方　興

(武漢藏龍北路1號　武漢　430205)

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艦艇指揮控制系統(tǒng)的發(fā)展方向分析*

方興

(武漢藏龍北路1號武漢430205)

摘要總結(jié)了艦艇指控系統(tǒng)的發(fā)展歷程，重點介紹了指控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的四個階段；分析了西方主要國家的先進艦艇指揮控制系統(tǒng)的體系架構(gòu)、裝備組成和系統(tǒng)功能等方面的技術(shù)特點，并研究了艦艇指控系統(tǒng)未來發(fā)展的趨勢；最后提出了艦艇指控系統(tǒng)應(yīng)在一體化跨平臺體系、全維戰(zhàn)場態(tài)勢感知、智能指揮決策支持和自然人機交互幾方面重點發(fā)展建議。

關(guān)鍵詞指揮控制系統(tǒng)； 海上作戰(zhàn)； 開放式體系架構(gòu)； 分布式系統(tǒng)

Class NumberTN97

1　引言

艦艇指揮控制系統(tǒng)是指在艦艇平臺上，指揮人員根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)，對所屬部隊和武器實施作戰(zhàn)指揮和作戰(zhàn)過程控制所必須的設(shè)備、軟件和人員的總稱。廣義范疇的艦艇指控系統(tǒng)包括了設(shè)備、指揮員及作戰(zhàn)指揮過程。本文討論的艦艇指控系統(tǒng)是狹義的指控系統(tǒng)，主要指上述的指控設(shè)備，即“裝載在艦艇上，以計算機和軟件為核心進行戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)處理、提供輔助指揮決策并實施作戰(zhàn)指揮和作戰(zhàn)過程控制的電子信息系統(tǒng)裝備”。

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，指揮控制系統(tǒng)是作戰(zhàn)艦艇的“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”[1～2]，是指揮員“眼、腦、手”的延伸。指控系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)已經(jīng)成為橫跨計算機技術(shù)、信息技術(shù)、人工智能、人機工程等學(xué)科的研究對象，各軍事強國都極其重視指揮控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)，為此投入大量人力物力，以期通過性能優(yōu)越的指揮控制系統(tǒng)在作戰(zhàn)中取得先機，達成作戰(zhàn)目的。

本文總結(jié)研究了艦艇指控系統(tǒng)的發(fā)展歷程，從體系架構(gòu)、裝備組成和系統(tǒng)功能幾個方面分析了先進艦艇指控系統(tǒng)的特點，給出了該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，提出了艦艇指揮控制系統(tǒng)未來發(fā)展建議，對指揮控制系統(tǒng)的研究具有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。

2　艦艇指控系統(tǒng)發(fā)展歷程

艦艇指控系統(tǒng)的發(fā)展是隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而演進的，從體系結(jié)構(gòu)來看，其發(fā)展歷程主要經(jīng)歷了獨立式、集中式、分開式和分布式四個階段[3]。

2.1獨立式艦艇指控系統(tǒng)

20世紀(jì)50至70年代，艦艇指控系統(tǒng)基本采用“單機單控”的獨立式體系結(jié)構(gòu)，各傳感器有屬于各自的計算機，這些計算機的指揮控制功能只對其所屬傳感器負責(zé)。這種體系結(jié)構(gòu)有組成簡單，生存能力較強的優(yōu)點，但作戰(zhàn)資源共享程度低，系統(tǒng)的擴展能力弱。這種體系結(jié)構(gòu)以美國的NTDS(Naval Tactical Data System)系統(tǒng)為代表，其最初主要用于艦載飛機引導(dǎo)和火炮射擊指揮等。艦艇指控系統(tǒng)后來隨著所在載艦種類的增多，功能開始擴展和側(cè)重。前蘇聯(lián)海軍的“根”、“林蔭道”、“伐木工”、“中子”等絕大多數(shù)情報指揮系統(tǒng)都屬于依托某型傳感器實施武器作戰(zhàn)指揮控制的獨立式體系結(jié)構(gòu)的范疇。

2.2集中式艦艇指控系統(tǒng)

20世紀(jì)60至80年代，隨著艦載武器傳感器的增多和技術(shù)體制標(biāo)準(zhǔn)化得到重視，集中式艦艇指控系統(tǒng)開始得到發(fā)展。這種體系結(jié)構(gòu)下，作戰(zhàn)指揮和武器控制功能集中在共同的中心計算機完成，中心計算機可以進行數(shù)據(jù)處理同時控制導(dǎo)彈、艦炮等多種武器分別打擊多個目標(biāo)，是指控系統(tǒng)的核心。其優(yōu)點是設(shè)備使用效率和資源共享率較高，缺點是系統(tǒng)靈活性差，擴展升級困難。集中式艦艇指控系統(tǒng)較為典型的有美國早期的ACDS先進戰(zhàn)術(shù)指揮系統(tǒng)，英國早期的ADAWS(2-6型)作戰(zhàn)數(shù)據(jù)自動化系統(tǒng)、DCB潛艇指控系統(tǒng)，法國早期的SENIT(1-3型)戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

