陳 瑜

（海軍駐第二船舶設(shè)計院軍代室 武漢 430064）

1 引言

海上網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)的概念集中體現(xiàn)在海軍的網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)（Network－Centric Warfare，NCW）中，網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)是利用計算機網(wǎng)絡(luò)對部隊實施統(tǒng)一指揮的作戰(zhàn)。其核心是利用計算機網(wǎng)絡(luò)把分散的部隊、各種探測器和武器系統(tǒng)連接在一起，實現(xiàn)信息共享，掌握戰(zhàn)場態(tài)勢，縮短決策時間，提高指揮速度和協(xié)同作戰(zhàn)能力，以便對敵方實施快速、精確、連續(xù)的打擊。網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)是相對于傳統(tǒng)的平臺中心戰(zhàn)的一種全新的作戰(zhàn)概念。網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)將對海軍從戰(zhàn)略級到戰(zhàn)術(shù)級的沖突級別中產(chǎn)生重大的影響。網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括探測器網(wǎng)絡(luò)、交戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)三個相互鏈接的部分，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 海軍網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

隨著海軍的作戰(zhàn)模式由“平臺中心戰(zhàn)”向“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”的演變，海戰(zhàn)場信息化的程度急劇增加，潛艇面臨著透明程度越來越高的戰(zhàn)場，未來的網(wǎng)絡(luò)中心反潛戰(zhàn)將建立起由衛(wèi)星、飛機、水面艦艇和水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的立體化反潛網(wǎng)絡(luò)，并在作戰(zhàn)盟友之間進行信息共享，整個反潛網(wǎng)絡(luò)以計算機為中心，以廣泛分布于陸、海、空的探測傳感器為節(jié)點，以信息融合為手段，使得整個反潛系統(tǒng)具有探測范圍廣、信息量大，時效性強和速度快的優(yōu)勢，這樣，潛艇隱蔽性的優(yōu)勢面臨極大挑戰(zhàn)，網(wǎng)絡(luò)中心反潛戰(zhàn)使得潛艇更容易暴露在反潛力量的火眼金睛之下，潛艇獨立完成任務(wù)的挑戰(zhàn)與風(fēng)險越來越大。為有效對抗作戰(zhàn)對手立體化反潛體系，潛艇必須加強與其它兵力的協(xié)同作戰(zhàn)，有效地與其它潛艇、水面艦艇、飛機及地面部隊密切交換作戰(zhàn)信息，作戰(zhàn)人員可以迅速、全面、可靠地洞察整個戰(zhàn)場的局勢，互相協(xié)同，以更快的指揮速度，更高的作戰(zhàn)效率，實施作戰(zhàn)，保持潛艇戰(zhàn)斗能力和生存力，創(chuàng)造有利的戰(zhàn)場態(tài)勢。

在協(xié)同作戰(zhàn)的環(huán)境條件下，潛艇從水下信息網(wǎng)絡(luò)中獲取戰(zhàn)場信息的數(shù)量、速度與以往那種僅依靠自身的傳感器獲取少量的信息相比，發(fā)生了質(zhì)的飛躍，因此潛艇必需具備全系統(tǒng)信息綜合集成和信息融合能力，提高全艇信息化水平，從而實現(xiàn)與陸、空軍等其它軍種的作戰(zhàn)指揮信息及戰(zhàn)場態(tài)勢信息的共享，確保在復(fù)雜海戰(zhàn)場環(huán)境條件下，多軍種協(xié)同作戰(zhàn)能夠順利進行。

2 潛艇網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀

目前各國在潛艇信息綜合系統(tǒng)方面的研究根據(jù)其研究的側(cè)重點不同，分為兩個方面。其一，是以充分分析、處理各種作戰(zhàn)信息，快速做出態(tài)勢評估和輔助決策，并進行武器分配和控制，實現(xiàn)在最佳時機對敵目標(biāo)的精確、有效打擊，提高艦艇的作戰(zhàn)效能為主要目標(biāo)的綜合作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)；其二，是以實現(xiàn)管控一體化，提高艦艇機動性、快速反應(yīng)能力和生存力，保障艦艇安全可靠航行為目標(biāo)的綜合平臺管理系統(tǒng)。

