(tǒng)操作員控制，可實(shí)現(xiàn)如下功能：①形成訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫(kù)；②控制艦員的訓(xùn)練任務(wù)；③模擬目標(biāo)運(yùn)動(dòng)；④模擬搜索目標(biāo)設(shè)備；⑤模擬武器動(dòng)作。

故障診斷程序可完成如下功能：①控制系統(tǒng)工況和檢測(cè)各部件工作能力；②搜集系統(tǒng)健康狀態(tài)數(shù)據(jù)；③實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)各儀器的遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)機(jī)控制。

4 總結(jié)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，以信息化為核心的新軍事變革使得現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)正在發(fā)生著深刻的變化，未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)將從陸、海、空3個(gè)維度發(fā)展為陸、海、空、天、磁等多個(gè)維度。因此，先進(jìn)的艦載指控系統(tǒng)是新一代艦艇所不可缺少的。

從以上介紹可以看出，俄羅斯艦載指控系統(tǒng)已經(jīng)全面邁入了信息化時(shí)代，大量采用先進(jìn)信息技術(shù)完成相關(guān)功能。俄羅斯指控系統(tǒng)在設(shè)計(jì)思想上以人（即操作員）為核心，無(wú)論是硬件還是軟件均圍繞著擔(dān)負(fù)不同人物的操作員展開(kāi)設(shè)計(jì)。目前，新一代指控系統(tǒng)已經(jīng)在俄羅斯最新艦艇上安裝使用。研究俄羅斯艦載指控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，對(duì)我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域的研究和開(kāi)發(fā)具有重要意義。

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Designing Idea of Russian Next Generation Shipboard Command and Control System

WANG Yong-sheng，LI Bing
（Luoyang Institute of Electro-Optical Equipment Institute，Luoyang 471009，China）

This paper introduces developing history of Russian shipboard command and control system，analyzes and studies Russian shipboard next generation command and control system.As a case of certain Russian new command and control system，the designing idea of hardware and software functions are provided.

command and control，distributed system，C4ISR

U674.7+03.5

：A

1002-0640（2015）01-0005-03

2013-12-05

2014-02-27

王永生（1963-），男，山東菏澤人，研究員。研究方向：電子信息技術(shù)、光電技術(shù)、測(cè)控技術(shù)。