王輝

(中國(guó)人民解放軍92941部隊(duì)93分隊(duì)，遼寧葫蘆島 125001)

0 引言

武控系統(tǒng)是艦艇導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的指揮、控制、信息處理和交換中心，在艦艇導(dǎo)彈武器系統(tǒng)中起著重要的作用，通過(guò)它可將武器系統(tǒng)中其他各分系統(tǒng)連接成統(tǒng)一的整體，對(duì)敵方目標(biāo)實(shí)施快速、有效的打擊。

大型艦艇導(dǎo)彈武控系統(tǒng)軟件是以用例驅(qū)動(dòng)、以體系結(jié)構(gòu)為中心、以迭代和增量開(kāi)發(fā)為特點(diǎn)的軍用大型嵌入式強(qiáng)實(shí)時(shí)軟件，由其控制的導(dǎo)彈武器系統(tǒng)可有效防御反擊從四面同時(shí)襲擊的敵方大量導(dǎo)彈［1－2］。

1 組成和工作原理

武控系統(tǒng)包括武控計(jì)算機(jī)機(jī)柜、顯示控制設(shè)備、通信變換接口裝置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和訓(xùn)練測(cè)試輔助控制臺(tái)、目標(biāo)照射制導(dǎo)控制臺(tái)等。它是導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的指揮和控制中心，負(fù)責(zé)建立戰(zhàn)術(shù)原則，顯示并處理來(lái)自艦上各傳感器的信息，作出威脅判斷和火力分配，具體實(shí)施對(duì)武器系統(tǒng)的目標(biāo)分配、導(dǎo)彈發(fā)射和導(dǎo)彈制導(dǎo)協(xié)調(diào)，同時(shí)完成整個(gè)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的監(jiān)視、自動(dòng)故障檢測(cè)和維護(hù)等功能［3］。

艦艇導(dǎo)彈武控系統(tǒng)的工作是從多功能相控陣?yán)走_(dá)開(kāi)始的，雷達(dá)在全空域搜索跟蹤到目標(biāo)后，同時(shí)把目標(biāo)數(shù)據(jù)送給艦指揮決策分系統(tǒng)和武控系統(tǒng)，艦指揮決策分系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)作出敵我識(shí)別和威脅評(píng)估，分配攔截武器，并把結(jié)果數(shù)據(jù)送給武控系統(tǒng)。武控系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)數(shù)據(jù)執(zhí)行諸元計(jì)算、攔截可行判斷、火力分配發(fā)射控制。導(dǎo)彈飛行前段采用慣性導(dǎo)航方式，武控系統(tǒng)通過(guò)制導(dǎo)雷達(dá)給導(dǎo)彈發(fā)送修正指令，進(jìn)入末段后導(dǎo)彈導(dǎo)引頭頭自動(dòng)尋的，引炸后，武控系統(tǒng)立即作出殺傷效果判斷，決定是否需要再次攔截。在整個(gè)作戰(zhàn)過(guò)程中，武控系統(tǒng)測(cè)試輔助控制臺(tái)不斷監(jiān)視著全導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，立即采取措施。

2 功能性能需求

武控系統(tǒng)的功能性能需求特點(diǎn):

(1)反應(yīng)速度快

自雷達(dá)搜索捕獲目標(biāo)到發(fā)射導(dǎo)彈攔截目標(biāo)前，武控系統(tǒng)須完成對(duì)目標(biāo)的識(shí)別、威脅評(píng)定、火力分配、發(fā)射決策、發(fā)射控制等一系列程序，但系統(tǒng)攔截反應(yīng)時(shí)間只允許在十幾秒以內(nèi)。

(2)火力密集

需具備同時(shí)攔截十批以上目標(biāo)，同時(shí)制導(dǎo)20批以上導(dǎo)彈的能力?？梢钥刂撇煌涑痰姆揽諏?dǎo)彈武器攔截飛機(jī)和反艦導(dǎo)彈，組成遠(yuǎn)、中、近有相互重合覆蓋區(qū)域的防御圈。武控系統(tǒng)同時(shí)攔截目標(biāo)的能力受導(dǎo)彈導(dǎo)引頭工作方式、射控通道數(shù)量、導(dǎo)彈射速等諸多條件的影響。

