溫 洪，李世令，張 泉

(1.華中科技大學(xué)，湖北 武漢 430074;2.海軍潛艇學(xué)院，山東 青島 266042;3.解放軍92001部隊裝備部，山東 青島 266011)

隨著計算機(jī)、自動控制等技術(shù)的發(fā)展，特別是作戰(zhàn)對象、作戰(zhàn)樣式的變化，潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)對武器實現(xiàn)快速控制的需求日益增加。新一代潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)設(shè)計提出了創(chuàng)新設(shè)計理念，以作戰(zhàn)使用需求為牽引，以提高潛艇綜合作戰(zhàn)效能為目標(biāo)，通過頂層優(yōu)化設(shè)計實現(xiàn)最優(yōu)的作戰(zhàn)效能。潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)除具備對目標(biāo)的警戒、探測跟蹤、數(shù)據(jù)處理、戰(zhàn)場態(tài)勢描述和輔助決策等功能外，其核心需求［1］是對目標(biāo)實施魚雷、導(dǎo)彈攻擊和對敵兵力或來襲魚雷的防御，因此作戰(zhàn)系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)該以指揮員方便靈活地使用武器系統(tǒng)為出發(fā)點，兼顧作戰(zhàn)系統(tǒng)的其他功能。

本文分析借鑒俄羅斯?jié)撏ё鲬?zhàn)系統(tǒng)設(shè)計理念，以如何使作戰(zhàn)系統(tǒng)能夠更好地滿足指揮員對武器系統(tǒng)控制的需求為出發(fā)點，首先分析武器系統(tǒng)的使用需求［2］和潛艇的任務(wù)特點，提出作戰(zhàn)系統(tǒng)的頂層優(yōu)化設(shè)計思想，進(jìn)而給出潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的構(gòu)架，以期對新型潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的頂層優(yōu)化設(shè)計提供參考。

1 俄羅斯?jié)撏ё鲬?zhàn)系統(tǒng)設(shè)計理念

俄羅斯?jié)撏ё鲬?zhàn)系統(tǒng)設(shè)計充分體現(xiàn)了以作戰(zhàn)使用需求為牽引，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以火控系統(tǒng)為核心，與偵察探測系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、武器及其發(fā)射裝置等多個子系統(tǒng)組成了潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)。以火控系統(tǒng)為核心體現(xiàn)在三個方面:1)系統(tǒng)任務(wù)模塊化設(shè)計便于指揮員方便快速的控制使用武器;2)針對潛艇的作戰(zhàn)對象，實現(xiàn)快速攻擊和連續(xù)攻擊;3)系統(tǒng)自動化程度高，實現(xiàn)武器系統(tǒng)集中操控，提高系統(tǒng)作戰(zhàn)反應(yīng)時間。

1.1 符合潛艇攻擊特點的任務(wù)模塊劃分

按潛艇作戰(zhàn)特點劃分任務(wù)模塊，將潛艇攻擊任務(wù)分解為目標(biāo)跟蹤與數(shù)據(jù)處理、本艇導(dǎo)航與姿態(tài)數(shù)據(jù)處理、指揮決策與機(jī)動控制、目標(biāo)運(yùn)動要素解算、魚雷射擊參數(shù)解算、發(fā)射系統(tǒng)準(zhǔn)備、魚雷射前準(zhǔn)備、導(dǎo)彈射擊參數(shù)解算、導(dǎo)彈射前準(zhǔn)備、武器發(fā)射與恢復(fù)等，便于指揮人員根據(jù)戰(zhàn)場環(huán)境需要組合和調(diào)用。

1.2 快速魚雷攻擊能力

潛艇攻擊要求能夠“先敵發(fā)現(xiàn)，先敵攻擊”，特別是對潛攻擊時，由于敵我處于相同的環(huán)境中，潛艇的隱蔽優(yōu)勢不復(fù)存在，當(dāng)我發(fā)現(xiàn)敵時，意味著敵也發(fā)現(xiàn)了我。反潛作戰(zhàn)要求先敵攻擊，系統(tǒng)反應(yīng)速度往往決定了生死。俄羅斯?jié)撏ё鲬?zhàn)系統(tǒng)設(shè)計上從各個方面采取措施以提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度，例如魚雷可長時間“值班”，魚雷準(zhǔn)備時間短等。在潛艇攻擊的各個任務(wù)環(huán)節(jié)上，都采取措施縮短時間。

