中国指挥与控制学会会刊 
信息时代的到来对舰炮武器系统提出了新的发展要求,并对传统作战观念、作战样式和武器装备的发展产生重大影响,具体体现在:装备建设重点向信息化的转变;装备建设模式向体系为主的方向转变;装备建设方法向综合集成模式转变。由此可见,信息化在未来舰炮武器系统的建设中占有十分重要的地位。
“信息化”舰炮武器系统的特征主要体现在:信息应用范围广、信息获取手段多、多源信息处理能力强、信息化弹药集成应用等方面。大口径舰炮武器系统在作战中目标信源多样、信息化弹药种类多样,作战样式灵活,是信息化舰炮武器系统的典型应用。
1 国外研究概况
1.1 国外舰炮武器系统体系结构现状
随着信息技术的飞速发展,国外舰艇作战系统普遍采用基于商用主流技术和标准规范的开放式体系结构,如美国DDG1000驱逐舰率先采用了基于“全舰计算环境(TSCE)”的开放式体系结构,提供了标准的数据交换和功能互操作机制,支持作战系统与平台、动力等其它子系统的互操作,实现了舰载作战系统的一体化和综合集成,以及系统信息资源的共享和柔性连接,具有动态配置、可靠性高、灵活扩展、开放体系等特点。DDG1000上的155mm舰炮(AGS)和Mk57mm舰炮的指挥控制功能,也在全舰计算环境中实现。AGS155毫米先进舰炮系统由三大分系统组成:指挥控制系统、AGS舰炮系统和信息化弹药系统,用于装备美国海军DDG 1000“朱姆沃尔特”级对陆攻击驱逐舰。该驱逐舰贯彻美国“网络中心战”的发展主线,在舰上营造了全舰计算机网络环境(TSCE),以使该舰在未来的网络中心战中充分发挥各种作战能力,这也是美国海军开放式结构策略的首次大规模应用。其特点是:全舰所有系统全部由局域网连接,所有设备尽可能采用民用成熟技术和标准化的软件,告别专为某型设备、某级舰设计软件的做法,以便后续升级、维护,以降低研制和使用成本,适应现在和未来的各种作战任务,支持维修、补给、舰员培训等各种辅助性任务。DDG1000对陆攻击驱逐舰上的作战与电子系统和其包含的AGS 155/62舰炮子系统都是采用分布式体系结构,使全舰所有指挥、控制、战场管理、情报、通信等信息利用高速数据、视频总线传输,均可在全舰整合的计算机网络的任何一个节点上执行,使系统不会因为一个局部的损坏而导致全面瘫痪[1]。
美国海军LPD-17舰、Aegis武器系统和Insitu无人机等则采用“订阅发布模式”的通信模式,解决了系统紧耦合情况下的通信问题,是对象管理组织OMG颁布的有关分布式实时系统中数据发布的一个较新规范,具有实时性、低延迟、高吞吐量等优点。
1.2 国外舰炮武器系统体系结构发展趋势
为使军队全面迈进“面向信息”的道路,美国已将信息系统的采办提高到了与战斗机、战斗舰艇同等重要的地位,未来其重要性甚至超过主战平台。美军坚持以信息为主导,开展装备信息化建设,利用现有的民用和军用信息技术,用共同的软件、标准、体制和规程,从横向上对现有武器装备系统进行信息化改造,使其具备通用性、联动性,从而更便于从传感器到射手之间、各武器系统之间、各作战部队之间的信息流动,大幅度地提高所有武器装备和作战系统的整体效能。
纵观国外海军信息化舰炮武器系统体系结构发展,可以看出其发展趋势为:向开放式、网络化发展;重视装备体系的“一体化”建设,努力提高信息化武器装备的互连、互通、互操作能力;可综合利用侦察卫星、侦察飞机、岸基观察哨所及本舰跟踪器的信息,实现对视距外目标的快速获取、目标定位,目标打击后的射击校正和射击效果评估,以提高舰艇编队的对岸协同作战能力和多军兵种的联合作战能力[2]。
2 信息化舰炮武器系统体系结构设想
2.1 信息化舰炮武器系统作战使用研究
现役大口径舰炮武器系统的重点需求在于提高系统远程精确打击能力,为此,需要解决看得远、打得远、打得准、反馈闭环等一系列问题。
从目标定位手段上,天基的卫星,空基的无人机、电视侦察校射弹,舰基的相控阵雷达、舰炮火控雷达、光电跟踪仪、友邻舰艇、编队指挥,岸基的岸基观察哨,以及战前情报侦察等多源信息均能通过信息接口的互联互通而为舰炮武器系统所用,大大提高了系统的视界。从弹药的射击距离和打击精度上看,一维增程修正弹、滑翔增程弹等信息化弹药的不断成熟完善,也有力支持了舰炮武器系统的能力提升。在以上资源支持下,能够形成信息化舰炮武器系统的多种使用模式,如表1 所示。
表1 信息获取和综合应用、信息化弹药综合控制及综合应用方式 |
| 类别 | 内容 | 使用方式 |
|---|---|---|
| 信息 获取 和综 合应 用 | 天基侦察信息(卫星图片)和情报信息的应用 | 战前目标定位 |
| 天基(卫星图片)和空基侦察信息(电视侦察弹信息)的综合应用 | 自主侦察定位和偏差观测,射击校正 | |
| 天基(卫星图片)和空基侦察信息(舰载无人机)的综合应用 | 自主侦察定位和偏差观测,射击校正 | |
| 舰基相控阵雷达和空基侦察信息的应用(含无人机侦察信息、舰载直升机信息、电视侦察弹信息) | 定位敌炮兵阵位和偏差观测,射击校正 | |
| 天基(卫星图片)和岸基侦察信息(前沿观察哨)的综合应用 | 侦察定位和偏差观测,射击校正。 | |
