李 燁，戴征堅(jiān)，王 棟

（海軍裝備研究院，北京 100161）

艦艇對(duì)空自防御系統(tǒng)集成優(yōu)化方法

李 燁，戴征堅(jiān)，王 棟

（海軍裝備研究院，北京 100161）

艦艇對(duì)空自防御系統(tǒng)的集成優(yōu)化設(shè)計(jì)是提高系統(tǒng)使用性能的重要途徑，系統(tǒng)地分析了艦艇對(duì)空自防御系統(tǒng)集成優(yōu)化的總體思路和主要工作內(nèi)容，提出了采用開(kāi)放式體系架構(gòu)和基于公共計(jì)算服務(wù)環(huán)境技術(shù)的艦艇對(duì)空自防御系統(tǒng)集成優(yōu)化方案。

反艦巡航導(dǎo)彈；艦艇自防御系統(tǒng)；系統(tǒng)集成；全艦計(jì)算環(huán)境

反艦巡航導(dǎo)彈具有速度快、機(jī)動(dòng)性好、抗電子干擾能力強(qiáng)、發(fā)射平臺(tái)多樣等特點(diǎn)，因此對(duì)其進(jìn)行探測(cè)與跟蹤的難度很大［1］。艦艇對(duì)空自防御系統(tǒng)主要由對(duì)空傳感器，作戰(zhàn)指揮控制設(shè)備，電子戰(zhàn)、近末端艦空導(dǎo)彈及反導(dǎo)艦炮等各型設(shè)備組成。早期的兩棲艦、航母等大型艦船的傳感器、指控設(shè)備、防空武器均是相對(duì)獨(dú)立配置，其探測(cè)、跟蹤，威脅判斷和交戰(zhàn)決策，火力打擊等一系列過(guò)程需要繁瑣的人工干預(yù)環(huán)節(jié)，從而使系統(tǒng)自動(dòng)化程度低、反應(yīng)速度慢。為提升對(duì)空自防御能力，美國(guó)海軍首先成功開(kāi)發(fā)了艦艇自防御系統(tǒng)（SSDS），SSDS可將各種傳感器、防御武器及指揮控制系統(tǒng)集成為一體，采用人工智能技術(shù)和基于作戰(zhàn)規(guī)則的戰(zhàn)術(shù)輔助決策技術(shù)，通過(guò)綜合使用軟硬武器摧毀來(lái)襲目標(biāo)，極大提高了對(duì)空防御作戰(zhàn)效能。

本文結(jié)合艦艇對(duì)空自防御系統(tǒng)的使用特點(diǎn)，從提高系統(tǒng)的集成優(yōu)化設(shè)計(jì)水平和綜合作戰(zhàn)使用效能出發(fā)，采用開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)和全艦計(jì)算環(huán)境技術(shù)實(shí)現(xiàn)艦艇對(duì)空自防御系統(tǒng)的集成優(yōu)化設(shè)計(jì)，并提出了初步的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案。

1 總體思路

艦艇對(duì)空自防御系統(tǒng)組成復(fù)雜，涉及裝備種類和數(shù)量多，技術(shù)領(lǐng)域廣，通常以分系統(tǒng)為單元的集成設(shè)計(jì)模式雖保留了分系統(tǒng)的完整性，但影響了裝備綜合作戰(zhàn)使用效能和質(zhì)量效益的提高，具體表現(xiàn)為：1）沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)自頂向下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，各分系統(tǒng)的功能和資源配置重疊，影響系統(tǒng)整體效費(fèi)比；2）功能部署不合理，交互環(huán)節(jié)多、作戰(zhàn)使用流程較復(fù)雜，影響作戰(zhàn)效率［2］；3）系統(tǒng)缺少資源統(tǒng)一管理、綜合使用功能，尤其是缺少基于交戰(zhàn)規(guī)則和武器作戰(zhàn)效能的傳感器、軟硬武器等綜合使用策略，影響系統(tǒng)整體作戰(zhàn)效能；4）各分系統(tǒng)自成體系，軟硬件耦合度高，缺乏統(tǒng)一的系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)與集成標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)資源和信息共享程度較低，軟件通用性和可移植性差，難以有效支持系統(tǒng)顯控、處理等硬件資源的集成優(yōu)化，難以支持系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)武器通道靈活組配和快速構(gòu)建；5）標(biāo)準(zhǔn)化水平和部分設(shè)備的操控自動(dòng)化程度不高，需要人工操作的環(huán)節(jié)較多，一定程度上影響了系統(tǒng)作戰(zhàn)的快速反應(yīng)能力。