1.3 連續(xù)魚雷攻擊能力

在對艦魚雷攻擊時，尤其是對編隊目標(biāo)時，潛艇處于水聲環(huán)境的優(yōu)勢地位，往往是潛艇首先發(fā)現(xiàn)水面艦艇。但是潛艇一旦發(fā)射魚雷，由于魚雷的發(fā)射噪聲和航行噪聲，水面艦艇易于發(fā)現(xiàn)潛艇。此時，快速準(zhǔn)備能力不是關(guān)鍵，潛艇必須具備快速連續(xù)魚雷攻擊的能力，既能對護(hù)航艦艇進(jìn)行以攻代守的自衛(wèi)，又可在戰(zhàn)術(shù)條件許可時對同一目標(biāo)實施連續(xù)打擊。

1.4 自動化程度高

通過提高自動化程度來降低操作員的工作量，特別是武器發(fā)射系統(tǒng)的自動化，在減少艇員數(shù)量、人工操作環(huán)節(jié)的同時，縮短攻擊準(zhǔn)備時間。

2 潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)任務(wù)分析

2.1 魚雷攻擊

魚雷攻擊需要完成的幾項任務(wù)包括目標(biāo)數(shù)據(jù)處理、本艇數(shù)據(jù)處理、目標(biāo)運(yùn)動分析、魚雷射擊參數(shù)解算、魚雷射前準(zhǔn)備、發(fā)射系統(tǒng)準(zhǔn)備、武器發(fā)射與恢復(fù)、線導(dǎo)魚雷導(dǎo)引、機(jī)動占位等，這一系列工作通?？捎赏T操作儀器設(shè)備來完成。在魚雷攻擊過程中，指揮員需要做出的指揮決策包括上述任務(wù)的開始時機(jī)，需要手動輸入的數(shù)據(jù)，在水文分析、本艇機(jī)動建議、已知情報等輔助下進(jìn)行攻擊武器、攻擊方式和占位機(jī)動方式等決策。

2.2 潛射反艦巡航導(dǎo)彈攻擊

潛射反艦巡航導(dǎo)彈攻擊與魚雷攻擊相比，其特點是由攻擊一個點變?yōu)楣粢粋€區(qū)域;由單艇單獨攻擊變?yōu)樵诮y(tǒng)一指揮下的火力集中;由需要快速準(zhǔn)備并發(fā)射變?yōu)樽詣踊刂瓢l(fā)射。

潛射反艦巡航導(dǎo)彈攻擊需完成的主要任務(wù)包括目標(biāo)數(shù)據(jù)處理、本艇數(shù)據(jù)處理、目標(biāo)運(yùn)動分析、導(dǎo)彈射擊參數(shù)解算、導(dǎo)彈射前準(zhǔn)備、發(fā)射系統(tǒng)準(zhǔn)備、武器發(fā)射與恢復(fù)、機(jī)動占位、指揮決策等任務(wù)，與魚雷攻擊最大的區(qū)別在于導(dǎo)彈武器具有非快速準(zhǔn)備暴露攻擊等特點，因此導(dǎo)彈射擊參數(shù)解算、導(dǎo)彈射前準(zhǔn)備、發(fā)射系統(tǒng)準(zhǔn)備、武器發(fā)射與恢復(fù)等工作整合為統(tǒng)一的自動化過程。

其他相關(guān)任務(wù)包括軟武器使用，作戰(zhàn)系統(tǒng)的啟動與初始化、斷開、各子系統(tǒng)工況的協(xié)同，受控設(shè)備供電等。

2.3 潛艇攻擊任務(wù)特點

上述各任務(wù)本質(zhì)上是并發(fā)執(zhí)行，有一些有先后關(guān)系，但主要是相互協(xié)作和限制的關(guān)系而非時序關(guān)系。非時序關(guān)系是指設(shè)計作戰(zhàn)系統(tǒng)時，應(yīng)考慮到潛艇攻擊可以在任意時間、整個作戰(zhàn)系統(tǒng)(包括武器和發(fā)射系統(tǒng))的任意狀態(tài)(要求不影響本艇安全)下開始，作戰(zhàn)系統(tǒng)應(yīng)能適應(yīng)這種要求，只有這樣才能真正滿足指揮員對武器系統(tǒng)的控制需求，不能像以往把潛艇攻擊作為一整個過程用流程描述，因為戰(zhàn)場環(huán)境是不可預(yù)測、瞬息萬變的，艇長應(yīng)能始終處于主導(dǎo)地位，而不能被流程牽著走，此外用流程描述潛艇攻擊過程將會使作戰(zhàn)系統(tǒng)設(shè)計變得非常復(fù)雜低效，且各部門的配合也隨之復(fù)雜。

