沈遠海，賀 賀，張 昕

(中國船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院，北京 100094)

0 引 言

典型護衛(wèi)艦作戰(zhàn)系統(tǒng)一般由警戒探測設(shè)備、作戰(zhàn)管理系統(tǒng)(或指揮控制系統(tǒng))、武器系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等分系統(tǒng)或設(shè)備組成。[1]警戒探測設(shè)備作為作戰(zhàn)系統(tǒng)的直屬設(shè)備一般包括多部雷達，按作戰(zhàn)區(qū)域分為遠程警戒、中遠程警戒、中近程搜索等多種功能。這些雷達為作戰(zhàn)系統(tǒng)提供了滿足作戰(zhàn)使用區(qū)域要求的對空、對海的警戒搜索能力,是艦艇作戰(zhàn)能力的重要組成部分。本文針對當(dāng)前軍貿(mào)水面艦艇在雷達操控方面的使用需求，提出“一級分布式操控”技術(shù)方案，發(fā)揮了中西方國家裝備的集成優(yōu)勢，提升了作戰(zhàn)系統(tǒng)的整體作戰(zhàn)能力。

1 艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)雷達操控技術(shù)現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，作戰(zhàn)系統(tǒng)中雷達的操作控制多采用功能差異的“兩級多戰(zhàn)位控制”方式，即采用功能有差異的作戰(zhàn)指揮層和設(shè)備控制層兩個層次進行控制，并可在作戰(zhàn)管理系統(tǒng)或雷達操控臺位的多個戰(zhàn)位實施。[2-3]指揮層主要面向方面戰(zhàn)指揮，是頂層指揮控制，由作戰(zhàn)管理系統(tǒng)(或指揮控制系統(tǒng))來實施。對雷達傳感器的操作控制主要側(cè)重于對艦艇整體作戰(zhàn)能力有重要影響的功能控制，如控制傳感器的輻射、重點區(qū)域的檢測等功能。表現(xiàn)在雷達的操作控制上，主要包括雷達的開關(guān)機、開斷高壓、重點區(qū)域檢測等作戰(zhàn)命令。同時，按照控制級別，指揮層不直接對雷達進行操作控制,只將相關(guān)控制命令發(fā)往雷達操控臺，由雷達操控臺具體操作實施各項操控命令。由于作戰(zhàn)管理系統(tǒng)是有多個顯控臺構(gòu)成，每一個顯控臺的軟硬件配置相同，可按作戰(zhàn)需要設(shè)置不同的戰(zhàn)位，而每一個戰(zhàn)位均有發(fā)布雷達操控命令的能力，因此形成了多戰(zhàn)位的控制能力。

對雷達設(shè)備的完整操作控制則由雷達操控臺來完成。雷達操控臺除執(zhí)行作戰(zhàn)管理系統(tǒng)所關(guān)注的操控命令外還包括顯示搜索雷達的原始視頻、搜索提取點跡航跡、跟蹤目標(biāo)位置，并且完成雷達的各種發(fā)射、接收參數(shù)設(shè)置、對點航跡數(shù)據(jù)進行濾波等數(shù)據(jù)處理等一系列完整操作控制、目標(biāo)解算。[4-5]雷達操控臺一般包括兩部計算機，一部執(zhí)行參數(shù)設(shè)置、內(nèi)外交互等人機接口命令，對于實時性要求并不苛刻；另一部執(zhí)行雷達的專用數(shù)據(jù)處理功能，包括點航跡提取等功能，該功能為雷達的專屬功能，需要根據(jù)雷達的各項參數(shù)設(shè)置動態(tài)提取雷達視頻圖像的點跡和航跡，對航跡進行濾波等。

雷達操控臺對雷達內(nèi)部的各種操控命令有網(wǎng)絡(luò)數(shù)字量和視頻信號、開關(guān)信號等模擬量兩種。相比作戰(zhàn)系統(tǒng)的操控命令，雷達的操控命令的內(nèi)容廣度及復(fù)雜程度都大幅度提高[6]，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。兩級多戰(zhàn)位操控設(shè)備的邏輯圖如圖2所示。

