白 奕,周克強(qiáng),丁繼亮

(江蘇自動化研究所,江蘇 連云港 222061)

信息化艦炮武器系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

白 奕,周克強(qiáng),丁繼亮

(江蘇自動化研究所,江蘇 連云港 222061)

以信息化形勢下的軍事變革為背景,首先對信息化艦炮武器系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的國外現(xiàn)狀進(jìn)行了分析,然后系統(tǒng)研究了信息化艦炮武器系統(tǒng)多種作戰(zhàn)資源的作戰(zhàn)使用方法,構(gòu)建了信息化艦炮武器系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)、信息結(jié)構(gòu)和通信結(jié)構(gòu),對提高艦炮武器系統(tǒng)的信息化水平、新型艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的適配性和大中口徑艦炮武器系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化程度和保障性水平有借鑒意義。

信息化;艦炮武器系統(tǒng);體系結(jié)構(gòu)

信息時(shí)代的到來對艦炮武器系統(tǒng)提出了新的發(fā)展要求,并對傳統(tǒng)作戰(zhàn)觀念、作戰(zhàn)樣式和武器裝備的發(fā)展產(chǎn)生重大影響,具體體現(xiàn)在:裝備建設(shè)重點(diǎn)向信息化的轉(zhuǎn)變;裝備建設(shè)模式向體系為主的方向轉(zhuǎn)變;裝備建設(shè)方法向綜合集成模式轉(zhuǎn)變。由此可見,信息化在未來艦炮武器系統(tǒng)的建設(shè)中占有十分重要的地位。

“信息化”艦炮武器系統(tǒng)的特征主要體現(xiàn)在:信息應(yīng)用范圍廣、信息獲取手段多、多源信息處理能力強(qiáng)、信息化彈藥集成應(yīng)用等方面。大口徑艦炮武器系統(tǒng)在作戰(zhàn)中目標(biāo)信源多樣、信息化彈藥種類多樣,作戰(zhàn)樣式靈活,是信息化艦炮武器系統(tǒng)的典型應(yīng)用。

1 國外研究概況

1.1 國外艦炮武器系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展,國外艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)普遍采用基于商用主流技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的開放式體系結(jié)構(gòu),如美國DDG1000驅(qū)逐艦率先采用了基于“全艦計(jì)算環(huán)境(TSCE)”的開放式體系結(jié)構(gòu),提供了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)交換和功能互操作機(jī)制,支持作戰(zhàn)系統(tǒng)與平臺、動力等其它子系統(tǒng)的互操作,實(shí)現(xiàn)了艦載作戰(zhàn)系統(tǒng)的一體化和綜合集成,以及系統(tǒng)信息資源的共享和柔性連接,具有動態(tài)配置、可靠性高、靈活擴(kuò)展、開放體系等特點(diǎn)。DDG1000上的155mm艦炮(AGS)和Mk57mm艦炮的指揮控制功能,也在全艦計(jì)算環(huán)境中實(shí)現(xiàn)。AGS155毫米先進(jìn)艦炮系統(tǒng)由三大分系統(tǒng)組成:指揮控制系統(tǒng)、AGS艦炮系統(tǒng)和信息化彈藥系統(tǒng),用于裝備美國海軍DDG 1000“朱姆沃爾特”級對陸攻擊驅(qū)逐艦。該驅(qū)逐艦貫徹美國“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”的發(fā)展主線,在艦上營造了全艦計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境(TSCE),以使該艦在未來的網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)中充分發(fā)揮各種作戰(zhàn)能力,這也是美國海軍開放式結(jié)構(gòu)策略的首次大規(guī)模應(yīng)用。其特點(diǎn)是:全艦所有系統(tǒng)全部由局域網(wǎng)連接,所有設(shè)備盡可能采用民用成熟技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化的軟件,告別專為某型設(shè)備、某級艦設(shè)計(jì)軟件的做法,以便后續(xù)升級、維護(hù),以降低研制和使用成本,適應(yīng)現(xiàn)在和未來的各種作戰(zhàn)任務(wù),支持維修、補(bǔ)給、艦員培訓(xùn)等各種輔助性任務(wù)。DDG1000對陸攻擊驅(qū)逐艦上的作戰(zhàn)與電子系統(tǒng)和其包含的AGS 155/62艦炮子系統(tǒng)都是采用分布式體系結(jié)構(gòu),使全艦所有指揮、控制、戰(zhàn)場管理、情報(bào)、通信等信息利用高速數(shù)據(jù)、視頻總線傳輸,均可在全艦整合的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行,使系統(tǒng)不會因?yàn)橐粋€(gè)局部的損壞而導(dǎo)致全面癱瘓[1]。