(3)編隊(duì)防空能力強(qiáng)［4］

要求實(shí)施全天候、全空域作戰(zhàn)，能為整個(gè)艦艇編隊(duì)提供有效的區(qū)域防空。與數(shù)據(jù)鏈有鏈接，使武控系統(tǒng)信息來(lái)源擴(kuò)大。當(dāng)前和未來(lái)的編隊(duì)防空作戰(zhàn)需要先進(jìn)的公共戰(zhàn)斗管理/指揮、控制、通信、計(jì)算機(jī)和情報(bào)體系結(jié)構(gòu)。武控系統(tǒng)的編隊(duì)作戰(zhàn)能力包括單獨(dú)的綜合空中態(tài)勢(shì)圖像;進(jìn)行集中計(jì)劃制定和分散執(zhí)行的能力;快速作戰(zhàn)評(píng)估;采用“六度自由”的建模能力來(lái)優(yōu)化部隊(duì)的部署;以及提供制定分布式協(xié)作計(jì)劃的功能等。

(4)抗干擾性能好

可在嚴(yán)重的電子干擾(包括無(wú)源干擾和有源干擾)、海雜波和惡劣環(huán)境下正常工作。

(5)適應(yīng)垂直發(fā)射和多彈共架發(fā)射［5－6］

功能類(lèi)似與美國(guó)MK-41和MK-57的多彈共架垂直發(fā)射系統(tǒng)，是海軍重點(diǎn)發(fā)展并形成戰(zhàn)斗力的艦面武器標(biāo)準(zhǔn)裝備，其優(yōu)勢(shì)主要在于以下幾個(gè)方面:開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，易于新導(dǎo)彈上艦;具有發(fā)射大、重型導(dǎo)彈能力;大量采用電子模塊等。其作戰(zhàn)效能的充分發(fā)揮依賴武控系統(tǒng)的相關(guān)適應(yīng)性設(shè)計(jì)。

(6)通用武控［7－8］

通用武控也可稱為水面艦艇多用途導(dǎo)彈武控，是指可選配不同跟蹤制導(dǎo)傳感器，具有對(duì)多種類(lèi)型、不同型號(hào)艦艇導(dǎo)彈控制能力的武控系統(tǒng)。如既可以控制遠(yuǎn)程區(qū)域防空導(dǎo)彈，又可控制近程點(diǎn)對(duì)點(diǎn)導(dǎo)彈，甚至可以控制不同口徑艦炮?，F(xiàn)役水面艦艇上裝配的武控系統(tǒng)，只能控制單一型號(hào)的艦艇武器，而且往往在不同艦型上裝配同一型號(hào)導(dǎo)彈的武控系統(tǒng)的技術(shù)狀態(tài)也不相同，造成艦艇武控系統(tǒng)型號(hào)繁多，標(biāo)準(zhǔn)化程度低，技術(shù)水平參差不齊，給部隊(duì)的使用和維修保障帶來(lái)困難。研制裝備通用武控系統(tǒng)不僅提高標(biāo)準(zhǔn)化程度，同時(shí)能夠減少科研單位技術(shù)人員的低水平重復(fù)勞動(dòng)，利于集中主要技術(shù)力量開(kāi)發(fā)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)武器裝備的系列化發(fā)展。

實(shí)現(xiàn)通用武控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)有:系統(tǒng)分布式體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、應(yīng)用強(qiáng)實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、軟件標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、不同型號(hào)武器接口標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，以及標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)界面設(shè)計(jì)、積極采用商用流行產(chǎn)品(及其標(biāo)準(zhǔn)等。

(7)系統(tǒng)可靠性高

能在無(wú)后勤保障的情況下在海上連續(xù)可靠地長(zhǎng)時(shí)間工作。

3 武控系統(tǒng)軟件分析

3．1 武控系統(tǒng)軟件特點(diǎn)

實(shí)時(shí)性是武控軟件的關(guān)鍵特征之一，作為導(dǎo)彈武器的嵌入式指揮控制軟件，必須滿足系統(tǒng)對(duì)軟件處理的定時(shí)需求。實(shí)時(shí)性可由重復(fù)率和響應(yīng)時(shí)間2項(xiàng)指標(biāo)來(lái)描述。重復(fù)率指對(duì)特定功能所要求的重復(fù)計(jì)算率，武控系統(tǒng)軟件的重復(fù)率主要受雷達(dá)數(shù)據(jù)的采樣周期影響，其基本周期為0.05～1 s。除了周期性的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)外，武控系統(tǒng)還必須對(duì)各種異步事件做出響應(yīng)，如系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)彈離架事件的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)該在微秒級(jí)［9］。