3 作戰(zhàn)系統(tǒng)設(shè)計原則及構(gòu)架

3.1 優(yōu)化設(shè)計原則

作戰(zhàn)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計原則是資源共享、系統(tǒng)集約、功能高效和集中操控。核心就是整合，包括技術(shù)實現(xiàn)和操作邏輯兩個層面。技術(shù)實現(xiàn)上，使用計算機(jī)分布式控制;操作邏輯上，科學(xué)劃分任務(wù)。具體包括:1)將作戰(zhàn)系統(tǒng)相關(guān)部門的設(shè)備在作戰(zhàn)時通過集中人-機(jī)操控界面實現(xiàn)其顯示與操作控制;2)將潛艇作戰(zhàn)行動的各個工作環(huán)節(jié)按任務(wù)分工劃分，相對獨立的任務(wù)模塊有利于將復(fù)雜問題化為多個簡單問題的組合，指揮員不需要考慮技術(shù)實現(xiàn)，也進(jìn)一步減少各部門的協(xié)同，可以專心于指揮決策，避免了指揮員被攻擊流程牽著走的被動局面，更方便指揮員自主行為的實現(xiàn);3)指揮與控制自動化，在發(fā)射系統(tǒng)等實現(xiàn)機(jī)械化的前提下，自動完成發(fā)射系統(tǒng)準(zhǔn)備和武器發(fā)射控制，以減少電子設(shè)備的影響并提高可靠性和減少準(zhǔn)備時間，在此基礎(chǔ)上使用信息化手段完成遠(yuǎn)程集中操控與監(jiān)視。

作戰(zhàn)系統(tǒng)除滿足潛艇攻擊和防御行動的使用需求外，還需要滿足裝備性能包括系統(tǒng)供電、可靠性、易用性、自動化、可擴(kuò)充、實時性、靈活性等要求。

優(yōu)化設(shè)計首先從滿足需求著手進(jìn)行功能或者說是任務(wù)劃分，由此產(chǎn)生邏輯上的任務(wù)模塊(或稱算題)的概念，即從潛艇攻擊與防御行動的角度劃分模塊。然后挑出適應(yīng)以上功能和性能要求的、并有一定前瞻性和易于擴(kuò)充的技術(shù)來實現(xiàn)。現(xiàn)階段分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)能夠滿足要求［3］，未來采用智能信號器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的現(xiàn)場總線技術(shù)。人機(jī)界面設(shè)計應(yīng)集成、自動，利用模塊進(jìn)行邏輯化。

3.2 作戰(zhàn)系統(tǒng)構(gòu)架

3.2.1 基本構(gòu)架

從火控系統(tǒng)的角度看，分布式作戰(zhàn)系統(tǒng)包含兩類子系統(tǒng):一是與火控系統(tǒng)有命令與響應(yīng)關(guān)系的探測、導(dǎo)航等系統(tǒng)，此類系統(tǒng)一般單獨工作;二是除傳統(tǒng)的魚雷武器控制外，還包括導(dǎo)彈控制、發(fā)射系統(tǒng)控制和水聲對抗控制等設(shè)備的分布式火控系統(tǒng)，如圖1所示。

在分布式作戰(zhàn)系統(tǒng)中，目標(biāo)探測、綜合導(dǎo)航、集中控制、視頻監(jiān)控等獨立工作的系統(tǒng)不再直接與火控系統(tǒng)計算機(jī)連接，而是通過其系統(tǒng)顯控臺或網(wǎng)關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)接口連接到作戰(zhàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線或網(wǎng)絡(luò)上，并且可以通過采用冗余網(wǎng)絡(luò)提高通信可靠性，不但提高了全系統(tǒng)的可靠性，而且易實現(xiàn)全系統(tǒng)的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，具有極好的擴(kuò)展能力。若作戰(zhàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不能滿足某兩個子系統(tǒng)間的通信需求，比如導(dǎo)彈發(fā)射時的導(dǎo)航信息，可以在此兩系統(tǒng)設(shè)備(顯控臺或網(wǎng)關(guān))間單獨增加通信線路。

3.2.2 中央控制臺

圖1中，指揮顯控臺為潛艇指揮員的操作控制臺，同時也是作戰(zhàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的控制者和數(shù)據(jù)服務(wù)器。指揮員可以通過相互熱備份的指揮顯控臺對全系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制。在當(dāng)前潛艇設(shè)計上，各系統(tǒng)顯控臺一般集中部署在指揮艙，由于指揮顯控臺主要用于作戰(zhàn)，可以將指揮顯控臺的功能合并到火控系統(tǒng)顯控臺(中央控制臺)上并取消指揮顯控臺。這樣火控系統(tǒng)中央控制臺不僅僅是設(shè)備控制中心也是信息處理的中心?；鹂叵到y(tǒng)也就成為了帶有信息處理任務(wù)的計算機(jī)控制系統(tǒng)。中央控制臺或指揮顯控臺在硬件上均可以采用多功能臺實現(xiàn)其功能，只是其在整個作戰(zhàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的地位高于其它顯控臺。