美國海軍LPD-17艦、Aegis武器系統(tǒng)和Insitu無人機(jī)等則采用“訂閱發(fā)布模式”的通信模式,解決了系統(tǒng)緊耦合情況下的通信問題,是對象管理組織OMG頒布的有關(guān)分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)發(fā)布的一個(gè)較新規(guī)范,具有實(shí)時(shí)性、低延遲、高吞吐量等優(yōu)點(diǎn)。

1.2 國外艦炮武器系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢

為使軍隊(duì)全面邁進(jìn)“面向信息”的道路,美國已將信息系統(tǒng)的采辦提高到了與戰(zhàn)斗機(jī)、戰(zhàn)斗艦艇同等重要的地位,未來其重要性甚至超過主戰(zhàn)平臺。美軍堅(jiān)持以信息為主導(dǎo),開展裝備信息化建設(shè),利用現(xiàn)有的民用和軍用信息技術(shù),用共同的軟件、標(biāo)準(zhǔn)、體制和規(guī)程,從橫向上對現(xiàn)有武器裝備系統(tǒng)進(jìn)行信息化改造,使其具備通用性、聯(lián)動性,從而更便于從傳感器到射手之間、各武器系統(tǒng)之間、各作戰(zhàn)部隊(duì)之間的信息流動,大幅度地提高所有武器裝備和作戰(zhàn)系統(tǒng)的整體效能。

縱觀國外海軍信息化艦炮武器系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展,可以看出其發(fā)展趨勢為:向開放式、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展；重視裝備體系的“一體化”建設(shè),努力提高信息化武器裝備的互連、互通、互操作能力；可綜合利用偵察衛(wèi)星、偵察飛機(jī)、岸基觀察哨所及本艦跟蹤器的信息,實(shí)現(xiàn)對視距外目標(biāo)的快速獲取、目標(biāo)定位,目標(biāo)打擊后的射擊校正和射擊效果評估,以提高艦艇編隊(duì)的對岸協(xié)同作戰(zhàn)能力和多軍兵種的聯(lián)合作戰(zhàn)能力[2]。

2 信息化艦炮武器系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)想

2.1 信息化艦炮武器系統(tǒng)作戰(zhàn)使用研究

現(xiàn)役大口徑艦炮武器系統(tǒng)的重點(diǎn)需求在于提高系統(tǒng)遠(yuǎn)程精確打擊能力,為此,需要解決看得遠(yuǎn)、打得遠(yuǎn)、打得準(zhǔn)、反饋閉環(huán)等一系列問題。

從目標(biāo)定位手段上,天基的衛(wèi)星,空基的無人機(jī)、電視偵察校射彈,艦基的相控陣?yán)走_(dá)、艦炮火控雷達(dá)、光電跟蹤儀、友鄰艦艇、編隊(duì)指揮,岸基的岸基觀察哨,以及戰(zhàn)前情報(bào)偵察等多源信息均能通過信息接口的互聯(lián)互通而為艦炮武器系統(tǒng)所用,大大提高了系統(tǒng)的視界。從彈藥的射擊距離和打擊精度上看,一維增程修正彈、滑翔增程彈等信息化彈藥的不斷成熟完善,也有力支持了艦炮武器系統(tǒng)的能力提升。在以上資源支持下,能夠形成信息化艦炮武器系統(tǒng)的多種使用模式,如表1所示。

2.2 系統(tǒng)信息結(jié)構(gòu)

信息化艦炮武器系統(tǒng)的信息分為前端信息輸入,中端信息處理以及末端信息輸出三個(gè)階段。

1)前端信息輸入

表1 信息獲取和綜合應(yīng)用、信息化彈藥綜合控制及綜合應(yīng)用方式

本階段,可共享來自岸基、空基、天基所提供的目標(biāo)信息,可接收來自友艦提供的目標(biāo)信息,可共享無人機(jī)系統(tǒng)、艦載直升機(jī)以及前沿觀察哨的偵察信息。包括平臺參數(shù)、探測時(shí)間、目標(biāo)類型及定位信息，其可通過數(shù)據(jù)鏈等通信手段形成統(tǒng)一作戰(zhàn)態(tài)勢。

2)中端信息處理

本階段主要完成遠(yuǎn)程打擊目標(biāo)的火力分配及指揮決策,并對打擊效果進(jìn)行評估。

根據(jù)戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢和系統(tǒng)狀態(tài),自主制定作戰(zhàn)方案,跟蹤器的跟蹤測量信息和火控濾波后的目標(biāo)運(yùn)動參數(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)綜合火控臺的動態(tài)定義和互為備用。