武控軟件具有大規(guī)模復(fù)雜性的特點(diǎn)，系統(tǒng)可能要同時(shí)處理的目標(biāo)通道數(shù)達(dá)200個(gè)以上，導(dǎo)彈通道數(shù)30個(gè)以上，外部數(shù)據(jù)通道20路以上。內(nèi)部高速數(shù)據(jù)總線節(jié)點(diǎn)數(shù)超過(guò)10個(gè)，預(yù)計(jì)的軟件規(guī)模達(dá)數(shù)十萬(wàn)源代碼行。武控系統(tǒng)工作方式、工作時(shí)序和系統(tǒng)邏輯十分復(fù)雜，它不僅取決于系統(tǒng)的輸入輸出要求(如數(shù)據(jù)的性質(zhì)、數(shù)量、時(shí)間特性、精度特征、時(shí)間頻度、響應(yīng)時(shí)間、事件驅(qū)動(dòng)的對(duì)象及時(shí)序等)，同時(shí)與硬件的配置環(huán)境和時(shí)序有密切的關(guān)系，系統(tǒng)協(xié)調(diào)關(guān)系復(fù)雜難度大。能夠攔截超聲速掠海飛行導(dǎo)彈的美國(guó)宙斯盾武器系統(tǒng)程序有500萬(wàn)行計(jì)算機(jī)編碼，比航天飛機(jī)或B-2超隱形轟炸機(jī)的計(jì)算機(jī)程序還多，充分反映了防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)軟件的復(fù)雜程度。

武控軟件具有功能分布式的特點(diǎn)，武控系統(tǒng)軟件的運(yùn)行平臺(tái)，是由多臺(tái)高性能計(jì)算機(jī)互聯(lián)構(gòu)成的分布式處理系統(tǒng)，因此武控系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)首先應(yīng)解決實(shí)時(shí)分布式系統(tǒng)軟件平臺(tái)或框架軟件的開(kāi)發(fā)，從而為武控系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)提供必要的支持環(huán)境［10］。

由于武控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用網(wǎng)絡(luò)和分布式處理方式，所以武控系統(tǒng)軟件具有面向網(wǎng)絡(luò)通信的特點(diǎn)。

武控系統(tǒng)軟件具有需求易變更性，在武控系統(tǒng)軟件全壽命周期里，軟件人員可以分析武控系統(tǒng)現(xiàn)有的需求，預(yù)測(cè)可能發(fā)生的變化，但是無(wú)法控制軟件需求的變更。復(fù)雜軟件需求的變更是絕對(duì)的，武控系統(tǒng)軟件人員可以采用設(shè)計(jì)模式為指導(dǎo)，來(lái)有效地應(yīng)對(duì)需求的變更。設(shè)計(jì)模式是一套軟件開(kāi)發(fā)理論，由Erich Gamma，RichardHelm，RalphJohnson 等人總結(jié)出的一套面向重復(fù)的經(jīng)驗(yàn)，它可以提高代碼的可重用性，增強(qiáng)系統(tǒng)的可維護(hù)性，以及解決一系列的復(fù)雜問(wèn)題

武控系統(tǒng)軟件是任務(wù)關(guān)鍵系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)可靠性有很高的要求，必須通過(guò)嚴(yán)格的可靠性測(cè)試來(lái)保障武控系統(tǒng)軟件的可靠性。

3．2 開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)

采用開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)是艦艇武控系統(tǒng)軟件的發(fā)展方向。開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)是一個(gè)綜合的策略，提供了一個(gè)適宜于開(kāi)發(fā)聯(lián)合互操作系統(tǒng)的框架，框架采用開(kāi)放系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和體系結(jié)構(gòu)。開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)是首先在商業(yè)領(lǐng)域開(kāi)展的基于開(kāi)放系統(tǒng)的實(shí)踐，開(kāi)放系統(tǒng)體現(xiàn)了降低生命周期成本，減少研制時(shí)間，提高互操作性和協(xié)作能力，節(jié)省人才培養(yǎng)開(kāi)銷(xiāo)等價(jià)值。開(kāi)放系統(tǒng)提供規(guī)范的接口、服務(wù)和數(shù)據(jù)格式，從而使武器系統(tǒng)軟件可以正確地完成移植、互操作等功能。開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的主要目標(biāo)是促進(jìn)應(yīng)用程序在多種類(lèi)和多版本商用產(chǎn)品間實(shí)現(xiàn)可移植性開(kāi)發(fā)，促進(jìn)可移植性主要通過(guò)選擇基于廣泛接受的商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算產(chǎn)品及使用中間件軟件［11］。