在潛艇二級部署時，作戰(zhàn)系統(tǒng)除火控系統(tǒng)外，其它子系統(tǒng)和設(shè)備均應(yīng)開機(jī)工作，各子系統(tǒng)間關(guān)系平等并相互獨立工作，只是利用作戰(zhàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，例如，聲納的工作需要綜合導(dǎo)航系統(tǒng)提供本艇航向。在潛艇一級部署時，全系統(tǒng)開機(jī)工作，各子系統(tǒng)按照火控系統(tǒng)中央控制臺的命令各自獨立工作，潛艇指揮員通過中央控制臺控制武器解算與發(fā)射控制、命令其它子系統(tǒng)的工作，例如，全系統(tǒng)的工況由中央控制臺來協(xié)調(diào)，由中央控制臺來控制網(wǎng)絡(luò)通信等。

3.2.3 分布式火控系統(tǒng)

圖1中分布式火控系統(tǒng)就是典型的分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)，取消了傳統(tǒng)意義上的中央計算機(jī)而將眾多的計算機(jī)分布在火控系統(tǒng)的各個控制設(shè)備中，如線導(dǎo)遙控設(shè)備、電源控制設(shè)備、發(fā)射裝置控制設(shè)備等處。中央控制臺用來處理全系統(tǒng)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示，提供人機(jī)操作界面、操作建議等，采用雙機(jī)熱備［4］形式工作。人機(jī)界面包括軟件控制的圖形界面以及控制自身和各分機(jī)的電源開關(guān)、工作狀態(tài)開關(guān)、狀態(tài)指示燈等硬件界面。

若火控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不能滿足某兩分機(jī)間的通信需求，也可以在此兩分機(jī)間單獨增加通信線路;中央控制臺作為網(wǎng)關(guān)若不能滿足兩個網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，控制分機(jī)也可直接連接作戰(zhàn)系統(tǒng)總線或直接與作戰(zhàn)系統(tǒng)子系統(tǒng)連接。

上述分布式火控系統(tǒng)是在原有的機(jī)械與繼電器控制的自動化基礎(chǔ)上改進(jìn)為數(shù)字式計算機(jī)控制，而現(xiàn)今的計算機(jī)控制系統(tǒng)已逐步向現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)發(fā)展。20世紀(jì)80年代微處理器在控制領(lǐng)域得到應(yīng)用，微處理器被嵌入到各種儀器儀表中，實現(xiàn)了傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的智能化，由此，現(xiàn)場總線的概念首先在歐洲提出?，F(xiàn)場總線主要應(yīng)用于智能化裝置與控制室自動化系統(tǒng)之間的一個標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字式通信鏈路，可進(jìn)行全數(shù)字、雙向、多站總線式的信息數(shù)字通信，實現(xiàn)相互操作以及數(shù)據(jù)共享?；鹂叵到y(tǒng)也逐步向現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)發(fā)展。

4 結(jié)束語

潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的功能主要是對目標(biāo)實施攻擊和防御，其設(shè)計應(yīng)該為指揮員方便靈活地使用武器系統(tǒng)提供服務(wù)。在設(shè)計作戰(zhàn)系統(tǒng)時應(yīng)考慮到潛艇攻擊和防御行動可以在任意時間、整個作戰(zhàn)系統(tǒng)的任意狀態(tài)下開始，只要這樣才能真正滿足指揮員對武器系統(tǒng)控制的需要，具體來說要解決三個問題:一是將作戰(zhàn)系統(tǒng)相關(guān)部門的設(shè)備在作戰(zhàn)時通過集中人機(jī)操控界面實現(xiàn)其顯示與操作控制;二是將潛艇作戰(zhàn)行動的各項工作按任務(wù)劃分，相對獨立的任務(wù)模塊有利于將復(fù)雜問題簡化為多個簡單問題的組合，提高作戰(zhàn)系統(tǒng)的工作效率，更方便指揮員自主行為的實現(xiàn);三是在技術(shù)層面上指揮與控制自動化，主要使用機(jī)械化手段完成自動化，用以減少電子設(shè)備的影響并提高可靠性和減少準(zhǔn)備時間，使用信息化手段完成遠(yuǎn)程集中操控與監(jiān)視。

［1］趙正業(yè).潛艇火控原理［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2003.

［2］黃文斌，薛昌友.潛艇作戰(zhàn)軟件［M］.北京:兵器工業(yè)出版社，2002.

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