2.3分開式艦艇指控系統(tǒng)

20世紀(jì)70至90年代，隨著計算機技術(shù)發(fā)展，分開式艦艇指控系統(tǒng)在歐美軍事強國得到發(fā)展。這種體系結(jié)構(gòu)下，作戰(zhàn)指揮與武器控制分別配置各自的處理計算機，但功能上并未完全隔離，即作戰(zhàn)指揮計算機有部分武器控制功能，武器控制計算機有部分數(shù)據(jù)處理功能。這種體系結(jié)構(gòu)有模塊化程度高，擴展性較好的優(yōu)點，但是計算資源仍相對集中，生命力不強。20世紀(jì)80年代美國研制的宙斯盾(Aegis)系統(tǒng)(基線1-6)是分開式體系結(jié)構(gòu)的代表，該型系統(tǒng)在美國等西方軍事強國的主戰(zhàn)艦艇中得到普遍應(yīng)用。

2.4分布式艦艇指控系統(tǒng)

20世紀(jì)80年代末，計算機技術(shù)得到迅猛發(fā)展，分布式體系結(jié)構(gòu)的艦艇指控系統(tǒng)站上舞臺中央。這種體系結(jié)構(gòu)是將各類作戰(zhàn)指揮和武器控制功能分別劃分到各臺計算機完成，按照分布對等部署的計算機完成系統(tǒng)各種功能。初級分布式信息系統(tǒng)是通過分布式總線實現(xiàn)資源共享，最終目標(biāo)是在部位、功能、操控上實現(xiàn)完全分布。這種體系結(jié)構(gòu)有配置靈活、容錯性好、抗毀生存能力強的優(yōu)點，但是作戰(zhàn)資源分散，管理成本較高。當(dāng)前，分布式體系結(jié)構(gòu)是國外海軍艦艇指控系統(tǒng)的主流，如美國艦艇自防御系統(tǒng)(Ship Self Defence System，SSDS)，宙斯盾系統(tǒng)(基線7及以后版本)也采用分布式局域網(wǎng)絡(luò)改造，意大利SEAGUARD系統(tǒng)，法國SENIT系統(tǒng)(6-8)，TAVITA C2000系統(tǒng)，TACTICOS系統(tǒng)等。

作為信息系統(tǒng)，艦艇指控系統(tǒng)的技術(shù)體制與計算機技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，進入21世紀(jì)，將開放體系架構(gòu)(Open Architecture，OA)引入分布式系統(tǒng)中已成為一大趨勢，美國于21世紀(jì)初發(fā)布了《開放式體系架構(gòu)設(shè)計指南》，歐美等西方國家開始在艦艇指控系統(tǒng)研制中大量應(yīng)用上述技術(shù)。開放式宙斯盾系統(tǒng)(Aegis OA，實際上是基線7.2以后版本)、新型SENIT系統(tǒng)(SENIT8以后版本)等是開放分布式體系結(jié)構(gòu)的艦艇指控系統(tǒng)的典型代表。

艦艇指控系統(tǒng)的功能內(nèi)涵也隨著體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展而發(fā)展的，由早期的初級情報處理能力發(fā)展到當(dāng)今具備集指揮、控制、通信、計算、殺傷、情報處理、監(jiān)視、偵察(C4KISR)等功能于一體的強大系統(tǒng)。

3　國外主流艦艇指控系統(tǒng)分析

通過分析當(dāng)今西方軍事強國的艦艇指控系統(tǒng)，如美國主戰(zhàn)艦艇大量裝備的SSDS系統(tǒng)、宙斯盾(Aegis)系統(tǒng)、法國的SENIT系統(tǒng)以及在國際市場得到廣泛認可的作戰(zhàn)管理系統(tǒng)——TACTICOS等，還有近年服役的DDG1000型艦上新一代的基于全艦計算環(huán)境的指控系統(tǒng)，可以看出，國外主流水面艦艇指控系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)、裝備組成和系統(tǒng)功能幾個方面呈現(xiàn)出諸多特點。

3.1體系架構(gòu)