開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的核心策略是開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)計(jì)算環(huán)境。開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)計(jì)算環(huán)境可以為武控系統(tǒng)軟件提供一個(gè)分布的實(shí)時(shí)計(jì)算環(huán)境，武控系統(tǒng)軟件以一組松耦合的軟件構(gòu)件來(lái)實(shí)現(xiàn)。開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)計(jì)算環(huán)境提供公共的計(jì)算環(huán)境，包括應(yīng)用加載、資源管理、應(yīng)用間的通信、容錯(cuò)、支持實(shí)時(shí)應(yīng)用的服務(wù)等。開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)計(jì)算環(huán)境的基礎(chǔ)資源包括一組計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備、操控軟件、通信接口軟件等，武控系統(tǒng)應(yīng)用軟件裝載到這個(gè)環(huán)境中執(zhí)行［12］。

3．3 軟件中間件

中間件軟件和服務(wù)是開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的技術(shù)重點(diǎn)，體現(xiàn)了開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)計(jì)算環(huán)境的核心競(jìng)爭(zhēng)能力。軟件中間件將武控系統(tǒng)應(yīng)用層軟件構(gòu)件和底層的異構(gòu)計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)件隔離，促進(jìn)武控系統(tǒng)應(yīng)用隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展平滑演化。武控系統(tǒng)軟件的核心中間件包括適配中間件、分布式中間件和框架中間件3種類(lèi)型。

適配中間件向上發(fā)布一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的接口，屏蔽底層實(shí)現(xiàn)的差別。適配中間件可提供一種使得非標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)的方法，使應(yīng)用層構(gòu)件的可移植性提高。

分布式中間件在設(shè)計(jì)武控系統(tǒng)這樣大的、復(fù)雜實(shí)時(shí)系統(tǒng)中具有重要價(jià)值，目前廣泛使用的采用面向?qū)ο蠓妒降姆植际街虚g件有分布式對(duì)象計(jì)算、數(shù)據(jù)訂閱分發(fā)、分組－排序(group-ordered)通信、數(shù)據(jù)并發(fā)編組4類(lèi)。分布式對(duì)象計(jì)算協(xié)議允許采用面向?qū)ο蟮姆椒ㄕ{(diào)用交換數(shù)據(jù)，目前廣泛使用的有CORBA(common object request broker architecture)，DCOM(distribute component object model)等分布式對(duì)象協(xié)議。遵循OMG(object management group)的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)(data distribute service，DDS)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)訂閱分發(fā)中間件，支持從匿名服務(wù)器到匿名客戶大容量、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分布。分組排序通信中間件對(duì)于構(gòu)建通過(guò)應(yīng)用復(fù)制支撐無(wú)縫容錯(cuò)的系統(tǒng)非常重要。數(shù)據(jù)分發(fā)分組中間件主要用于信號(hào)處理等并發(fā)應(yīng)用［12］。

框架中間件是側(cè)重于重用的軟件實(shí)現(xiàn)，框架中間件是可重用、可裁剪以代碼形式提供的環(huán)境，適用于武控系統(tǒng)所有或部分代碼的設(shè)計(jì)，如人機(jī)接口框架中間件為武控系統(tǒng)各戰(zhàn)位提供統(tǒng)一的人機(jī)接口界面設(shè)計(jì)和編碼。目前商用的框架中間件對(duì)實(shí)時(shí)和使命關(guān)鍵應(yīng)用的支持有限，武控系統(tǒng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)需要針對(duì)武控系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)需求和配置開(kāi)發(fā)專(zhuān)用框架中間件。

4 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，武控系統(tǒng)在適應(yīng)新的戰(zhàn)爭(zhēng)形勢(shì)的需求牽引下，出現(xiàn)了許多新理論、新技術(shù)。因此跟蹤世界軍事技術(shù)的發(fā)展潮流，總結(jié)我國(guó)艦艇武控系統(tǒng)的實(shí)踐，研討我國(guó)艦艇武控系統(tǒng)在新的歷史時(shí)期的發(fā)展思路，有利于促進(jìn)我國(guó)海軍武器裝備研制水平的提高。本文提出的基于開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的艦載武控系統(tǒng)框架，是搭建艦載武控系統(tǒng)原型系統(tǒng)的一種可行方案。雖然開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)在民用領(lǐng)域的運(yùn)用已經(jīng)積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，但在軍事領(lǐng)域的研究還在起步階段，要將理論和實(shí)踐相結(jié)合，還需要進(jìn)行更深入的研究與探索。

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