針對(duì)上述不足，艦艇對(duì)空自防御系統(tǒng)集成優(yōu)化通過(guò)頂層設(shè)計(jì)與優(yōu)化，使系統(tǒng)的信息和資源能夠共享與綜合利用，使用流程更加便捷，裝備和人力資源配置更加科學(xué)、合理，從而充分發(fā)揮系統(tǒng)所配置資源的作戰(zhàn)使用效能?？傮w思路為：1）統(tǒng)籌作戰(zhàn)要素、提升綜合效能，緊密圍繞作戰(zhàn)需求，將各要素納入對(duì)空自防御系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，確保作戰(zhàn)資源靈活使用、作戰(zhàn)過(guò)程快捷順暢；2）優(yōu)化使用流程、便捷作戰(zhàn)使用，針對(duì)不同作戰(zhàn)環(huán)境，結(jié)合系統(tǒng)武器裝備配置及其能力變化，優(yōu)化作戰(zhàn)使用流程；3）優(yōu)化人機(jī)界面設(shè)計(jì)，科學(xué)統(tǒng)籌作戰(zhàn)資源使用、提高信息交換和設(shè)備操作的效率，提高設(shè)備信息化、自動(dòng)化水平［3］；4）開(kāi)放系統(tǒng)設(shè)備、整合重復(fù)及優(yōu)化系統(tǒng)功能，采用開(kāi)放式軟硬件體系結(jié)構(gòu)，構(gòu)建公共信息基礎(chǔ)設(shè)施，全面優(yōu)化系統(tǒng)功能模塊組成、軟硬資源配置，避免系統(tǒng)功能重復(fù)。

2 艦艇對(duì)空自防御系統(tǒng)集成優(yōu)化

艦艇對(duì)空自防御系統(tǒng)集成優(yōu)化主要包括系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)優(yōu)化、系統(tǒng)作戰(zhàn)使用流程優(yōu)化、系統(tǒng)物理組成優(yōu)化等。

2.1 系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)優(yōu)化

艦艇對(duì)空自防御系統(tǒng)按功能主要分為信息獲取、指揮控制和軟硬武器攔截等功能。信息獲取主要是根據(jù)指揮控制的指令，操作控制相應(yīng)設(shè)備完成相應(yīng)的探測(cè)和目標(biāo)跟蹤等任務(wù)；指揮控制主要輔助指揮員完成作戰(zhàn)的決策和各種軟硬武器控制，實(shí)施綜合對(duì)空自防御作戰(zhàn)；軟硬武器攔截主要是根據(jù)指揮控制的指令，控制相應(yīng)武器完成對(duì)目標(biāo)的打擊任務(wù)等。從功能優(yōu)化角度，信息獲取的顯控功能、情報(bào)編輯、目標(biāo)管理等功能可進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，指揮控制可以軟硬防御武器集中指揮、綜合使用為主，并在武器部位配置單武器（火力）控制功能。同時(shí)，艦艇對(duì)空自防御系統(tǒng)軟件可采用層次化結(jié)構(gòu)，分為核心層、中間層、基礎(chǔ)支撐層、應(yīng)用層。核心層包括操作系統(tǒng)，以及設(shè)備驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理和安全管理等軟件；中間層包括各類軟件中間件，屏蔽硬件設(shè)施和操作系統(tǒng)差異；基礎(chǔ)支撐層包括信息傳輸、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算資源管理、圖形／表頁(yè)顯示支持等基礎(chǔ)的軟件；應(yīng)用層主要包括完成系統(tǒng)規(guī)定使命任務(wù)所需的功能性應(yīng)用軟件。

2.2 系統(tǒng)作戰(zhàn)使用流程優(yōu)化

1）優(yōu)化傳感器資源管控流程。艦載對(duì)空傳感器常采用單機(jī)單控方式，傳感器之間一般不進(jìn)行相互引導(dǎo)；艦艇對(duì)空自防御系統(tǒng)需要增加對(duì)傳感器資源統(tǒng)一管理功能及其使用流程，實(shí)現(xiàn)相互引導(dǎo)探測(cè)和傳感器資源綜合利用，提高對(duì)目標(biāo)的探測(cè)距離以及跟蹤的穩(wěn)定性和精確性。2）優(yōu)化多武器綜合使用流程。針對(duì)艦艇對(duì)空自防御系統(tǒng)配裝了艦空導(dǎo)彈、反導(dǎo)艦炮、電子對(duì)抗設(shè)備等多種近、末端對(duì)空防御武器的情況，為避免在面對(duì)飽和攻擊時(shí)，各武器都進(jìn)行自主決策打擊，導(dǎo)致目標(biāo)分配不清，艦艇對(duì)空自防御系統(tǒng)需要對(duì)多武器綜合使用流程進(jìn)行優(yōu)化：由指揮員根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)與威脅情況決定各種武器工作方式，適時(shí)綜合組織各武器梯次對(duì)抗來(lái)襲目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)統(tǒng)一分配，形成多武器的綜合作戰(zhàn)能力［4］。