美國從第三代攻擊型核潛艇開始采用總線網(wǎng)絡(luò)式結(jié)構(gòu)實現(xiàn)設(shè)備的信息互連互通，“海狼”級核潛艇的AN／BYS－2綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)通過FLEXNET光纖包交換完成通信局域網(wǎng)連接，實現(xiàn)各系統(tǒng)設(shè)備的信息互通和功能協(xié)同，在系統(tǒng)設(shè)計上采用了分布式結(jié)構(gòu)，提高了數(shù)據(jù)的處理能力，系統(tǒng)還以多種形式提供備份，增加了系統(tǒng)的可靠性。其框圖如圖2所示。

圖2 “海狼”級AN／BYS－2綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)框圖

從第四代核潛艇“弗吉尼亞”級核潛艇開始，美國采用全船一體化的架構(gòu)模式實現(xiàn)作戰(zhàn)、平臺和通信等系統(tǒng)的信息互通，實現(xiàn)全艇各系統(tǒng)的綜合管理和控制，該系統(tǒng)在提高艦艇自動化，減員增效和降低費用方面獲得了顯著的效果，此外，通過采用商用設(shè)備和開放式的設(shè)計原則，系統(tǒng)運行和保障費用大大的減少。

英國、德國等歐洲國家核潛艇網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的思路是根據(jù)作戰(zhàn)系統(tǒng)與平臺管理系統(tǒng)獨立發(fā)展的特點，采取了“雙架構(gòu)”體系模式，即在潛艇上作戰(zhàn)系統(tǒng)和平臺管理系統(tǒng)分別建立各自的信息網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)相關(guān)系統(tǒng)的集成管理和綜合控制，“雙架構(gòu)”體系模式降低了平臺與作戰(zhàn)間的相互影響，提高了平臺操控安全性。但二者網(wǎng)絡(luò)所采用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系架構(gòu)基本相同，并通過路由設(shè)備實現(xiàn)信息互連互通，這樣就方便地實現(xiàn)了平臺管理系統(tǒng)對作戰(zhàn)系統(tǒng)的信息支援，為作戰(zhàn)效能的保障提供了支撐，二者可以緊密配合，協(xié)同工作，在越來越復(fù)雜的艦艇上實現(xiàn)艦艇作戰(zhàn)的高度自動化、智能化。

圖3 “雙架構(gòu)”體系模式示意圖

圖4 “機敏”級ACMS作戰(zhàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖5 德國U212級潛艇平臺管理系統(tǒng)方案

英國“機敏”級核潛艇的ACMS綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)由星型拓?fù)淇焖僖蕴W(wǎng)連接各個節(jié)點和服務(wù)器，該局域網(wǎng)采用光纜將各功能節(jié)點聯(lián)在一起，形成了一個資源共享、高效可靠的整體，實現(xiàn)了聲納、雷達、指控等作戰(zhàn)相關(guān)各系統(tǒng)的信息互連和協(xié)同。ACMS綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)能夠從聲納和其他傳感器獲取信息，經(jīng)先進的算法和數(shù)據(jù)處理為指揮員顯示實時圖像，ACMS是一個開放式系統(tǒng)，能夠處理不斷增長的現(xiàn)代核潛艇所獲得的信息以及控制復(fù)雜的現(xiàn)在和未來攜帶的武器。ACMS系統(tǒng)的組成如圖4所示。

德國的U212級潛艇裝備了西門子公司研制的綜合平臺管理系統(tǒng)，如圖5所示，它通過一條冗余的光纖總線系統(tǒng)將沿著全船分布的局部處理單元（LPU）連接到中心控制臺的操作計算機，通過這種配置，使得從中心控制臺和直接由LPU通過局部操作板（LOP）操作平臺管理系統(tǒng)成為可能，即使由于某些原因LPU無法與中心控制臺計算機連接，平臺管理系統(tǒng)的全部控制也可以通過LOP實現(xiàn)。中心控制臺計算機的浮動主機結(jié)構(gòu)以及冗余的數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)保證了高度的容錯性和可靠性。德國U212級潛艇的綜合平臺管理系統(tǒng)實現(xiàn)了對推進系統(tǒng)、電力裝置、潛艇操縱系統(tǒng)以及損管系統(tǒng)等的船、機、電設(shè)備的綜合管理和自動化監(jiān)控。

