楊 柯 李 涌 王 凱

（海軍駐鄭州地區(qū)軍事代表室 鄭州 450015）

1 艦炮控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀

艦炮控制系統(tǒng)也就是傳統(tǒng)意義上的艦炮隨動控制系統(tǒng)，其主要功能是接受艦炮指揮儀提供的射擊諸元，通過動力裝置驅(qū)動艦炮完成目標(biāo)跟蹤、射擊等運動［9］。隨著當(dāng)今現(xiàn)代控制理論的飛速發(fā)展，艦炮隨動系統(tǒng)諸如跟蹤誤差、跟蹤速度和加速度、超調(diào)量等各項品質(zhì)指標(biāo)大幅提高［8］，艦炮隨動控制技術(shù)也已進入一個相對成熟和穩(wěn)定的階段。新中國成立以來，我國研仿、自行研制了大、中、小口徑的多種型號艦炮，形成了口徑齊全的艦炮系列，艦炮隨動控制技術(shù)方面在最近十幾年時間里，也取得了很大進展，在某些技術(shù)方面達到了國際先進水平。

1.1 傳統(tǒng)艦炮武器控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

傳統(tǒng)艦炮武器控制系統(tǒng)，按物理特性可分為電氣隨動系統(tǒng)和電液隨動系統(tǒng)。這里主要以電氣隨動控制系統(tǒng)為例。電氣隨動系統(tǒng)主要有發(fā)電機－電動機隨動系統(tǒng)、電機擴大機隨動系統(tǒng)、可控硅隨動系統(tǒng)等［6］。隨著近幾年計算機技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，數(shù)字交流調(diào)速隨動控制系統(tǒng)也開始在艦炮控制上得到應(yīng)用。但不論如何改變，傳統(tǒng)艦炮武器控制系統(tǒng)都是由測量部分、放大部分、執(zhí)行部分組成［10］。

1.2 傳統(tǒng)艦炮武器控制系統(tǒng)不足

目前傳統(tǒng)艦炮控制系統(tǒng)的在技術(shù)上采用現(xiàn)代控制理論［3］，并且引入計算機控制技術(shù)。提高了對艦炮控制信號的處理能力，改善了人機交互性能，延伸了艦炮控制系統(tǒng)的控制范圍。雖然傳統(tǒng)艦炮武器控制系統(tǒng)具備了上述主要技術(shù)特點，滿足了現(xiàn)代艦炮武器控制系統(tǒng)的某些特征，但其本質(zhì)還屬于傳統(tǒng)艦炮武器控制系統(tǒng)的范疇。

傳統(tǒng)的艦炮控制系統(tǒng)設(shè)計側(cè)重于隨動系統(tǒng)，關(guān)注于對艦炮運動的控制，受到控制理論和技術(shù)的發(fā)展瓶頸限制，技術(shù)創(chuàng)新緩慢。所以艦炮武器控制系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)拓寬視野，豐富控制系統(tǒng)的功能，改進控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，向現(xiàn)代艦炮武器控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。

2 現(xiàn)代艦炮控制系統(tǒng)基本特征

未來海戰(zhàn)是信息化、網(wǎng)絡(luò)化戰(zhàn)爭。作戰(zhàn)艦艇對外作為作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的一個信息節(jié)點參與戰(zhàn)斗，而作戰(zhàn)艦艇內(nèi)部，又由武器系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、搜索偵察系統(tǒng)等構(gòu)成了一個艦艇內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。艦炮武器系統(tǒng)作為重要武器裝備，在未來海戰(zhàn)中對其可靠性、網(wǎng)絡(luò)化、信息化程度提出了更高的要求［1］。這也要求現(xiàn)代艦炮控制系統(tǒng)應(yīng)是在傳統(tǒng)艦炮控制系統(tǒng)功能基礎(chǔ)上，采用標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化設(shè)計，具備綜合化武器控制能力的控制系統(tǒng)。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)化

標(biāo)準(zhǔn)化是現(xiàn)代信息化社會的主要標(biāo)志，又是現(xiàn)代化軍事裝備發(fā)展的必然要求。其目的就是提高生產(chǎn)效率、降低費用，并且為技術(shù)的改進、發(fā)展提供支持平臺。目前，各國武器裝備的研制都把標(biāo)準(zhǔn)化作為一條重要的研制原則。如美軍的“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈和“密集陣”近程武器系統(tǒng)在設(shè)計初期通過標(biāo)準(zhǔn)化外部接口、作戰(zhàn)部等設(shè)計，實現(xiàn)模塊化整體裝艦，改善了適裝性和戰(zhàn)時勤務(wù)性能，提高了武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能。