2.3 系統(tǒng)物理組成優(yōu)化

在確保安全可靠及滿足系統(tǒng)功能、戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能要求前提下，減少設(shè)備種類和數(shù)量，合理布置裝備，便于使用。重點(diǎn)提高傳感器、指揮控制和軟硬武器裝備使用的自動(dòng)化水平，降低相關(guān)設(shè)備對(duì)人員的依賴性；提高雷達(dá)建航、軟硬武器使用決策、目標(biāo)分配、通道組織、武器控制等功能的自動(dòng)化水平，提升艦艇對(duì)空自防御系統(tǒng)的快速反應(yīng)能力和作戰(zhàn)效能。同時(shí)，提高裝備的輕小型化和通用化水平，最大程度減小對(duì)艦上空間資源的占用；盡可能將功能軟件化實(shí)現(xiàn)，共享信息資源、信息處理資源、顯控資源、網(wǎng)絡(luò)資源和數(shù)據(jù)庫(kù)資源。

3 實(shí)施方案

為便于系統(tǒng)集成優(yōu)化，滿足作戰(zhàn)能力持續(xù)發(fā)展的需求，提高對(duì)空防御作戰(zhàn)效能，應(yīng)按照開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)開(kāi)展系統(tǒng)集成，對(duì)裝備內(nèi)各個(gè)具體的功能進(jìn)行合理分解和規(guī)范化描述，準(zhǔn)確定義每個(gè)功能標(biāo)準(zhǔn)的信息和數(shù)據(jù)的輸入輸出關(guān)系，形成系統(tǒng)總體集成設(shè)計(jì)要求與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；構(gòu)建系統(tǒng)的公共計(jì)算服務(wù)環(huán)境，即采用高性能計(jì)算服務(wù)器、大容量存儲(chǔ)設(shè)備、顯控臺(tái)的任務(wù)計(jì)算機(jī)、操作系統(tǒng)等組成為一個(gè)公共計(jì)算服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施，為各系統(tǒng)統(tǒng)一提供高性能實(shí)時(shí)計(jì)算和存儲(chǔ)等服務(wù)，并優(yōu)化其系統(tǒng)組成、主要功能和性能、系統(tǒng)組織和運(yùn)行方式等。

3.1 系統(tǒng)組成

艦艇對(duì)空自防御系統(tǒng)組成包括硬件設(shè)備和應(yīng)用軟件（見(jiàn)圖1）。硬件設(shè)備基于開(kāi)放式體系架構(gòu)構(gòu)建，即保留原有各分系統(tǒng)的基本形態(tài)和信號(hào)級(jí)處理功能，剝離傳感器、軟硬武器的數(shù)據(jù)處理硬件功能，以軟件形態(tài)部署于公共計(jì)算服務(wù)系統(tǒng)。

對(duì)空自防御系統(tǒng)的應(yīng)用軟件包括采用構(gòu)件化方法開(kāi)發(fā)的雷達(dá)、紅外、電子偵察等傳感器功能軟件，以及指揮控制裝備的多源信息融合處理及目標(biāo)綜合識(shí)別、空中態(tài)勢(shì)生成、威脅判斷、反導(dǎo)及電子戰(zhàn)武器使用方案生成等軟件；這些軟件運(yùn)行于公共計(jì)算服務(wù)系統(tǒng)，為對(duì)空自防御系統(tǒng)有關(guān)傳感器、指揮控制、軟硬武器等提供服務(wù)。

公共計(jì)算服務(wù)系統(tǒng)采用軟硬件分離、數(shù)據(jù)與應(yīng)用分離的設(shè)計(jì)，其中硬件包括多個(gè)高性能服務(wù)器、高性能存儲(chǔ)設(shè)備、數(shù)據(jù)交換設(shè)備、多功能顯控終端等；軟件包括各種操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、硬件驅(qū)動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)軟件支撐環(huán)境，各種專用設(shè)備驅(qū)動(dòng)與中間件、資源管理與安全服務(wù)相關(guān)中間件，服務(wù)化運(yùn)行和管理環(huán)境，信息共享、人機(jī)交互功能支持模塊等［5］。