為了便于計算機設(shè)備的大規(guī)模應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)化連接，開放式體系架構(gòu)應(yīng)運而生，也得到了西方軍事強國的廣泛重視，其基本模型如圖1所示[4～7]。應(yīng)用了這種體系架構(gòu)的艦艇指控系統(tǒng)具有可移植性、可互操作性、可剪裁性以及易獲得性四個方面的好處。在原有分布式體系結(jié)構(gòu)優(yōu)點的基礎(chǔ)上引入開放式架構(gòu)，一方面使其計算資源能夠充分共享，性能可以跟上商用軟硬件科技水平的發(fā)展；另一方面，采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的軟件中間件和應(yīng)用接口屏蔽了底層不同硬件基礎(chǔ)設(shè)施的不同需求，極大地有利于聚焦業(yè)務(wù)功能研究，也方面擴展升級。采用開放分布式體系結(jié)構(gòu)的艦艇指控系統(tǒng)使一套系統(tǒng)的開發(fā)成果可運用于多種艦艇，并對多行業(yè)、多團隊大范圍的合作式開發(fā)成起到了促進作用。

圖1　開放式體系架構(gòu)典型基本模型

3.2裝備組成

與常規(guī)的信息系統(tǒng)相同，艦載指控系統(tǒng)主要由軟件和硬件兩部分組成。

1)軟件組成

軟件部分主要由基礎(chǔ)軟件平臺、支持軟件和應(yīng)用軟件等部分組成。其中：基礎(chǔ)軟件平臺為系統(tǒng)開發(fā)、運行、維護提供軟件環(huán)境，涵蓋操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、圖形圖像、數(shù)據(jù)庫等多種基礎(chǔ)軟件；支持軟件作為公用業(yè)務(wù)軟件提供文電處理、地理信息系統(tǒng)等通用業(yè)務(wù)功能。應(yīng)用軟件是完成數(shù)據(jù)融合、目標(biāo)識別、計劃作業(yè)等作戰(zhàn)指揮功能的業(yè)務(wù)性軟件，其標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的趨勢明顯，TACTICOS系統(tǒng)、DDG1000艦指控系統(tǒng)已完全實現(xiàn)了業(yè)務(wù)軟件的“構(gòu)件化”[8]。

2)硬件組成

硬件部分主要由信息處理、指揮控制、網(wǎng)絡(luò)通信、輔助設(shè)備等部分組成。

信息處理設(shè)備完成信息處理和輔助決策等計算處理功能。如TACTICOS系統(tǒng)采用了一系列符合商用標(biāo)準(zhǔn)的加固計算機，劃時代的DDG1000艦指控系統(tǒng)則直接依托全艦計算環(huán)境完成上述功能。

圖2　DDG1000艦全艦計算環(huán)境EME

指揮控制設(shè)備完成信息顯示、計劃作業(yè)、作戰(zhàn)資源指揮控制等顯示控制功能。如TACTICOS系統(tǒng)配置有若干多功能顯控臺(較新型號為MOC MK4，Multifunction Operator Consoles MK4，由符合商用標(biāo)準(zhǔn)的工作站計算機、高分辨率LCD顯示器以及外圍操控裝置組成)，DDG1000艦指控系統(tǒng)則采用通用顯示設(shè)備(Common Display System，CDS)完成上述功能。

圖3　DDG1000艦通用顯示設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備完成數(shù)據(jù)、圖像、視頻、語音等各類信息的交換和傳輸。TACTICOS系統(tǒng)、DDG1000艦指控系統(tǒng)等均采用冗余以太網(wǎng)，目前絕大多數(shù)艦載指控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信均趨向采用以太網(wǎng)技術(shù)體制。

輔助設(shè)備主要完成系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控、故障檢測、模擬訓(xùn)練和記錄重放等功能。

3.3系統(tǒng)功能

相對于常規(guī)系統(tǒng)，現(xiàn)役先進艦艇指控系統(tǒng)在功能上體現(xiàn)出如下特點：

1)綜合化控制

早期指控系統(tǒng)主要完成高層次信息處理、作戰(zhàn)資源狀態(tài)管理等功能，這是由于當(dāng)時的體系結(jié)構(gòu)以及處理能力所限。隨著作戰(zhàn)需求和技術(shù)的發(fā)展，指控系統(tǒng)對作戰(zhàn)資源由管理發(fā)展到管控，操控關(guān)系變得更加直接、全面和深入，信息交互效率更高，控制流程更簡潔。TACTICOS系統(tǒng)配置標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口單元(Data Interface Unit，DIU)，使控制臺不僅能夠完成情報顯示、綜合協(xié)調(diào)和方面作戰(zhàn)指揮，還集成了傳感器、武器以及通信的要素級控制能力；DDG1000艦雙波段雷達和先進艦炮系統(tǒng)已實現(xiàn)“無人化”，直接由指控系統(tǒng)遙控，更好地實現(xiàn)全艦一體化綜合指揮控制。

