王永生，李兵

（中航工業(yè)洛陽電光設(shè)備研究所，河南洛陽471009）

俄羅斯新一代艦載指控系統(tǒng)的設(shè)計思想

王永生，李兵

（中航工業(yè)洛陽電光設(shè)備研究所，河南洛陽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)爭的戰(zhàn)場范圍擴大、軍事行動速度加快、情況變化急劇，只有自動化的指揮控制系統(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，對作戰(zhàn)方案進行模擬和分析，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數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)對軍事力量的規(guī)劃、領(lǐng)導和控制。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)場中不同體系結(jié)構(gòu)的各系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)的問題，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)是以計算機為核心的進行戰(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（C3I）幾個發(fā)展階段。它用于收集各種戰(zhàn)術(shù)情報（數(shù)據(jù)、圖像、信息），并將其進行數(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)場信息戰(zhàn)的基礎(chǔ)，是海上C4ISR（Command指揮、Control控制、Communication通信、Computer計算機、Intelligence情報、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)計思想

俄羅斯艦艇指控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了獨立式、集中式和分布式系統(tǒng)3個階段。在20世紀60年代，以機電模擬式指揮儀設(shè)備為主，它是一種包含信息部件、控制部件和執(zhí)行部件的封閉獨立式體系結(jié)構(gòu)。為了實現(xiàn)向指揮員提供情報信息以及實現(xiàn)火控計算和武器控制的自動化，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90年代后期開始陸續(xù)研制新一代艦載指控系統(tǒng)，它在指控系統(tǒng)中大量引入計算機及軟件技術(shù)，使得指控系統(tǒng)的設(shè)計思想徹底改變，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型導彈護衛(wèi)艦及20380輕型護衛(wèi)艦等水面艦艇上。對比先前的指控系統(tǒng)，其設(shè)計思想從“煙囪式”趨向扁平式，體系結(jié)構(gòu)從集中式變?yōu)榉植际剑梢詸C電硬件為主轉(zhuǎn)變?yōu)榇罅抗δ芡ㄟ^軟件實現(xiàn)，除了作戰(zhàn)能力和響應速度有所提高外，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的各功能系統(tǒng)，如對空、對海雷達、水文氣象、導航等系統(tǒng)，它們與武器系統(tǒng)一樣通過特定的協(xié)議將原始信息送給指控系統(tǒng)的信息處理服務器。信息處理服務器和顯控臺之間通過雙冗余高速總線相連接。信息處理服務器采用雙冗余設(shè)計，各顯控臺外觀一致，可通過軟件設(shè)置實現(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，系統(tǒng)硬件只負責信息的預處理或與總線匹配、傳送，信息處理服務器集群中的軟件負責信息融合、處理、解算、存儲等功能，顯控臺軟件負責處理后信息的綜合顯示及人機交互功能。軟件由高級語言編寫，運行于現(xiàn)代操作系統(tǒng)之上，易于更改和維護。

2 硬件功能設(shè)計思想

俄羅斯某新型艦載指控的主要功能是：

①手工輸入、處理、存儲沿各通信通道接收的來自外部系統(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接收和存儲；③根據(jù)導航雷達的主要雷達標志跟蹤和確定水面目標；④識別艦用探測設(shè)備有關(guān)空中和水面目標的二次信息；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)目標指示和武器使用結(jié)果的報告；⑧顯示導航雷達、對空及對海雷達的原始雷達信息；⑨對目標進行歸類分組；⑩顯示目標和本艦的測量記錄數(shù)據(jù)；?顯示來自艦載攝像系統(tǒng)的觀察和目指視頻信息；?完成指揮艦載直升機的任務；?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)機動控制和保證避開相近目標的任務；?模擬綜合射擊系統(tǒng)以及其根據(jù)發(fā)送的目標指示操作訓練艦員；?實現(xiàn)對空、對海雷達的目指信息與艦載火控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換；?同時處理的目標最大數(shù)量在256以內(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臺信息處理服務器，除了數(shù)據(jù)庫記錄儀器外，其余3臺直接與艦船外部系統(tǒng)相連接。來自外部系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)通過這3臺信息處理服務器的融合和計算后，通過高速以太網(wǎng)（圖2中的粗實線）送給各顯控臺和數(shù)據(jù)庫記錄儀器。各顯控臺位于艦船的不同艙室（如駕駛室、中心指揮所、直升機指揮所等），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臺標準顯控臺，其硬件配置完全一致。人機交互界面包括2臺分辨率為1 280× 1 024的彩色顯示器、1臺分辨率為640×480的彩色觸摸屏以及鍵盤、摸球等。其主要功能是接收顯示雷達、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；顯示以圖像和符號形式表示的特種信息；由操作員用多功能控制臺的信息輸入裝置輸入的符號信息和圖像信息以及控制指令等。

雷達信息處理儀器的功能是：向各顯控臺提供艦載各雷達（對空、對海、導航燈）提供處理后的數(shù)字式雷達源信息，以便能在數(shù)個顯控臺上，用不同的距離比例尺同時顯示每一個雷達的數(shù)字式雷達源信息；按導航雷達發(fā)來的雷達源信號數(shù)據(jù)自動截獲和自動跟蹤水面目標，并計算出目標的即時位置和運動參數(shù)，以便將目標換算成以自動方式和半自動方式進行自動跟蹤。