圖1 基于公共計(jì)算服務(wù)環(huán)境技術(shù)的艦艇對(duì)空自防御系統(tǒng)組成示意圖

3.2 系統(tǒng)主要功能和使用性能

1）提供標(biāo)準(zhǔn)化的、服務(wù)化的計(jì)算、存儲(chǔ)、顯示、數(shù)據(jù)交換等硬件設(shè)備，業(yè)務(wù)功能軟件基于標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的構(gòu)件模型，通用業(yè)務(wù)功能軟件不依賴于特定的硬件設(shè)備；2）支持各類業(yè)務(wù)功能軟件的統(tǒng)一管理、集中部署，支持艦艇對(duì)空自防御系統(tǒng)基于獨(dú)立的業(yè)務(wù)功能軟件實(shí)施快速集成；3）提供軟件構(gòu)件建模、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、組裝、調(diào)試、集成、運(yùn)行等全生命周期過(guò)程支持；4）支持服務(wù)化軟件部署、運(yùn)行；5）支持根據(jù)作戰(zhàn)使用要求對(duì)作戰(zhàn)流程進(jìn)行靈活定制，對(duì)戰(zhàn)位功能進(jìn)行配置和遷移，支持根據(jù)使用需求靈活配置各操作戰(zhàn)位和應(yīng)用功能；6）滿足傳感器數(shù)據(jù)處理、信息融合與目標(biāo)識(shí)別、戰(zhàn)術(shù)計(jì)算、輔助決策、火控解算等強(qiáng)實(shí)時(shí)／實(shí)時(shí)／準(zhǔn)實(shí)時(shí)計(jì)算處理及服務(wù)要求，滿足艦艇對(duì)空自防御決策反應(yīng)時(shí)間要求；7）實(shí)現(xiàn)計(jì)算、存儲(chǔ)等資源共享，根據(jù)系統(tǒng)各類設(shè)備的業(yè)務(wù)需求，提供自動(dòng)或人工兩種方式調(diào)配；8）計(jì)算節(jié)點(diǎn)故障或損毀情況下，系統(tǒng)能夠自動(dòng)選擇其他正常計(jì)算節(jié)點(diǎn)恢復(fù)功能［6］；9）系統(tǒng)臺(tái)位故障或損毀情況下，能夠指定其它臺(tái)位恢復(fù)故障臺(tái)位業(yè)務(wù)功能等。

3.3 系統(tǒng)組織和運(yùn)行方式

各分系統(tǒng)或設(shè)備軟件將部署、運(yùn)行在公共計(jì)算服務(wù)系統(tǒng)所提供的軟硬件信息基礎(chǔ)設(shè)施上。利用公共計(jì)算服務(wù)系統(tǒng)所提供的軟件服務(wù)化和人機(jī)界面應(yīng)用支撐功能，將各應(yīng)用驗(yàn)證設(shè)備中與專用設(shè)備無(wú)關(guān)的應(yīng)用軟件按照顯示控制與任務(wù)處理功能分開(kāi)進(jìn)行設(shè)計(jì)與研制。顯示控制軟件部署、運(yùn)行在公共計(jì)算服務(wù)系統(tǒng)所提供的多功能顯控終端中，各臺(tái)位具備相互替換和人機(jī)界面重組的能力。任務(wù)處理軟件將部署、運(yùn)行在公共計(jì)算服務(wù)系統(tǒng)的服務(wù)器中，綜合利用公共計(jì)算、存儲(chǔ)設(shè)備所提供的計(jì)算、存儲(chǔ)資源實(shí)現(xiàn)各類信息處理、存儲(chǔ)功能。通過(guò)上述應(yīng)用部署模式能夠支持系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟件與硬件解耦、計(jì)算與顯示分離。

