黃 坤 徐 俊 閔紹榮

中國艦船研究設計中心，湖北武漢430064

潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)戰(zhàn)位復用技術初探

黃 坤 徐 俊 閔紹榮

中國艦船研究設計中心，湖北武漢430064

潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)戰(zhàn)位復用設計是潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)在操控一體化方面的重要體現(xiàn)。戰(zhàn)位復用技術有以下一些優(yōu)點：減少艇員配置；提高潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)可靠性；動態(tài)擴展作戰(zhàn)系統(tǒng)功能；有利于整個潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的維護。描述潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)戰(zhàn)位復用的內(nèi)涵，分析潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)采用戰(zhàn)位復用的必要性。根據(jù)潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的典型戰(zhàn)位設置，提出未來新型潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)戰(zhàn)位設置的設想及實現(xiàn)思路。最后分析潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)戰(zhàn)位復用技術帶來的效益。

作戰(zhàn)系統(tǒng)；潛艇；戰(zhàn)位；復用技術

1 引言

潛艇的有限空間決定了操作潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的總人數(shù)和戰(zhàn)位非常有限，如果采用戰(zhàn)位復用的設計理念，就能在保證潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)功能和組織體系結構完善的前提下，使用數(shù)量較少的顯控臺實現(xiàn)作戰(zhàn)系統(tǒng)的高效操作。

潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)戰(zhàn)位復用技術是潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)在操控一體化方面的重要體現(xiàn)。未來新型潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的體系結構和信息支持技術可實現(xiàn)系統(tǒng)功能的動態(tài)配置［1］（以往只做到靜態(tài)設置），實現(xiàn)潛艇內(nèi)的戰(zhàn)位復用（例如，可在聲吶顯控臺上通過設置使其指揮發(fā)射對陸巡航導彈）?？梢愿鶕?jù)任務需要把服務器資源和顯控臺資源進行動態(tài)配置，將原先的某戰(zhàn)位功能重新設置以完成新的功能，從而實現(xiàn)戰(zhàn)位復用。

當武器裝備的性能接近其物理極限時，通過改善單件作戰(zhàn)武器（設備）性能來提高全艇戰(zhàn)斗力的途徑將越來越受到限制。于是，在作戰(zhàn)平臺信息化程度不斷提高的情況下，發(fā)展以信息網(wǎng)絡為核心的一體化武器系統(tǒng)就成為提高戰(zhàn)斗力的一種必然選擇［2］。潛艇內(nèi)作戰(zhàn)系統(tǒng)的物理網(wǎng)絡可為作戰(zhàn)信息傳輸提供足夠的帶寬，如果利用作戰(zhàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡的高速性，使其內(nèi)部各戰(zhàn)位可復用，則可達到依托網(wǎng)絡挖掘現(xiàn)有裝備潛力的效果。

2 戰(zhàn)位復用的內(nèi)涵

2.1 概念

首先，潛艇中的戰(zhàn)位作為節(jié)點與潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡相連，各節(jié)點上戰(zhàn)位的功能取決于連接在該節(jié)點計算機上運行的程序，根據(jù)作戰(zhàn)需要的變化，同一戰(zhàn)位可以通過下載程序，更改戰(zhàn)位的功能，變換為另一種戰(zhàn)位，從而實現(xiàn)戰(zhàn)位復用。

另外，戰(zhàn)位復用還指戰(zhàn)位人員能力的復用，例如原來聲吶戰(zhàn)位的人員只能完成對聲吶系統(tǒng)的操作，但是在戰(zhàn)位人員能力復用后，聲吶戰(zhàn)位的人員不僅可以對聲吶系統(tǒng)進行操作，同時也具備了對其它戰(zhàn)位的操作能力。

2.2 優(yōu)點

“戰(zhàn)位復用”設計思想符合未來網(wǎng)絡中心戰(zhàn)的作戰(zhàn)模式［3，4］。采用戰(zhàn)位復用設計主要有以下優(yōu)點。