2)多樣化部署形式

現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭的新形勢下，戰(zhàn)場空前擴大，情報信息堆積如山，作戰(zhàn)節(jié)奏明顯加快，有利戰(zhàn)機稍縱即逝，這些要求作戰(zhàn)指揮人員快速、靈活獲得戰(zhàn)場信息和人機交互功能支持，進而對指控系統(tǒng)多樣化功能部署提出了需求。現(xiàn)役先進艦艇指控系統(tǒng)的顯控功能摒棄了傳統(tǒng)的與某一設(shè)備綁定的設(shè)計，具有按權(quán)限和按需求靈活配置的能力，從而增強了系統(tǒng)對作戰(zhàn)任務(wù)和使用需求的適應(yīng)能力，提高了設(shè)備資源的利用率，同時也增強了抗毀生存能力。TACTICOS系統(tǒng)的多功能顯控臺及DDG1000系統(tǒng)通用顯示設(shè)備的功能均是基于崗位角色的不同而靈活定制。

圖4　TACTICOS典型艙室布局

4　艦載指揮控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢及建議

4.1艦載指揮控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢

先進的艦載指揮控制系統(tǒng)是適應(yīng)未來高技術(shù)條件下戰(zhàn)爭所不可缺少的重要部分，艦載指揮控制系統(tǒng)技術(shù)的的發(fā)展程度與未來艦艇的作戰(zhàn)能力息息相關(guān)。外軍在水面艦艇指揮控制系統(tǒng)建設(shè)方面體現(xiàn)出以下的發(fā)展趨勢[9～10]：

1)強化頂層設(shè)計，采用分布開放體系架構(gòu)，系統(tǒng)功能可重組、可配置，易于擴展、升級；

2)能實現(xiàn)從傳感器探測到武器交戰(zhàn)整個作戰(zhàn)過程的高度自動化，智能化的輔助決策，實現(xiàn)兵力武器的自協(xié)同與自同步；

3)提供實施任務(wù)規(guī)劃、指揮控制、任務(wù)執(zhí)行以及資源管理的手段、工具和方法，可實現(xiàn)作戰(zhàn)資源的統(tǒng)一管理與綜合利用；

4)平臺資源與作戰(zhàn)資源的一體化，全方位的情報信息保障，實現(xiàn)信息的按需處理、按需分發(fā)與按需獲?。?/p>

5)將實現(xiàn)指揮控制系統(tǒng)自然友好的人機交互提升到一個重要地位，大量引入新概念、新技術(shù)。

另外，現(xiàn)代指揮控制系統(tǒng)為了適應(yīng)非接觸作戰(zhàn)的發(fā)展，發(fā)展了對無人化的新裝備的指揮控制能力；在實現(xiàn)戰(zhàn)備訓(xùn)練一體化，訓(xùn)練實戰(zhàn)化、數(shù)字化，實時化的維修也有所突破，提升了綜合保障能力。

4.2艦艇指控系統(tǒng)發(fā)展建議

艦載指揮控制系統(tǒng)經(jīng)過近半個世紀(jì)的發(fā)展，其體系結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成、功能內(nèi)涵等方面隨著作戰(zhàn)需求的改變和業(yè)界技術(shù)的發(fā)展發(fā)生了翻天覆地的變化，呈現(xiàn)了諸多特點，通過對當(dāng)今先進的指揮控制系統(tǒng)及其技術(shù)的比較分析，借鑒其先進的經(jīng)驗[10～11]，結(jié)合當(dāng)前的發(fā)展情況，艦艇指揮控制系統(tǒng)為了應(yīng)對未來海戰(zhàn)場環(huán)境，在以下幾個方面需要得到重點發(fā)展。

1)一體化跨平臺體系

打破傳統(tǒng)指控系統(tǒng)間的分立的或“煙囪式”的體系架構(gòu)，利用先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線通信技術(shù)將作戰(zhàn)艦船內(nèi)部各單元、跨平臺不同系統(tǒng)間、甚至各兵種間的指揮控制系統(tǒng)連接成一個有機的整體。加強指控系統(tǒng)設(shè)計研制的統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)化管理，通過系統(tǒng)硬件和軟件的模塊標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)件化，逐步解決各系統(tǒng)之間的兼容性問題；采用開發(fā)分布式體系架構(gòu)，使系統(tǒng)具備良好的擴展性，從而顯著提高作戰(zhàn)指揮的及時性和有效性，最終實現(xiàn)指揮控制系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、信息互通和用戶互操作，以及陸、海、空、天、電一體化的聯(lián)合作戰(zhàn)行動。