圖2 基于公共計(jì)算服務(wù)環(huán)境技術(shù)的艦艇對(duì)空自防御系統(tǒng)組織和運(yùn)行示意圖

艦艇對(duì)空自防御系統(tǒng)在實(shí)施對(duì)空自防御作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)，系統(tǒng)可根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)和獲取的情報(bào)信息，組織本艦傳感器對(duì)低空、超低空區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)視搜索；接收探測(cè)信息，利用雷達(dá)、紅外警戒、電子偵察等設(shè)備對(duì)目標(biāo)不同物理特征的探測(cè)，以及傳感器探測(cè)能力互補(bǔ)特點(diǎn)，在公共計(jì)算服務(wù)系統(tǒng)中進(jìn)行多源信息融合處理及目標(biāo)綜合識(shí)別、威脅判斷，形成空中態(tài)勢(shì)并推送空中態(tài)勢(shì)管理戰(zhàn)位進(jìn)行顯示；完成對(duì)空自防御態(tài)勢(shì)進(jìn)行分析，做出艦艇機(jī)動(dòng)決策建議和近、末端自防御決策計(jì)算，形成近、末端防御武器使用方案，完成軟硬武器通道組織、目標(biāo)分配和規(guī)避機(jī)動(dòng)決策并進(jìn)行顯示；自動(dòng)或半自動(dòng)方式向相關(guān)武器下達(dá)目標(biāo)指示；實(shí)時(shí)監(jiān)視各武器交戰(zhàn)狀態(tài)，必要時(shí)在相關(guān)指揮戰(zhàn)位及時(shí)下達(dá)作戰(zhàn)干預(yù)命令等［7］。

4 結(jié)束語(yǔ)

艦艇對(duì)空自防御系統(tǒng)采用開(kāi)放式體系架構(gòu)和基于公共計(jì)算服務(wù)環(huán)境技術(shù)進(jìn)行集成優(yōu)化設(shè)計(jì)后，將產(chǎn)生顯著的綜合效益：1）可支持系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源統(tǒng)一管理，大幅提升計(jì)算資源使用效率和計(jì)算能力；2）可降低設(shè)備規(guī)模和重量，減少系統(tǒng)集成的難度；3）可減少信息流通環(huán)節(jié)，縮短了對(duì)空自防御決策反應(yīng)時(shí)間；4）可提升信息綜合處理的效能，態(tài)勢(shì)完整性更好，目標(biāo)威脅判斷可信度更高［8］；5）可增強(qiáng)系統(tǒng)抗毀能力，計(jì)算設(shè)備受損后功能自動(dòng)遷移和系統(tǒng)配置重組，部分計(jì)算設(shè)備失效時(shí)，仍能完成對(duì)空自防御等基本計(jì)算功能運(yùn)行等。

［1］ 王航宇.艦載火控原理［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2014.

［2］ 李皓，王媛.知識(shí)驅(qū)動(dòng)的艦艇編隊(duì)信息系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)方法［J］.艦船電子工程，2013，33（7）：1?7.

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［4］ Network Centric Operations Conceptual Framework Ver?sion1.0.prepared for：John Garstka，Office of Force Transformation［M］.Preparedby：EvidenceBased Research，Inc.Novermber，2003：5?10.

［5］ Min?yong Li，Xiao?rui Zhang.Theoretical Analysis on Au?tomatization and Human?Machine Combination［C］.2009 International Conference on Intelligent Human?Machine Systems and Cybernetics，Hangzhou，China，2009.

［6］ BARAT A，BARTHELEMY M，VESPIGNANI A.Weighted evolvingnetworks：couplingtopologyandweighted dynamics［J］.Phys Rev Lett，2004（92）：228701.

［7］ 耿奎，李為民，趙晨光.攻防一體網(wǎng)絡(luò)化防空作戰(zhàn)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)［J］.火力與指揮控制，2005，30（7）：9?10.

［8］ 尤曉航.國(guó)外海軍典型C4I及武器系統(tǒng)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007：84?91.

Integration Method of Ship's Aerial Defence Systems

LI Ye，DAI Zheng?jian，WANG Dong
（Naval Academy of Armament，Beijing 100161，China）

It is an important approach to design the ship's aerial defence systems by integration method.The thoughtway and main work content are considered systemly for the integration method of ship's aerial defence systems.The integration method of ship's aerial defence systems is given based on the open architecture and total ship computing environment.

anti?ship cruise missile；Ship Self?Defense Systems（SSDS）；system integration；total ship computing environ?ment（TSCE）

U674.70；E917

A

10.3969／j.issn.1673?3819.2016.06.022

1673?3819（2016）06?0105?04

2016?06?20

2016?07?10

李 燁（1987?），男，山東青島人，碩士，工程師，研究方向?yàn)榕炌ё鲬?zhàn)系統(tǒng)。

戴征堅(jiān)（1968?），男，博士，高級(jí)工程師。

王 棟（1981?，男，碩士，工程師。