3)末端信息輸出

本階段,用于控制武器的射擊諸元信息和射擊/發(fā)射命令,以及武器的反饋信息。

信息化艦炮武器系統(tǒng)的信息結(jié)構(gòu)設(shè)想如圖1所示。

2.3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

在系統(tǒng)作戰(zhàn)使用研究的基礎(chǔ)上,首先進(jìn)行系統(tǒng)功能的分解、重聚,構(gòu)想了系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)由作戰(zhàn)指揮功能群、內(nèi)核處理功能群、廣義傳感器功能群、通用接口功能群、艦炮功能群、交互功能群組成,如圖2所示。

圖1 信息化艦炮武器系統(tǒng)信息結(jié)構(gòu)

圖2 信息化艦炮武器系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

信息化艦炮武器系統(tǒng)中的信息子系統(tǒng)是通道組織子功能系統(tǒng),由通用火控計(jì)算功能群、艦炮火力配置功能群、跟蹤資源配置功能群、火力精確控制功能群構(gòu)成[3],如圖3所示。

2.4 系統(tǒng)分布式集成環(huán)境總體結(jié)構(gòu)

艦炮武器系統(tǒng)作為艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的一部分,其通信結(jié)構(gòu)需要與全艦協(xié)調(diào)工作,與全艦公共計(jì)算環(huán)境相比,大口徑艦炮火控在通信結(jié)構(gòu)方面需要解決火控系統(tǒng)中實(shí)時(shí)解算、高性能信號處理和火控計(jì)算、控制信號接口適配、武器系統(tǒng)獨(dú)立自主作戰(zhàn)和備用作戰(zhàn)、系統(tǒng)安全性、大規(guī)模計(jì)算資源分配等問題。

圖3 通道組織功能子系統(tǒng)構(gòu)成圖

設(shè)想系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用分布式結(jié)構(gòu),通過與作戰(zhàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備的連接實(shí)現(xiàn)武器系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與作戰(zhàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信相關(guān)節(jié)點(diǎn)的互聯(lián)互通,系統(tǒng)內(nèi)部各通信節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)分布式,具備開放式通信的基礎(chǔ)。系統(tǒng)內(nèi)采用基于數(shù)據(jù)訂閱分發(fā)(DDS)的數(shù)據(jù)通信方式,實(shí)現(xiàn)對作戰(zhàn)資源的共享和按需訂閱,打破應(yīng)用軟件與軟硬平臺之間的緊耦合以及應(yīng)用軟件之間的緊耦合,體現(xiàn)以數(shù)據(jù)為中心進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法學(xué),采用公開標(biāo)準(zhǔn),降低集成成本。通過DDS服務(wù)可實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)、通信系統(tǒng)等所提供的信息的共享,同時(shí)提供本系統(tǒng)相關(guān)信息的共享服務(wù)[4]。

同時(shí),通過強(qiáng)實(shí)時(shí)環(huán)境下武器系統(tǒng)應(yīng)用構(gòu)件的開

發(fā)、集成、配置、部署,實(shí)現(xiàn)不同任務(wù)下功能動態(tài)重組、資源按需配置,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對作戰(zhàn)資源信息的透明訪問、按需共享和應(yīng)用構(gòu)件的即插即用、靈活重構(gòu),滿足火控系統(tǒng)應(yīng)用軟件綜合集成的要求,有利于軟件的維護(hù)、快速升級和復(fù)用。

圖4 系統(tǒng)分布式集成環(huán)境總體結(jié)構(gòu)

3 信息化艦炮武器系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)目標(biāo)及展望

信息化艦炮武器系統(tǒng)在作戰(zhàn)需求推動和技術(shù)發(fā)展引領(lǐng)下日益重要和成熟,體系結(jié)構(gòu)將形成以下能力以支撐靈活多樣的艦炮武器系統(tǒng)作戰(zhàn):

1)提供統(tǒng)一的人機(jī)交互資源管理接口,具備以平臺為單位對人機(jī)交互資源一致性分配與管理功能,滿足各功能軟件(服務(wù))無沖突地使用人機(jī)交互資源的需求;

2)采用信息分發(fā)中間件,具備信息的按需訂閱-發(fā)布功能,實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件對共享信息的按需定制;

3)具備應(yīng)用軟件在集成環(huán)境上的即插即用功能。無需靜態(tài)鏈接,可根據(jù)需要對應(yīng)用軟件(服務(wù))模塊動態(tài)調(diào)度,具備在系統(tǒng)范圍內(nèi)的顯控臺功能靈活配置、自動重組能力,避免系統(tǒng)啟動不必要的服務(wù)對整體性能帶來影響;