艦炮控制系統(tǒng)作為艦炮武器的一個重要組成部分，他的標(biāo)準(zhǔn)化研究是艦炮武器標(biāo)準(zhǔn)化研究的重點，通過標(biāo)準(zhǔn)化硬件接口、系統(tǒng)組成以及軟件平臺，實現(xiàn)各型口徑艦炮控制系統(tǒng)軟硬件對外接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。最終達到各型艦炮控制系統(tǒng)面向用戶的使用、維修接口統(tǒng)一一致，改善用戶的操作性，簡化維修，提高部隊保障能力。

2.1.1 硬件接口標(biāo)準(zhǔn)化

硬件接口指的是艦炮控制系統(tǒng)對內(nèi)、外部設(shè)備的接口。作為現(xiàn)代艦炮控制系統(tǒng)應(yīng)具備的硬件接口類型一般有：

· 驅(qū)動裝置接口。驅(qū)動裝置是艦炮隨動控制的執(zhí)行機構(gòu)，它通過接收艦炮控制系統(tǒng)發(fā)出的運動指令來完成對艦炮的運動驅(qū)動。驅(qū)動模塊接口包括控制系統(tǒng)與驅(qū)動模塊連接所需的電纜、接頭以及相關(guān)附屬部件。

· 全艦系統(tǒng)接口。全艦系統(tǒng)接口就是艦炮控制系統(tǒng)與艦內(nèi)網(wǎng)絡(luò)連接接口。該接口主要負(fù)責(zé)接收火控系統(tǒng)或作戰(zhàn)系統(tǒng)的控制指令，完成與火控系統(tǒng)或作戰(zhàn)系統(tǒng)的指令通訊，以及實現(xiàn)全艦設(shè)備信息的共享。

· 控制系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備接口。艦炮控制系統(tǒng)一般由相關(guān)功能的標(biāo)準(zhǔn)臺和標(biāo)準(zhǔn)柜組成?？刂葡到y(tǒng)內(nèi)部設(shè)備接口就是組成控制系統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)臺、柜之間連接所需的電纜、接頭及相關(guān)附屬部件。

· 擴展接口。現(xiàn)代艦炮控制系統(tǒng)應(yīng)為系統(tǒng)維護、檢測以及因具體任務(wù)需要而外接的相關(guān)設(shè)備提供數(shù)據(jù)通訊接口。這類接口統(tǒng)稱為擴展接口。

硬件接口的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，就是通過具體的工程手段，使每個硬件接口類型所用的接口設(shè)備在物理形式、電氣指標(biāo)等方面達到統(tǒng)一一致。保證同一接口類型采用的接口設(shè)備具有良好的互換性、通用性［7］。

2.1.2 系統(tǒng)組成標(biāo)準(zhǔn)化

一般的艦炮控制系統(tǒng)在具體硬件組成上，由電源柜、動力柜、控制臺三部分組成。系統(tǒng)組成標(biāo)準(zhǔn)化，首先就要求建立標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)代艦炮控制系統(tǒng)硬件的組成數(shù)量和采用柜體、臺體的標(biāo)準(zhǔn)化。保證對于各口徑艦炮的控制系統(tǒng)都由同樣標(biāo)準(zhǔn)、同樣數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)臺、柜組成。在整體外觀上保持一致性。

從艦炮控制系統(tǒng)的功能模塊組成來看，應(yīng)實現(xiàn)各功能模塊的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，使得艦炮控制系統(tǒng)可根據(jù)控制不同的艦炮對象任意更換相應(yīng)的模塊結(jié)構(gòu)，達到在結(jié)構(gòu)組成上的標(biāo)準(zhǔn)化。一般來講，現(xiàn)代艦炮控制系統(tǒng)主要由以下幾個功能模塊組成：

· 輸入輸出模塊。通常輸入部分指鍵盤、滾輪以及操作面板上的各類開關(guān)，目前來看已有的觸摸式可編程鍵盤可以作為該模塊的一個標(biāo)準(zhǔn)件使用。輸出部分包括顯示器、話筒、各類狀態(tài)指示燈組。

· 驅(qū)動裝置模塊。針對各型艦炮對驅(qū)動裝置的不同采用不同的驅(qū)動裝置，通過標(biāo)準(zhǔn)化對外接口對不同的驅(qū)動裝置進行封裝。保證其根據(jù)不同需要靈活更換。

· 電源模塊。針對各型艦炮對電源的不同需求，模塊內(nèi)部采用不同的電源設(shè)備，通過標(biāo)準(zhǔn)化對外接口進行封裝，保證根據(jù)實際需要靈活更換。