1）人員配置減少

未來潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)采用戰(zhàn)位復用設計，即在同一戰(zhàn)位上，可以同時或者先后完成多項操作，即一個戰(zhàn)位人員就可以完成 （利用多窗口形式可以同時完成，利用功能切換的形式就可以先后完成）以前多個人員在多個戰(zhàn)位上才能完成的任務。如此可以減少整個作戰(zhàn)系統(tǒng)的人員配置，達到合理利用，提高潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能的目的。

2）潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)可靠性提高

在某個戰(zhàn)位出現(xiàn)故障無法操作的情況下，可以通過戰(zhàn)位復用，迅速將另外一個戰(zhàn)位切換為出現(xiàn)故障的戰(zhàn)位，從而保證了作戰(zhàn)的連續(xù)性，提高了潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的可靠性。

3）具有功能可擴展性

因為戰(zhàn)位復用可以通過下載程序來實現(xiàn)［5］，所以根據(jù)作戰(zhàn)需求的變化，戰(zhàn)位復用的范圍可以靈活配置，功能可以動態(tài)擴展。

4）系統(tǒng)升級靈活方便

戰(zhàn)位復用設計采用一體化技術體制，所有的多功能顯控臺或機柜的軟件設計采用統(tǒng)一的技術，既便于日常的系統(tǒng)管理，也利于整個潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的維護、更新和升級。

3 國外潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)戰(zhàn)位復用現(xiàn)狀

德國210Mod改進型潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)擁有先進的指揮控制中心和空間布置，可以使艇上的指揮官更全面掌握戰(zhàn)場環(huán)境、作戰(zhàn)和技術數(shù)據(jù)。為了更好地執(zhí)行戰(zhàn)術、導航和通信任務，210Mod改進型潛艇的作戰(zhàn)信息中心裝備了許多可以相互兼容的模塊。綜合指揮控制系統(tǒng)可在多個多功能顯控臺上使用。多功能顯控臺提供了高度自動化的保障功能，采用了先進的人機交換界面。與數(shù)據(jù)傳輸方式結合，這些設備能夠收集和處理許多通過艇上各種傳感器獲得的信息。除了多功能顯控臺，潛艇的潛望鏡深度和導航控制臺也被集成到一起。其顯示和控制系統(tǒng)具有很多功能，例如電子海圖顯示功能和自動識別功能。

法國“鲉魚”級潛艇的控制系統(tǒng)高度自動化，其關鍵功能的實時分析及冗余設計使其編制人員數(shù)量減至31人，正常值班僅需9人。潛艇所有控制和平臺管理功能均可以由控制室來實施?？刂剖抑醒朐O有戰(zhàn)術平臺，作戰(zhàn)管理系統(tǒng)和平臺控制系統(tǒng)由平臺上的6個多功能通用顯控臺控制。該級艇的作戰(zhàn)管理系統(tǒng)是采取分布式模塊化結構的潛艇戰(zhàn)術綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)。此系統(tǒng)充分吸收了法國造船局和馬可尼公司在潛艇聲吶、指揮及武器控制系統(tǒng)方面的成就，采用了雙冗余以太網(wǎng)數(shù)據(jù)總線，可以在6個雙屏多功能彩色顯控平臺上完成所有的聲學及非聲學傳感器信號的處理以及武備、導航系統(tǒng)、指揮系統(tǒng)的控制功能。同時，該系統(tǒng)盡可能依據(jù)了商用成品硬件和軟件標準，特別是采用了高速RISC處理器、TCP／IP通信協(xié)議、1個X－Windows／Motif圖表用戶接口及UNIX操作系統(tǒng)，從而可以方便地實現(xiàn)系統(tǒng)升級換代。

荷蘭“海象“級潛艇采用的SEWACO－Ⅷ作戰(zhàn)系統(tǒng)實現(xiàn)了全面集中自動化控制。該系統(tǒng)由7套相同的顯示器和控制臺構成，通用性好，各多功能顯控臺功能可互換。每個中央控制單元包括2部SMR－MV處理機，執(zhí)行顯控臺與傳感器、武器之間的雙向數(shù)據(jù)交換。其主要功能包括：聲吶顯示與控制；目標判斷和目標分類；目標運動分析，自動判定目標的運動；提供不斷更新的戰(zhàn)術與導航態(tài)勢圖；驗證系統(tǒng)的工作狀態(tài)；輔助操作訓練。