2 外方的分布式控制需求

當(dāng)前國際軍貿(mào)市場上，船舶軍貿(mào)產(chǎn)品的采購需求主要來自北非、東南亞等傳統(tǒng)的軍貿(mào)出口國家，如阿爾及利亞、厄瓜多爾、泰國等。這些國家一般為第三世界國家。由于技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，海軍人員數(shù)量少，他們自身不具備完整的訓(xùn)練體系和技術(shù)裝備體系。艦員的培訓(xùn)一般委托西方發(fā)達國家進行高級綜合培訓(xùn)。技術(shù)裝備也采用了相匹配的西方裝備體系。這些國家受西方使用習(xí)慣影響，軍貿(mào)采購裝備也多提出了西方標(biāo)準(zhǔn)。在阿爾及利亞護衛(wèi)艦軍貿(mào)項目中，外方就明確采用SMART-S三坐標(biāo)雷達，并且要求中方作戰(zhàn)系統(tǒng)進行有效集成。

SMART-S三坐標(biāo)雷達是一部工作頻段在S波段、集搜索和跟蹤功能為一體的多功能雷達。該雷達在方位上采用機械掃描，在俯仰上采用多波束進行測量，能夠得到較高的距離、方位、俯仰探測精度。該雷達采用固態(tài)發(fā)射機上置天線的方式，功率損耗大幅度減少，可靠性得到較大幅度的提高。該雷達遠程警戒探測能力強，具備直升機精確識別、RCS動態(tài)估計等優(yōu)異性能，是該護衛(wèi)艦的主戰(zhàn)雷達。

外方同時提出了明確的分布式操控的需求，即功能相同“一級分布式操控”要求。作戰(zhàn)管理系統(tǒng)和雷達操控臺各操控節(jié)點應(yīng)具備完全相同的功能，都對雷達整機具有完全控制的功能，不僅包括雷達開關(guān)機、高低壓控制等傳統(tǒng)的指揮控制功能，還包括雷達各項參數(shù)設(shè)置、點航跡發(fā)送等一系列功能。該項功能的物理實現(xiàn)結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

該項功能要求是和THALES等西方裝備的使用習(xí)慣相匹配的。該項設(shè)計是需要作戰(zhàn)系統(tǒng)具備對主戰(zhàn)雷達的多點分布式操控的能力。該設(shè)計結(jié)果是將雷達的探測能力作為一種資源在網(wǎng)絡(luò)上進行共享。任意層級的指揮員、操作員都可以動態(tài)申請該項能力。指揮員可根據(jù)作戰(zhàn)使用的要求靈活選擇戰(zhàn)位來獲取此項資源。雷達系統(tǒng)作為大功率微波輻射源容易遭受敵方的攻擊。作為唯一的具備全雷達操控能力的設(shè)備，雷達操控臺如果出現(xiàn)故障或遭到損害將會導(dǎo)致整個作戰(zhàn)系統(tǒng)的主戰(zhàn)雷達警戒探測能力的喪失，而采用有全操控能力的多點顯控臺設(shè)計就可以避免此種單點故障。

該項技術(shù)和我國現(xiàn)階段的雷達操控技術(shù)是有相當(dāng)差異的，國內(nèi)還未進行完整的設(shè)計、驗證，在工程上是有相當(dāng)風(fēng)險的。由于軍貿(mào)工作受國內(nèi)生產(chǎn)關(guān)系、研制程序約束較小，可以打破國內(nèi)某些傳統(tǒng)專業(yè)的壁壘，可以是一個新技術(shù)、新裝備的試驗驗證平臺。因此，該項技術(shù)可通過軍貿(mào)項目進行設(shè)計、試驗驗證，并可將成果向作戰(zhàn)系統(tǒng)領(lǐng)域進行推廣。