· 加固計算機模塊。加固計算機模塊包括加固計算機及存貯系統(tǒng)、運動信號采集和輸出系統(tǒng)等。

· 標(biāo)準(zhǔn)化適配模塊。該模塊是針對有些難以直接完成標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的端口，通過該適配模塊進行非標(biāo)準(zhǔn)化接口向標(biāo)準(zhǔn)化接口轉(zhuǎn)換。

2.1.3 軟件平臺標(biāo)準(zhǔn)化

現(xiàn)代艦炮控制系統(tǒng)的主要特征就是采用計算機控制，而采用計算機控制就必然要使用計算機軟件。軟件在現(xiàn)代艦炮控制系統(tǒng)中的主要功能有為操作人員提供交互平臺、運動控制運算、炮上信號的處理以及其他需要計算機控制的部分。艦炮控制系統(tǒng)軟件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，應(yīng)重點注意以下幾點：

·編程環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)化。編程環(huán)境是編程語言、軟件運行系統(tǒng)平臺、開發(fā)工具以及編程所采用的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，甚至是編碼、注釋的格式、變量命名的約定等。編程環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化是軟件標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)。目前應(yīng)用在艦炮控制系統(tǒng)流行的編程環(huán)境為：軟件運行平臺VxWorks實時多任務(wù)嵌入式操作系統(tǒng)、Tornado系列C語言開發(fā)環(huán)境以及相應(yīng)的國家和軍用標(biāo)準(zhǔn)。

· 操作界面的標(biāo)準(zhǔn)化。對于各型艦炮控制軟件應(yīng)保持基本一致的人機交互界面風(fēng)格。其中涉及操作規(guī)則、菜單設(shè)置、按鈕功能、各類顯示輸出的位置和內(nèi)容、符號約定、人機交互方式、警示和提示的方式等。

· 代碼模塊的標(biāo)準(zhǔn)化。軟件中各功能代碼模塊的開發(fā)充分應(yīng)用組件化的編程思想，重視代碼模塊的繼承性、重用性，提高軟件開發(fā)的效率和可維護性。

2.2 網(wǎng)絡(luò)化

未來戰(zhàn)爭對信息的需求量大，時效性要求高，網(wǎng)絡(luò)化是武器系統(tǒng)面向未來戰(zhàn)爭的必然需要。網(wǎng)絡(luò)化為實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化提供支持。全艦設(shè)備組網(wǎng)，就要求全艦設(shè)備要以標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的接口接入網(wǎng)絡(luò)［2］。

網(wǎng)絡(luò)化為艦炮控制系統(tǒng)智能化提供平臺。艦炮控制系統(tǒng)的智能化需要多種資源和信息的共享為基礎(chǔ)，而網(wǎng)絡(luò)化為全艦信息、資源的綜合和傳輸提供了平臺和服務(wù)。艦炮控制系統(tǒng)實現(xiàn)與全艦網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)后，可以快速全面的了解全艦設(shè)備狀態(tài)信息，為輔助艦炮控制等相關(guān)方面控制提供信息依據(jù)。同時又可以把自己的工作信息和狀態(tài)資料通過網(wǎng)絡(luò)向其他設(shè)備特別是全艦指揮控制系統(tǒng)發(fā)布，為指揮控制系統(tǒng)的輔助決策提供信息支持。提高全艦的綜合作戰(zhàn)效能。

2.3 綜合智能化

2.3.1 人機交互設(shè)計

人機交互設(shè)備是艦炮控制系統(tǒng)與使用者交流的平臺和方法手段。它向使用者提供艦炮實時的狀態(tài)信息，并接受使用者向艦炮發(fā)送控制命令。

未來戰(zhàn)爭戰(zhàn)場信息量大、作戰(zhàn)節(jié)奏迅速，給操作使用武器裝備的人員帶來的心理壓力也較之傳統(tǒng)戰(zhàn)爭更加嚴(yán)酷。人機交互設(shè)備作為武器裝備和操作者接觸的主要途徑，在作戰(zhàn)時不僅要起到緩解操作者緊張情緒的作用，還要在一定程度上減少操作者因緊張而可能出現(xiàn)的誤操作。所以人機交互設(shè)備的設(shè)計要考慮交互設(shè)備的友善性和智能化。

現(xiàn)代艦炮控制系統(tǒng)人機交互設(shè)備通常指控制軟件的交互界面、控制臺鍵盤等輸入設(shè)備、狀態(tài)指示燈等提示設(shè)備。