U212級潛艇的ISUS 90全綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)通過以太網(wǎng)數(shù)據(jù)總線，實現(xiàn)了聲吶傳感器、戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)處理和武器控制的綜合；潛望鏡和光電桅桿的綜合控制；雷達和雷達攔截的綜合；內(nèi)部和外部通信系統(tǒng)的綜合；多武器控制系統(tǒng)的綜合等功能。所有的系統(tǒng)設(shè)備都共享仿真設(shè)備、測試系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和數(shù)據(jù)記錄，其典型結(jié)構(gòu)配置圖如圖6所示。

圖6 ISUS 90全綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)配置圖

圖7 CAE公司的典型綜合平臺管理系統(tǒng)配置方案

CAE公司的綜合平臺管理系統(tǒng)采用兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。上層為管理層網(wǎng)絡(luò)，采用雙冗余光纖網(wǎng)，下層為設(shè)備控制層網(wǎng)絡(luò)，采用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)為光纖，傳輸速度為100Mbps。CAE公司的綜合平臺管理系統(tǒng)可實現(xiàn)的功能包括推進系統(tǒng)控制監(jiān)測、電力系統(tǒng)控制監(jiān)測、輔機設(shè)備控制監(jiān)測、消防損管系統(tǒng)控制監(jiān)測、操縱系統(tǒng)控制監(jiān)測、電子系統(tǒng)控制監(jiān)測、艦上訓(xùn)練系統(tǒng)控制監(jiān)測等。CAE的綜合平臺管理系統(tǒng)是開放式結(jié)構(gòu)，明顯地減少了全壽期費用。該系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，有廣泛分布式的智能電子裝置，以多數(shù)據(jù)總線相互連接，工程師能夠從艦船上的幾個位置控制和監(jiān)測全部平臺機械和緊急系統(tǒng)。CAE的綜合平臺管理系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于美國、英國、法國、德國等國海軍艦艇上。已應(yīng)用于包括德國F－124護衛(wèi)艦、英國機敏級核潛艇、LPD登陸艦、美國LPD－17登陸艦、CVN－77航母等共18個國家140余艘艦艇。其典型綜合平臺管理系統(tǒng)配置方案如圖7所示。

3 潛艇信息化發(fā)展構(gòu)想

隨著技術(shù)的進步，國外綜合平臺管理系統(tǒng)和作戰(zhàn)管理系統(tǒng)正向模塊化、集成化、智能化的方向發(fā)展，數(shù)據(jù)采集與控制單元的功能已經(jīng)變得越來越強大，而且正呈現(xiàn)出高度的智能化與模塊化，利用全船光纖局域網(wǎng)，構(gòu)成冗余度高、可靠性好、結(jié)構(gòu)開放的數(shù)字化平臺，實現(xiàn)全船信息流暢貫通，使平臺管理系統(tǒng)與作戰(zhàn)系統(tǒng)能夠緊密的結(jié)合，共享信息并協(xié)同工作，此外各種應(yīng)用軟件功能也越來越強大，可以實現(xiàn)各種監(jiān)控、管理、信息融合、趨勢預(yù)測等功能。

從潛艇信息化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢來看，在充分考慮潛艇安全性的前提下，遵循作戰(zhàn)系統(tǒng)相對獨立的原則，未來潛艇信息化網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)如下：

作戰(zhàn)系統(tǒng)應(yīng)建立單獨的物理局域網(wǎng)，實現(xiàn)該系統(tǒng)內(nèi)信息的安全隔離傳輸，并通過網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)與全船網(wǎng)絡(luò)的信息互通。其他平臺分系統(tǒng)不再單獨形成子網(wǎng)絡(luò)，而是按照區(qū)域劃分，各區(qū)域平臺設(shè)備與相應(yīng)的DCCU（數(shù)據(jù)采集單元）相連，數(shù)據(jù)采集單元可以單獨的接入主干光纖通信網(wǎng)絡(luò)，也可以通過現(xiàn)場冗余數(shù)據(jù)總線連接，再接入平臺主干光纖通信網(wǎng)絡(luò)。整個網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)形式如圖8所示。