4 戰(zhàn)位復用的實現(xiàn)思路

4.1 典型戰(zhàn)位設置

對于常規(guī)動力潛艇而言，其作戰(zhàn)系統(tǒng)的典型組成通常包括以下幾個部分［6］：聲吶系統(tǒng)、指控設備、魚雷武器設備、反艦導彈武器設備、對陸導彈武器設備、水聲對抗武器設備、雷達設備、輔助設備。在典型組成中，聲吶系統(tǒng)、指控設備、魚雷武器設備、反艦導彈武器設備、對陸導彈武器設備采用了標準的多功能顯控臺，而對于水聲對抗武器設備、雷達設備、輔助設備，由于目前水聲對抗手段比較單一，操作比較簡單，而雷達設備和輔助設備在作戰(zhàn)環(huán)境中不會連續(xù)使用，所以它們都采用具有顯示和操控面板的機柜。典型的潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)戰(zhàn)位設置為：聲吶系統(tǒng)設置3個戰(zhàn)位，指控設備設置3個戰(zhàn)位，魚雷武器設備設置1個戰(zhàn)位，反艦導彈武器設備設置1個戰(zhàn)位，對陸導彈武器設備設置1個戰(zhàn)位，水聲對抗武器設備設置1個戰(zhàn)位，雷達設備設置1個戰(zhàn)位，作戰(zhàn)系統(tǒng)輔助設備設置1個戰(zhàn)位。如圖1所示。

圖1 潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)典型戰(zhàn)位設置

4.2 未來戰(zhàn)位復用的設想

對于潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)，由于其狹小的空間限制，如果能實現(xiàn)艇內(nèi)戰(zhàn)位的復用，那么就能顯著提升潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能。如圖1所示，對于多功能顯控臺戰(zhàn)位，可以進行復用設計，對于任何一個戰(zhàn)位，根據(jù)使用需要，該戰(zhàn)位都可以切換為另外8個戰(zhàn)位，改變原戰(zhàn)位的形態(tài)；對于具有顯示和操控面板的機柜的戰(zhàn)位同樣也可以采用復用設計，即水聲對抗戰(zhàn)位可以完成雷達戰(zhàn)位和檢測記錄戰(zhàn)位的功能。

在戰(zhàn)位復用的設計思想下，潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的戰(zhàn)位設置的初始狀態(tài)則根據(jù)具體的使用需求來確定。例如，目前主要進行目標探測，那么就可以將多功能顯控臺戰(zhàn)位設置為聲吶戰(zhàn)位和指控戰(zhàn)位，即當前的具體應用決定了戰(zhàn)位的具體形態(tài)。這種新的戰(zhàn)位復用設計能在戰(zhàn)時提供更靈活的戰(zhàn)位變換設置方案，以利于在潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)部分戰(zhàn)損或局部故障的情況下能最大限度地利用現(xiàn)有資源充分發(fā)揮其作戰(zhàn)效能。采用戰(zhàn)位復用設計后的潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)戰(zhàn)位設置如圖2所示。

4.3 戰(zhàn)位復用實現(xiàn)思路

為了實現(xiàn)上述潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的戰(zhàn)位復用設計思想，結合當前現(xiàn)有的分布式作戰(zhàn)系統(tǒng)設計技術［7］，可以利用以下兩種技術實現(xiàn)思路。

圖2 采用戰(zhàn)位復用的潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)戰(zhàn)位設置