3 分布式雷達控制的集成方案

(1) 在總結(jié)分析兩級多戰(zhàn)位操控的設(shè)備邏輯圖的基礎(chǔ)上，分析作戰(zhàn)系統(tǒng)主戰(zhàn)雷達SMART-S的功能性能和操控模式，結(jié)合作戰(zhàn)系統(tǒng)的作戰(zhàn)任務(wù)和需求，提出分布式雷達操控功能的設(shè)備邏輯圖，并提出對雷達操控臺、作戰(zhàn)管理系統(tǒng)的通用要求。分布式雷達操控功能的設(shè)備邏輯圖如圖4。

從設(shè)備邏輯圖可以看出，針對雷達分布式控制功能的實現(xiàn)，作戰(zhàn)系統(tǒng)宏觀上包含兩個方面：一是在雷達操控臺端需要將專用數(shù)據(jù)處理等專用功能模塊進行分離，以滿足雷達通用控制的要求，并增加接口轉(zhuǎn)換單元，通過標(biāo)準(zhǔn)化的通用協(xié)議，以適應(yīng)不同戰(zhàn)位對雷達直接操作控制需求；二是在指控端，需要增加復(fù)雜的人機操作控制功能，通過指定標(biāo)準(zhǔn)化的通用協(xié)議，將雷達操控臺和作戰(zhàn)指揮臺對雷達控制統(tǒng)一起來，同時需要將通用數(shù)據(jù)處理功能進行分離以保證作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)和雷達操控臺的通用性。

(2) 針對傳統(tǒng)雷達控制信息模擬量多、不利于控制功能的分布式實現(xiàn)的問題，提出對雷達前端操作控制命令的數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化、實時性要求，通過優(yōu)化雷達的系統(tǒng)構(gòu)架，將與作戰(zhàn)指揮相關(guān)的關(guān)鍵信息接口從原有的模擬控制量改為數(shù)字控制量，實現(xiàn)了雷達操作控制信息的數(shù)字化要求。

雷達內(nèi)部存在兩類控制信息，包括模擬信息和數(shù)字信息。數(shù)字信息易于采用功能對等的多點實現(xiàn)，有利于控制功能的分布式實現(xiàn)。模擬量難于采用功能對等的多點實現(xiàn)，這是由于工程實際由于不同的設(shè)備對模擬量數(shù)量有明確限制，因此難于將一個模擬信號分為多個相同的模擬量而造成的。

(3) 編制了標(biāo)準(zhǔn)控制協(xié)議，提出了作戰(zhàn)管理系統(tǒng)的不同雷達操控臺位的功能備份要求，采用了合理的軟件體系架構(gòu)和功能構(gòu)件，提高了備份處理能力和冗余性。

傳統(tǒng)雷達的內(nèi)部控制命令的信息種類、信息格式均和作戰(zhàn)系統(tǒng)通用協(xié)議有很大的差異，而設(shè)計通用的協(xié)議是分布式操控的重要前提。通過分析雷達原有復(fù)雜的人機操控命令、作戰(zhàn)管理系統(tǒng)相對簡單的操控命令的功能、信息特點，提出合理的操作控制功能流程和信息流程，分析其中的信息結(jié)構(gòu)關(guān)系，結(jié)合裝備接口協(xié)議的現(xiàn)狀，編制完善了雷達操控的標(biāo)準(zhǔn)信息協(xié)議，并得到中外雙方的共同認(rèn)可。