2)全維戰(zhàn)場態(tài)勢感知

未來新形勢戰(zhàn)場環(huán)境下，作戰(zhàn)信息量大，作戰(zhàn)節(jié)奏快，指揮員對信息的感知獲取提出了更高的要求，因此，未來的指揮控制系統(tǒng)應(yīng)具備全維戰(zhàn)場態(tài)勢感知能力。全維的戰(zhàn)場態(tài)勢感知，包括對空中、海面、水下及岸上戰(zhàn)場目標(biāo)信息，還有電磁空間信息、頻譜分布信息和非實時的技部偵情報等的全面獲取、綜合處理、按需展示。通過上述全面的綜合處理，指揮控制系統(tǒng)能為指揮員展現(xiàn)準(zhǔn)確、一致、滿足作戰(zhàn)要求的戰(zhàn)場態(tài)勢，為指揮員作出正確決策奠定基礎(chǔ)。

3)智能指揮決策支持

隨著決策理論、人工智能、人機工程等學(xué)科的發(fā)展，先進艦艇指控系統(tǒng)的決策支持朝著的智能化、主動式、引導(dǎo)式發(fā)展。將作戰(zhàn)指揮與計算機等信息科學(xué)技術(shù)深入融合，利用專家系統(tǒng)以及各類知識庫、模型庫、規(guī)則庫和方案庫，使上述智慧成果與作戰(zhàn)指揮決策控制過程有機結(jié)合，提供智能輔助工具和主動決策建議，使作戰(zhàn)過程中為指揮員的戰(zhàn)術(shù)決策、方案制定由傳統(tǒng)的人工單向輸入向人機互動轉(zhuǎn)變。指揮決策支持的智能化不是為了取代指揮

員去進行指揮決策，而是為了更高效地貫徹指揮員的意志，提高作戰(zhàn)指揮效率。

4)自然人機交互界面

本文開頭已指出，廣義的指控系統(tǒng)是指會員與指控設(shè)備的綜合體，是典型的“人-機”系統(tǒng)?？梢哉f，艦艇指控系統(tǒng)不同于艦載其它任何作戰(zhàn)裝備，它是直接支撐指揮員指揮藝術(shù)發(fā)揮的“舞臺”，其可用性、友好性直接關(guān)系到指揮員的作戰(zhàn)意圖能否正確、順暢、快捷地反映到艦艇其它作戰(zhàn)裝備上。先進的顯示技術(shù)、多模態(tài)交互技術(shù)在指揮控制系統(tǒng)中恰當(dāng)?shù)膽?yīng)用能顯著提高指揮員態(tài)勢感知、指揮決策的效率，縮短指揮控制反應(yīng)時間。

5　結(jié)論

現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭的新形勢下，艦艇指控系統(tǒng)作為海上作戰(zhàn)的核心裝備，隨著作戰(zhàn)使用需求的不斷深化，信息技術(shù)的不斷發(fā)展，先進艦艇指控系統(tǒng)必將是未來的研究熱點，借鑒和吸收國際先進艦艇指控系統(tǒng)的研究成果，在體系架構(gòu)、態(tài)勢感知、決策支持和人機交互等幾方面進行重點攻關(guān)，特別要重視將理論上的概念模型轉(zhuǎn)化為實際可用的產(chǎn)品，使艦艇指控系統(tǒng)滿足高技術(shù)條件下海上作戰(zhàn)需求，成為名副其實的作戰(zhàn)效能“倍增器”。

參 考 文 獻

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*收稿日期：2015年10月4日,修回日期：2015年11月9日

作者簡介：方興，男，碩士，工程師，研究方向：艦船作戰(zhàn)系統(tǒng)綜合保障。

中圖分類號TN97

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.04.005

Analysis of Shipborne Command and Control System Development

FANG Xing

(No.1 Canglong North Road, Wuhan430205)

AbstractThe development history of the shipborne command and control (C2) system is summarized. Four development stages of the system architecture are emphatically introduced. The structure, compasition and function of the advanced shipborne command and control systems of the western countries are analysed. The future development trend of shipborne command and control system is also researched. Then it is adviced that the integrative system of multi-platform, comprehensive situation awareness, intelligentized combat decision support natural man-machine interaction need to be enhanced.

Key Wordscommand and control system, naval warfare, open architecture, distributed system