1）與每一個戰(zhàn)位對應的顯控臺或機柜的顯示與處理都運行于本地計算機，都安裝用于指揮控制、雷達、聲吶、武器發(fā)控、水聲對抗等的應用軟件 （至于每個顯控臺分別安裝哪些應用軟件則根據(jù)作戰(zhàn)需求和軍方使用需求確定），就像Windows同時安裝Word、Excel、PowerPoint等應用軟件一樣。在需要時可從操作系統(tǒng)的菜單中選擇相應應用軟件啟動相應的戰(zhàn)位所需的功能［8］，從而達到任何一個顯控臺（戰(zhàn)位）都可以運行其它所有戰(zhàn)位功能的復用目的。

其實，Linux操作系統(tǒng)已經(jīng)自帶6個并行運行的可以隨時進行切換的運行窗口。在每一個運行窗口可以設計一個操作界面分別用于不同的戰(zhàn)位（如：水聲對抗、魚雷、指控、反艦導彈、雷達等）。在需要時，可以隨時切換運行窗口從而得到所需的戰(zhàn)位。當然，此時作戰(zhàn)系統(tǒng)網(wǎng)內(nèi)必須有一種控制調(diào)度機制，它保證同一時間作戰(zhàn)系統(tǒng)網(wǎng)內(nèi)不會出現(xiàn)兩個功能重復的戰(zhàn)位，或者，即使有兩個功能重復的戰(zhàn)位，二者之間也要可以利用優(yōu)先級控制其中一個進行有效操作，而另一個作為熱備份，在高優(yōu)先級的戰(zhàn)位退出后熱備份戰(zhàn)位立即進入有效操作狀態(tài)。而且，這種優(yōu)先級的控制對作戰(zhàn)人員透明，即讓作戰(zhàn)人員在使用過程當中感覺不到這種變化。

2）采用分布式構件技術［9］。與每一個戰(zhàn)位對應的顯控臺或機柜都分為“顯示”和“處理”兩部分?！帮@示”部分和“處理”部分均采用分布式構件技術設計成通用的框架，并通過TCP／IP協(xié)議進行通信。在構件服務器上放置用于指揮控制、雷達、聲吶、水聲對抗等的所有應用軟件。其它各個戰(zhàn)位根據(jù)需要從構件服務器［10］運行相應的應用軟件實現(xiàn)所需戰(zhàn)位的功能，每個戰(zhàn)位能從構件服務器運行的功能軟件的類別不受限制，構件服務器同時完成對戰(zhàn)位設置的控制與調(diào)度，這就實現(xiàn)了戰(zhàn)位復用。本方案的一個優(yōu)點是在控制調(diào)度時比第一個方案有優(yōu)越性，為了提高構件服務器的生命力，可以考慮設計雙冗余構件服務器以提高潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的可靠性。

4.4 戰(zhàn)位復用的效益分析

在此，引入“戰(zhàn)位復用度”的概念。根據(jù)常規(guī)潛艇的典型戰(zhàn)位設置，將采用戰(zhàn)位復用設計前的戰(zhàn)位數(shù)設為M（本文M＝12），采用戰(zhàn)位復用技術后戰(zhàn)位數(shù)設為N，則戰(zhàn)位復用度R定義為：

R＝M÷N （1）

由式（1）可得出，戰(zhàn)位復用度越大，表示需要設置的戰(zhàn)位數(shù)量越少，需要配置的戰(zhàn)位人數(shù)也越少。反之，戰(zhàn)位復用度越小，表示需要設置的戰(zhàn)位數(shù)量越多，需要配置的戰(zhàn)位人數(shù)也越多。

在不同的作戰(zhàn)模式下，潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)所需的最少戰(zhàn)位數(shù)量各不相同，具體戰(zhàn)位配置如表1所示。如果在一個戰(zhàn)位上采用多窗口任務模式，則可以對戰(zhàn)位進行如下設置：設置一個聲吶顯控臺戰(zhàn)位，利用三窗口任務模式同時完成原來聲吶戰(zhàn)位1、聲吶戰(zhàn)位2和聲吶戰(zhàn)位3的功能；設置一個指揮控制顯控臺戰(zhàn)位，利用三窗口任務模式同時完成原來指控戰(zhàn)位1、指控戰(zhàn)位2和指控戰(zhàn)位3的功能；設置一個武器操控顯控臺戰(zhàn)位，利用三窗口任務模式同時完成原來魚雷戰(zhàn)位、反艦導彈和對陸導彈的功能；設置一個綜合控制機柜戰(zhàn)位，利用3個窗口同時完成原來的水聲對抗、雷達和檢測記錄戰(zhàn)位的功能。此時，全艇只需要設置4個戰(zhàn)位，由式（1）可得出戰(zhàn)位復用度為3。此時，潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的戰(zhàn)位復用度取最大值。