分析雷達操控臺的技術(shù)特點，重點需解決作戰(zhàn)管理系統(tǒng)軟件的技術(shù)實現(xiàn)。作戰(zhàn)管理系統(tǒng)軟件的靜態(tài)結(jié)構(gòu)采用分層體系結(jié)構(gòu)，共分為4層：系統(tǒng)軟件、應(yīng)用框架、應(yīng)用總控軟件和應(yīng)用構(gòu)件。系統(tǒng)軟件層包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫軟件、各硬件設(shè)備的驅(qū)動程序等，為軟件提供底層支持。應(yīng)用框架層包含界面管理、構(gòu)件管理、數(shù)據(jù)實體管理等部分，對軟件涉及的邏輯和行為進行封裝，為應(yīng)用構(gòu)件開發(fā)提供支持。應(yīng)用總控軟件包括顯控總控軟件、任務(wù)計算總控軟件和信息網(wǎng)關(guān)總控軟件3個可執(zhí)行程序，提供通用應(yīng)用功能。雷達操控構(gòu)件作為一個獨立的功能構(gòu)件是應(yīng)用構(gòu)件的一部分，在作戰(zhàn)管理系統(tǒng)中的任意一個顯控臺均可直接調(diào)用。任一顯控臺也可根據(jù)操作人員要求釋放或獨占雷達操控資源。

(4) 提出了雷達分布式操控的優(yōu)先級順序及統(tǒng)一優(yōu)先級的前端資源搶占準(zhǔn)則，實現(xiàn)無沖突的多節(jié)點分布式操控雷達的功能，增強了作戰(zhàn)系統(tǒng)的可靠性、抗毀性和組織靈活性。由于雷達操控的節(jié)點增多，涉及到操控的優(yōu)先級順序和前端資源搶占準(zhǔn)則。通過設(shè)計確定如下優(yōu)先級數(shù)序：雷達操控臺>指控情報指揮臺>方面戰(zhàn)作戰(zhàn)指揮臺(對空、對海、反潛)指揮臺，并給出同一優(yōu)先級的資源搶占準(zhǔn)則，即針對同一優(yōu)先級的方面戰(zhàn)指揮臺，在缺省方式下采用先到先得的方式，在艦長人工干預(yù)條件下可以設(shè)置任一顯控臺優(yōu)先獲取雷達前端資源。

4 試驗結(jié)果

在軍貿(mào)作戰(zhàn)系統(tǒng)對雷達操控的試驗中，中方組織了中方設(shè)備的作戰(zhàn)管理系統(tǒng)、SMART-S雷達的聯(lián)合測試。通過多次測試聯(lián)調(diào)，中方的作戰(zhàn)管理系統(tǒng)的任一顯控臺均能夠執(zhí)行雷達的各項操作控制，實現(xiàn)了對雷達操控臺同等的操作控制能力。這說明分布式操控功能在工程上得到成功實現(xiàn)。試驗得到了外方的高度認(rèn)可，認(rèn)為中方對該型雷達的集成是成功的。

5 結(jié)束語

通過分析作戰(zhàn)系統(tǒng)主戰(zhàn)雷達SMART-S的功能性能、技術(shù)特點、運行機理和操控模式，結(jié)合作戰(zhàn)系統(tǒng)的作戰(zhàn)任務(wù)和需求，在協(xié)調(diào)確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)控制協(xié)議的基礎(chǔ)上重點解決了雷達本地與作戰(zhàn)管理系統(tǒng)的分布式深度控制的接口設(shè)計、試驗驗證等技術(shù)問題，首次在國內(nèi)實現(xiàn)了西方SMART-S雷達的多戰(zhàn)位分布式深度控制。同時，秉承了SMART-S雷達的遠程警戒、探測、精確識別等優(yōu)異性能，充分發(fā)揮了中西方國家裝備的集成優(yōu)勢，提升了作戰(zhàn)系統(tǒng)的整體作戰(zhàn)能力。

本艦裝備自研的Neza6作戰(zhàn)管理系統(tǒng)，采用分層的全分布體系結(jié)構(gòu)，在原有基礎(chǔ)上進一步集成了西方的三坐標(biāo)雷達，實現(xiàn)了對SMART-S雷達的全控制由單點擴展為多點，填補了國內(nèi)技術(shù)空白。本文提出的分布式操控三坐標(biāo)雷達在原理是可行的，并通過工程試驗驗證了設(shè)計的合理性。該項技術(shù)可向作戰(zhàn)系統(tǒng)領(lǐng)域進行推廣。