· 軟件交互界面通過視覺感觀影響操作者的心理，這就要求在軟件交互界面在友善性方面應(yīng)注意整體色調(diào)的選擇和搭配，達到平和操作者心態(tài)，便于操作者觀察閱讀的效果。軟件中操控界面的配置、功能按鈕的位置和順序，應(yīng)充分考慮作戰(zhàn)的緊張狀態(tài)，以及武器正確操作的需要進行優(yōu)化配置，簡化操作過程。在軟件設(shè)計上開展智能化輔助操作的研究，控制軟件應(yīng)能根據(jù)艦炮當(dāng)前的狀態(tài)，或指揮控制系統(tǒng)當(dāng)前對艦炮系統(tǒng)提出作戰(zhàn)任務(wù)要求，通過智能算法給出操作者需要進行的下一步操作，向操作者提供操作提示。如提示框文字提示、按鈕優(yōu)先或顏色提示、輸入框中指令提示等。這樣縮小了操作者的思考范圍，甚至可以直接采用提示建議操作大大簡化操作過程，從而提高操作者在心理緊張狀態(tài)下的正確操作率

· 控制臺鍵盤等輸入設(shè)備中每個開關(guān)的功能設(shè)置、按鈕開關(guān)的數(shù)量配置，以及鍵盤等開關(guān)的具體位置安排都應(yīng)按照人機工程學(xué)的理論和方法進行設(shè)計。在外觀配置上應(yīng)簡潔明了，減輕操作者的心理負(fù)擔(dān)以及長時間操作的疲勞感，從而方便快捷地進行使用操作。

· 狀態(tài)指示燈組應(yīng)在數(shù)量和安裝位置上應(yīng)考慮操作者的視覺感受，減輕對操作者的壓迫感，并方便觀察和辨析。

2.3.2 智能化故障檢測診斷

智能化故障檢測診斷系統(tǒng)是現(xiàn)代化艦炮控制系統(tǒng)提高作戰(zhàn)可用性、維修性的重要功能部分［4］。智能化故障檢測診斷系統(tǒng)是由故障檢測模塊、檢測信息診斷模塊組成。

· 故障檢測就是在分析、研究艦炮運行機理的基礎(chǔ)上，在炮的機械部分和電氣等相關(guān)部位設(shè)置合適的傳感器。計算機實時采集艦炮的全部傳感器信息，對其進行智能化辨識并進行顯示，操作者通過人機交互界面對艦炮的運行狀態(tài)進行全方位地了解和監(jiān)視，在發(fā)生異?；蚬收蠒r可人工進行故障排查，或?qū)z測信息提交檢測信息診斷模塊進行故障診斷評估。

· 檢測信息診斷模塊是通過建立一個有關(guān)艦炮故障的專家知識和先驗知識庫，通過人工智能算法對檢測信息進行處理，從知識庫抽取診斷方案結(jié)果，向操作者提供輔助診斷信息。

2.3.3 輔助作戰(zhàn)能力

現(xiàn)代化艦炮控制系統(tǒng)要具備一定的輔助作戰(zhàn)能力，提高全艦作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)在使用艦炮進行作戰(zhàn)時的有效決策能力。輔助作戰(zhàn)能力主要包含艦炮狀態(tài)評估能力和輔助目標(biāo)解算能力。

· 艦炮狀態(tài)評估能力就是艦炮控制系統(tǒng)對所控制艦炮的各種狀態(tài)信息進行融合，并評估當(dāng)前艦炮的作戰(zhàn)的可用性和作戰(zhàn)效能等，為指揮控制系統(tǒng)指定艦炮作戰(zhàn)使用方案提供決策支持。艦炮狀態(tài)信息主要涉及：艦炮各機構(gòu)受損率、控制系統(tǒng)各模塊工作狀態(tài)信息、艦炮膛溫膛壓、彈藥剩余量、射速與彈丸初速、運動狀態(tài)和誤差等信息。

· 輔助目標(biāo)解算能力是指當(dāng)所屬指揮控制系統(tǒng)或火力控制系統(tǒng)故障時，可以自行通過網(wǎng)絡(luò)獲取相關(guān)傳感器信息，進行簡單的目標(biāo)火控解算，提高艦炮在上級系統(tǒng)故障時的有效打擊能力，并為小型艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)集成優(yōu)化設(shè)計提供技術(shù)支持。

3 結(jié)語

現(xiàn)代艦炮控制系統(tǒng)是全新概念的標(biāo)準(zhǔn)化、智能化武器控制系統(tǒng)，它是標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)、軟件理論及故障檢測和診斷應(yīng)用等多項技術(shù)的綜合應(yīng)用。隨著未來海戰(zhàn)作戰(zhàn)模式和武器系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，現(xiàn)代艦炮控制系統(tǒng)以其標(biāo)準(zhǔn)化、智能化以及綜合控制能力等技術(shù)優(yōu)勢，將逐步取代傳統(tǒng)艦炮控制系統(tǒng)。

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