如果采用功能切換的任務模式，則對戰(zhàn)位進行如下設置：設置2個聲吶顯控臺戰(zhàn)位；設置2個指揮控制顯控臺戰(zhàn)位；設置2個武器操控顯控臺戰(zhàn)位；設置2個綜合控制機柜戰(zhàn)位。此時，全艇共有8個戰(zhàn)位，由式（1）可得出，戰(zhàn)位復用度為1.5。此時，潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的戰(zhàn)位復用度取最小值。

由以上分析可以得出，采用戰(zhàn)位復用設計后，潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的戰(zhàn)位復用度R的取值范圍是［1.5，3］，戰(zhàn)位人員的配置數(shù)量范圍為［4，8］，可以看出，采用戰(zhàn)位復用設計思想，可以有效減少艇員的配置，最大限度地提高潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能。

5 結束語

現(xiàn)代高技術條件下的武器裝備的造價、維修保養(yǎng)越來越昂貴。日益增長的投入導致裝備必須減少數(shù)量，走精兵之路。從系統(tǒng)的觀點看，裝備數(shù)量的減少可以通過提高裝備的性能來補償。潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的戰(zhàn)位復用技術可以使?jié)撏г谟邢薜目臻g內(nèi)，盡可能提高戰(zhàn)位利用率，并獲得理想的作戰(zhàn)效能。

“以網(wǎng)絡為特征的信息化”在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中越來越重要，為了實現(xiàn)水下一體化作戰(zhàn)，潛艇已經(jīng)逐漸成為網(wǎng)絡中心戰(zhàn)中的一員［10］，由此會增加潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的武器裝備，使原本已經(jīng)有限的艙內(nèi)空間更加不足。但是，通過戰(zhàn)位復用技術為潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的設計節(jié)約了空間，可以從根本上提高潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的效能。

表1 潛艇在不同作戰(zhàn)模式下的最小戰(zhàn)位配置

［1］ 李開生，王文友.國外潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢［J］.火力與指揮控制，2005，30（3）：4－7.

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［3］ 周豐，李敏勇.網(wǎng)絡中心戰(zhàn)的體系結構特征［J］.艦船電子工程，2004，24（1）：25－27.

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Reuse Technology of Action Stations for Submarine Combat Systems

Huang Kun Xu Jun Min Shao－rong
China Ship Development and Design Center，Wuhan 430064，China

It is the significant embodiment of the integration of operation and control in the submarine combat systems，which uses the technology of action station reuse.The technology of action station reuse has more advantages，including reducing the soldiers configuration，enhancing the reliability of the submarine combat systems，extending the function of the submarine combat systems dynamically and enabling the submarine combat systems to be easily maintained.The connotation of action station reuse in submarine combat systems is described，and some necessities of using action station reuse are analyzed.This paper presents the implementation ideas of action station reuse，analyses the benefits of using action station reuse，and establishes the foundation for the application of action station reuse to future submarine combat systems.

combat system；submarine；action station；reuse technology

TP391.9

A

1673－3185（2009）05－63－04

2008－07－28

海軍“十一五”預研課題

黃 坤（1979－），男，工程師，碩士。研究方向：艦載作戰(zhàn)系統(tǒng)。E-mail：hkcfan＠163.com

徐 ?。?977－），男，工程師，碩士。 研究方向：艦載作戰(zhàn)系統(tǒng)

閔紹榮（1961－），男，研究員，碩士。研究方向：艦載作戰(zhàn)系統(tǒng)