| 舰基火控雷达、电视跟踪仪的应用 | 传统方式,对视距内目标观测定位 | |
| 信息 化弹 药控 制及 综合 应用 | 复合增程一维修正弹控制使用 | —— |
| 滑翔增程弹控制使用 | —— | |
| 电视侦察弹与复合增程一维修正弹协同使用 | —— | |
| 无人机侦察系统与复合增程一维修正弹的匹配使用 | —— |
2.2 系统信息结构
信息化舰炮武器系统的信息分为前端信息输入,中端信息处理以及末端信息输出三个阶段。
1)前端信息输入
本阶段,可共享来自岸基、空基、天基所提供的目标信息,可接收来自友舰提供的目标信息,可共享无人机系统、舰载直升机以及前沿观察哨的侦察信息。包括平台参数、探测时间、目标类型及定位信息,其可通过数据链等通信手段形成统一作战态势。
2)中端信息处理
本阶段主要完成远程打击目标的火力分配及指挥决策,并对打击效果进行评估。
根据战术态势和系统状态,自主制定作战方案,跟踪器的跟踪测量信息和火控滤波后的目标运动参数,能够实现综合火控台的动态定义和互为备用。
3)末端信息输出
本阶段,用于控制武器的射击诸元信息和射击/发射命令,以及武器的反馈信息。
信息化舰炮武器系统的信息结构设想如图1 所示。
2.3 系统功能结构
在系统作战使用研究的基础上,首先进行系统功能的分解、重聚,构想了系统的功能结构由作战指挥功能群、内核处理功能群、广义传感器功能群、通用接口功能群、舰炮功能群、交互功能群组成,如图2 所示。
信息化舰炮武器系统中的信息子系统是通道组织子功能系统,由通用火控计算功能群、舰炮火力配置功能群、跟踪资源配置功能群、火力精确控制功能群构成[3],如图3 所示。
2.4 系统分布式集成环境总体结构
舰炮武器系统作为舰艇作战系统的一部分,其通信结构需要与全舰协调工作,与全舰公共计算环境相比,大口径舰炮火控在通信结构方面需要解决火控系统中实时解算、高性能信号处理和火控计算、控制信号接口适配、武器系统独立自主作战和备用作战、系统安全性、大规模计算资源分配等问题。
设想系统网络采用分布式结构,通过与作战系统网络交换设备的连接实现武器系统网络与作战系统网络通信相关节点的互联互通,系统内部各通信节点实现分布式,具备开放式通信的基础。系统内采用基于数据订阅分发(DDS)的数据通信方式,实现对作战资源的共享和按需订阅,打破应用软件与软硬平台之间的紧耦合以及应用软件之间的紧耦合,体现以数据为中心进行结构设计的方法学,采用公开标准,降低集成成本。通过DDS服务可实现对无人机、通信系统等所提供的信息的共享,同时提供本系统相关信息的共享服务[4]。
同时,通过强实时环境下武器系统应用构件的开发、集成、配置、部署,实现不同任务下功能动态重组、资源按需配置,实现系统对作战资源信息的透明访问、按需共享和应用构件的即插即用、灵活重构,满足火控系统应用软件综合集成的要求,有利于软件的维护、快速升级和复用。
3 信息化舰炮武器系统体系结构目标及展望
信息化舰炮武器系统在作战需求推动和技术发展引领下日益重要和成熟,体系结构将形成以下能力以支撑灵活多样的舰炮武器系统作战:
1)提供统一的人机交互资源管理接口,具备以平台为单位对人机交互资源一致性分配与管理功能,满足各功能软件(服务)无冲突地使用人机交互资源的需求;
2)采用信息分发中间件,具备信息的按需订阅-发布功能,实现应用软件对共享信息的按需定制;
3)具备应用软件在集成环境上的即插即用功能。无需静态链接,可根据需要对应用软件(服务)模块动态调度,具备在系统范围内的显控台功能灵活配置、自动重组能力,避免系统启动不必要的服务对整体性能带来影响;
4)信息适配功能。具备对非配置集成环境平台上的信息集成的能力,支持应用软件(服务)按照消息订阅接口对此类信息进行透明订阅和使用,满足对信息处理设备或成熟分系统或设备的信息集成需求[5];
5)数据库访问功能。提供标准数据库访问接口,实现应用软件对数据库信息的一致性访问功能;
6)信息流程、服务运行状态监控功能。在线监控系统信息交互情况、应用服务运行情况以及定制流程执行情况,防止错误、非法的信息交互和未经许可的服务运行造成对系统信息或作战流程的影响;
7)信息记录功能。有条件地对显控台订阅或发布的信息进行记录,为信息流程分析和优化提供支持;
8)日志功能。记录系统运行过程中的关键事件,如信息订阅策略、服务运行情况等;
9)节点状态监控。监控实时的各连接节点状态,实时显示或提供状态访问接口供其他服务访问。
4 结束语
本文首先分析了信息化舰炮武器系统国外研究现状和发展趋势,然后通过分析信息化舰炮武器系统的作战使用,设想了信息化舰炮武器系统的功能结构、信息结构、通信结构,提出了基于软件集成框架和数据订阅分发机制的信息化舰炮武器系统开放、分布式体系结构。其通信结构设计了系统的通信拓扑,多传感器及定位资源节点采用标准化接口,分布在系统一体化集成环境上,可供订阅节点实时使用,体现了以数据为中心进行结构设计的方法学。在该体系结构下,能够实现,通过增强互联、互通、互操作能力来实现武器系统效能的提高,同时也提高了装备的标准化水平、集成优化程度。最后,对信息化舰炮武器系统体系结构的目标进行了展望。