圖8 信息化網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)形式

這種結(jié)構(gòu)形式的網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)對象的不同，靈活地采用不同的入網(wǎng)方式，充分利用現(xiàn)成的成熟技術(shù)，有重點地逐步提高。從潛艇的安全角度出發(fā)，將作戰(zhàn)系統(tǒng)建立單獨的子網(wǎng)，一方面如果主干網(wǎng)故障，這兩個網(wǎng)絡(luò)還能獨立完成自己的監(jiān)控功能，保證潛艇的安全性和作戰(zhàn)效能；另一方面，考慮到作戰(zhàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸量大，而且對實時性的要求更高，將其單獨組網(wǎng)可以降低對主干網(wǎng)的帶寬要求，更容易滿足系統(tǒng)信息傳輸?shù)膶崟r性的要求。對于其他的船機電平臺設(shè)備，將按區(qū)域連接，每個區(qū)域的DCCU僅僅與本區(qū)域內(nèi)的被監(jiān)控設(shè)備相連，再通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線連接到主干光纖網(wǎng)絡(luò)，這種形式的優(yōu)點在于可以大大地減少網(wǎng)絡(luò)的通信電纜數(shù)量，線路的利用率非常高，網(wǎng)絡(luò)布線得到極大的簡化，當(dāng)然其缺點是對主干網(wǎng)的可靠性要求較高，由于大量的信息都需要通過主干網(wǎng)進行傳遞，對網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求也比較高，因此為了保證比較好的可靠性和實時性，一般采用交換式高速（100Mbps或者更高速）光纖以太網(wǎng)。

這里構(gòu)想的信息化網(wǎng)絡(luò)總共包含三層，上層為用戶管理層，用戶管理層是人機交互的界面，主要包括一些操作和管理設(shè)備，如各種顯控臺等；第二層是信息控制層，信息控制層是整個信息化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的神經(jīng)中樞和核心數(shù)據(jù)處理單元，主要為一些控制設(shè)備。它分布在全艇，和傳感器、激勵器、本地處理控制器通過I／O接口單元直接連接或通過現(xiàn)場總線相連，將數(shù)據(jù)采集送用戶管理層顯示和存儲，并將用戶管理層的控制指令發(fā)送到相應(yīng)的設(shè)備，執(zhí)行相應(yīng)的動作；第三層是設(shè)備層，設(shè)備層是位于底層的現(xiàn)場設(shè)備，包括各種傳感器、激勵器、本地處理控制器等。

整個信息化網(wǎng)絡(luò)包括兩種體系結(jié)構(gòu)，主干網(wǎng)關(guān)注的焦點是高速的報文發(fā)送、高容量的數(shù)據(jù)共享，以及各種類型的數(shù)據(jù)的高速傳輸，因此采用高速光纖以太網(wǎng)，控制網(wǎng)絡(luò)關(guān)注的焦點是高速的I／O信息交換和報文傳遞。有效的數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇_定性和可重復(fù)性，因此采用基于現(xiàn)場總線的組網(wǎng)方案。

4 結(jié)語

未來的海戰(zhàn)場是信息化的戰(zhàn)場，潛艇將由獨立作戰(zhàn)向協(xié)同作戰(zhàn)模式轉(zhuǎn)變，在這種條件下，無論在武器裝備技術(shù)還是戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)方面都發(fā)生了很大的變化，處處體現(xiàn)出對信息的獲取和信息處理的重要性，因此發(fā)展?jié)撏ЬC合集成信息系統(tǒng)是一種必然的趨勢，我們應(yīng)該加快潛艇信息化的建設(shè)，并深入研究潛艇信息融合，數(shù)據(jù)挖掘等智能技術(shù)，為實現(xiàn)以潛艇作為重要節(jié)點融入作戰(zhàn)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)奠定堅實的基礎(chǔ)。

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