4)信息適配功能。具備對非配置集成環(huán)境平臺上的信息集成的能力,支持應(yīng)用軟件(服務(wù))按照消息訂閱接口對此類信息進(jìn)行透明訂閱和使用,滿足對信息處理設(shè)備或成熟分系統(tǒng)或設(shè)備的信息集成需求[5];

5)數(shù)據(jù)庫訪問功能。提供標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫訪問接口,實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件對數(shù)據(jù)庫信息的一致性訪問功能;

6)信息流程、服務(wù)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控功能。在線監(jiān)控系統(tǒng)信息交互情況、應(yīng)用服務(wù)運(yùn)行情況以及定制流程執(zhí)行情況,防止錯誤、非法的信息交互和未經(jīng)許可的服務(wù)運(yùn)行造成對系統(tǒng)信息或作戰(zhàn)流程的影響;

7)信息記錄功能。有條件地對顯控臺訂閱或發(fā)布的信息進(jìn)行記錄,為信息流程分析和優(yōu)化提供支持;

8)日志功能。記錄系統(tǒng)運(yùn)行過程中的關(guān)鍵事件,如信息訂閱策略、服務(wù)運(yùn)行情況等;

9)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)控。監(jiān)控實(shí)時(shí)的各連接節(jié)點(diǎn)狀態(tài),實(shí)時(shí)顯示或提供狀態(tài)訪問接口供其他服務(wù)訪問。

4 結(jié)束語

本文首先分析了信息化艦炮武器系統(tǒng)國外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,然后通過分析信息化艦炮武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)使用,設(shè)想了信息化艦炮武器系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)、信息結(jié)構(gòu)、通信結(jié)構(gòu),提出了基于軟件集成框架和數(shù)據(jù)訂閱分發(fā)機(jī)制的信息化艦炮武器系統(tǒng)開放、分布式體系結(jié)構(gòu)。其通信結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的通信拓?fù)?多傳感器及定位資源節(jié)點(diǎn)采用標(biāo)準(zhǔn)化接口,分布在系統(tǒng)一體化集成環(huán)境上,可供訂閱節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)使用,體現(xiàn)了以數(shù)據(jù)為中心進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法學(xué)。在該體系結(jié)構(gòu)下,能夠?qū)崿F(xiàn)，通過增強(qiáng)互聯(lián)、互通、互操作能力來實(shí)現(xiàn)武器系統(tǒng)效能的提高,同時(shí)也提高了裝備的標(biāo)準(zhǔn)化水平、集成優(yōu)化程度。最后,對信息化艦炮武器系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的目標(biāo)進(jìn)行了展望。

[1] 李愷,叢蓉.艦載作戰(zhàn)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[J].艦船科學(xué)技術(shù),2004,26(2):40-43.

[2] 李進(jìn)軍,汪德虎.艦載武器體系結(jié)構(gòu)發(fā)展研究[J].艦船科學(xué)技術(shù),2002,24(3):27-29.

[3] 陳鋒,楊紹清.艦載指火控一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].艦船電子工程,2005,25(1):45-49.

[4] 汪洋,謝江,王振宇.基于事件的發(fā)布-訂閱系統(tǒng)模型[J].計(jì)算機(jī)科學(xué),2006,33(1)：111-115.

[5] 孫軍平,盛萬興,王孫安.基于以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)發(fā)布者/訂閱者模型研究與實(shí)現(xiàn)[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào),2002,36(12):1299-1302.

Architecture of Information-based Naval Gun Weapon System

BAI Yi1,ZHOU Ke-qiang2,DING Ji-liang3

(Jiangsu Automation Research Institute, Lianyungang 222061, China)

Based on the background of the information military revolution, the paper analyses the status abroad of information-based naval gun weapon system architecture, then researches on the combat operation methods of different combat resource of information-based naval gun weapon system, and establishes information-based naval gun weapon system’s functional architecture, informational architecture, and communication architecture. By using the research production, we can improve the information level of naval gun weapon system and the applicability between the weapon system and combat system, improve the weapon system integration level, improve the standardization level and indemnificatory level of large caliber naval gun weapon system.

information-based; naval gun weapon system; architecture

2016-11-07

白 奕(1979-),女,內(nèi)蒙古赤峰人,高級工程師,研究方向?yàn)榕炁谖淦飨到y(tǒng)。 周克強(qiáng)(1980-),男,高級工程師。 丁繼亮(1984-)，男，工程師。

1673-3819(2017)01-0020-05

TJ30；E917

A

10.3969/j.issn.1673-3819.2017.01.005

修回日期： 2016-11-20