數(shù)據(jù)庫記錄儀器的主要功能是：復制和記錄各服務器的工作狀態(tài)；記錄雷達、海圖信息服務器的工作狀態(tài)；控制雷達和二次信息制成文件的再現(xiàn)與存儲；存儲系統(tǒng)功能軟件和檢測軟件；在系統(tǒng)其他計算機軟件啟動時提供必要啟動和同步信息；將記錄信息以鏡像的方式存儲在儀器內(nèi)部的RAID模塊中；保證主用和備用以太網(wǎng)協(xié)同工作。

兩臺數(shù)據(jù)計算處理儀器的主要功能是：實現(xiàn)艦上裝備傳來的各種形式信息與指控系統(tǒng)需要的信息形式進行相互轉(zhuǎn)換；多來源信息的融合、計算；指控系統(tǒng)主要算題的解算和處理。這兩臺數(shù)據(jù)計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。

為了實現(xiàn)故障檢測和診斷，該指控系統(tǒng)特別配置了一臺系統(tǒng)操作員顯控臺。指控系統(tǒng)各儀器除了通過高速以太網(wǎng)傳送應用程序數(shù)據(jù)，還通過診斷網(wǎng)（圖2中的粗虛線）傳遞狀態(tài)信息數(shù)據(jù)。各顯控臺的狀態(tài)信息數(shù)據(jù)匯總到系統(tǒng)操作員顯控臺上，操作員可通過該顯控臺對各儀器內(nèi)部各部件的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控，并進行遠程開關(guān)機以便進行故障隔離和維護。

3 軟件功能設(shè)計思想

該指控系統(tǒng)軟件存儲于各儀器及顯控臺的計算機內(nèi)。系統(tǒng)啟動時，接收來自數(shù)據(jù)庫記錄儀器發(fā)送的啟動同步及檢測數(shù)據(jù)，以確保軟件不被更改。系統(tǒng)軟件通過識別各儀器內(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++語言編寫，運行于Linux操作系統(tǒng)之下。

該指控系統(tǒng)軟件包括一般軟件和專門軟件兩部分。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、系統(tǒng)各算題的調(diào)配以及實現(xiàn)專門程序與操作系統(tǒng)、對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)對話程序主要完成人機交互相關(guān)功能。打印程序完成信息在數(shù)據(jù)庫記錄儀器內(nèi)的存儲和調(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。

專門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)、預防碰撞系統(tǒng)、戰(zhàn)術(shù)機動系統(tǒng)、直升機指揮系統(tǒng)、艦員訓練系統(tǒng)和故障檢測系統(tǒng)。指揮總系統(tǒng)按照不同的操作者（艦長、副艦長、無線電技術(shù)部門長、直升機指揮員）在各自所在的顯控臺實現(xiàn)不同的功能。

與外部系統(tǒng)交互系統(tǒng)實現(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)傳送來的數(shù)據(jù)形成算題；③對形成的算題進行解算。

預防碰撞系統(tǒng)實現(xiàn)以下功能的自動化：①檢測近海水面狀況，處理所有目標短時間接近參數(shù)的近海區(qū)域的狀況，雙方避讓，計算艦艇航向目標交叉前的距離和時間；②危險級別的目標選判；③處理近海區(qū)域所有目標同時避讓的安全機動參數(shù)；④借助于相對航向的危險區(qū)域避讓安全機動處理參數(shù)的圖表說明；⑤在時間加速的范圍內(nèi)受避讓機動的影響。

戰(zhàn)術(shù)機動系統(tǒng)實現(xiàn)以下功能：①為占領(lǐng)相對指定目標的位置確定艦艇以及艦艇編隊的機動參數(shù)；②以出海到指定陣位艦艇的航線檢測航行；③在短期或者短距離內(nèi)接近（打擊）制定距離的機動目標；④在固定機動目標方位（距離）情況下機動；⑤以艦艇位置序列或者編隊在偏離陣位時占領(lǐng)陣位的機動參數(shù)的處理來監(jiān)測和保持。

直升機指揮系統(tǒng)用于完成如下算題的計算：①在搜索和消滅潛艇以及用于返回基地飛機場時計算飛行路線；②按照目標顯示和設(shè)計的航線控制直升機到指定位置；③檢測制定路線飛機的飛行。

艦員訓練系統(tǒng)由系統(tǒng)操作員控制，可實現(xiàn)如下功能：①形成訓練數(shù)據(jù)庫；②控制艦員的訓練任務；③模擬目標運動；④模擬搜索目標設(shè)備；⑤模擬武器動作。

故障診斷程序可完成如下功能：①控制系統(tǒng)工況和檢測各部件工作能力；②搜集系統(tǒng)健康狀態(tài)數(shù)據(jù)；③實現(xiàn)對系統(tǒng)各儀器的遠程開關(guān)機控制。

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)爭形態(tài)正在發(fā)生著深刻的變化，未來戰(zhàn)爭將從陸、海、空3個維度發(fā)展為陸、海、空、天、磁等多個維度。因此，先進的艦載指控系統(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代，大量采用先進信息技術(shù)完成相關(guān)功能。俄羅斯指控系統(tǒng)在設(shè)計思想上以人（即操作員）為核心，無論是硬件還是軟件均圍繞著擔負不同人物的操作員展開設(shè)計。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)計思想，對我國相關(guān)領(lǐng)域的研究和開發(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)、測控技術(shù)。