李 燁，戴征堅，王 棟

（海軍裝備研究院，北京 100161）

艦艇對空自防御系統(tǒng)集成優(yōu)化方法

李 燁，戴征堅，王 棟

（海軍裝備研究院，北京 100161）

艦艇對空自防御系統(tǒng)的集成優(yōu)化設(shè)計是提高系統(tǒng)使用性能的重要途徑，系統(tǒng)地分析了艦艇對空自防御系統(tǒng)集成優(yōu)化的總體思路和主要工作內(nèi)容，提出了采用開放式體系架構(gòu)和基于公共計算服務(wù)環(huán)境技術(shù)的艦艇對空自防御系統(tǒng)集成優(yōu)化方案。

反艦巡航導(dǎo)彈；艦艇自防御系統(tǒng)；系統(tǒng)集成；全艦計算環(huán)境

反艦巡航導(dǎo)彈具有速度快、機動性好、抗電子干擾能力強、發(fā)射平臺多樣等特點，因此對其進行探測與跟蹤的難度很大［1］。艦艇對空自防御系統(tǒng)主要由對空傳感器，作戰(zhàn)指揮控制設(shè)備，電子戰(zhàn)、近末端艦空導(dǎo)彈及反導(dǎo)艦炮等各型設(shè)備組成。早期的兩棲艦、航母等大型艦船的傳感器、指控設(shè)備、防空武器均是相對獨立配置，其探測、跟蹤，威脅判斷和交戰(zhàn)決策，火力打擊等一系列過程需要繁瑣的人工干預(yù)環(huán)節(jié)，從而使系統(tǒng)自動化程度低、反應(yīng)速度慢。為提升對空自防御能力，美國海軍首先成功開發(fā)了艦艇自防御系統(tǒng)（SSDS），SSDS可將各種傳感器、防御武器及指揮控制系統(tǒng)集成為一體，采用人工智能技術(shù)和基于作戰(zhàn)規(guī)則的戰(zhàn)術(shù)輔助決策技術(shù)，通過綜合使用軟硬武器摧毀來襲目標(biāo)，極大提高了對空防御作戰(zhàn)效能。

本文結(jié)合艦艇對空自防御系統(tǒng)的使用特點，從提高系統(tǒng)的集成優(yōu)化設(shè)計水平和綜合作戰(zhàn)使用效能出發(fā)，采用開放式體系結(jié)構(gòu)和全艦計算環(huán)境技術(shù)實現(xiàn)艦艇對空自防御系統(tǒng)的集成優(yōu)化設(shè)計，并提出了初步的技術(shù)實現(xiàn)方案。

1 總體思路

艦艇對空自防御系統(tǒng)組成復(fù)雜，涉及裝備種類和數(shù)量多，技術(shù)領(lǐng)域廣，通常以分系統(tǒng)為單元的集成設(shè)計模式雖保留了分系統(tǒng)的完整性，但影響了裝備綜合作戰(zhàn)使用效能和質(zhì)量效益的提高，具體表現(xiàn)為：1）沒有真正實現(xiàn)自頂向下的系統(tǒng)設(shè)計，各分系統(tǒng)的功能和資源配置重疊，影響系統(tǒng)整體效費比；2）功能部署不合理，交互環(huán)節(jié)多、作戰(zhàn)使用流程較復(fù)雜，影響作戰(zhàn)效率［2］；3）系統(tǒng)缺少資源統(tǒng)一管理、綜合使用功能，尤其是缺少基于交戰(zhàn)規(guī)則和武器作戰(zhàn)效能的傳感器、軟硬武器等綜合使用策略，影響系統(tǒng)整體作戰(zhàn)效能；4）各分系統(tǒng)自成體系，軟硬件耦合度高，缺乏統(tǒng)一的系統(tǒng)軟件開發(fā)與集成標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)資源和信息共享程度較低，軟件通用性和可移植性差，難以有效支持系統(tǒng)顯控、處理等硬件資源的集成優(yōu)化，難以支持系統(tǒng)實現(xiàn)武器通道靈活組配和快速構(gòu)建；5）標(biāo)準(zhǔn)化水平和部分設(shè)備的操控自動化程度不高，需要人工操作的環(huán)節(jié)較多，一定程度上影響了系統(tǒng)作戰(zhàn)的快速反應(yīng)能力。

針對上述不足，艦艇對空自防御系統(tǒng)集成優(yōu)化通過頂層設(shè)計與優(yōu)化，使系統(tǒng)的信息和資源能夠共享與綜合利用，使用流程更加便捷，裝備和人力資源配置更加科學(xué)、合理，從而充分發(fā)揮系統(tǒng)所配置資源的作戰(zhàn)使用效能?？傮w思路為：1）統(tǒng)籌作戰(zhàn)要素、提升綜合效能，緊密圍繞作戰(zhàn)需求，將各要素納入對空自防御系統(tǒng)進行統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)籌設(shè)計，確保作戰(zhàn)資源靈活使用、作戰(zhàn)過程快捷順暢；2）優(yōu)化使用流程、便捷作戰(zhàn)使用，針對不同作戰(zhàn)環(huán)境，結(jié)合系統(tǒng)武器裝備配置及其能力變化，優(yōu)化作戰(zhàn)使用流程；3）優(yōu)化人機界面設(shè)計，科學(xué)統(tǒng)籌作戰(zhàn)資源使用、提高信息交換和設(shè)備操作的效率，提高設(shè)備信息化、自動化水平［3］；4）開放系統(tǒng)設(shè)備、整合重復(fù)及優(yōu)化系統(tǒng)功能，采用開放式軟硬件體系結(jié)構(gòu)，構(gòu)建公共信息基礎(chǔ)設(shè)施，全面優(yōu)化系統(tǒng)功能模塊組成、軟硬資源配置，避免系統(tǒng)功能重復(fù)。

2 艦艇對空自防御系統(tǒng)集成優(yōu)化

艦艇對空自防御系統(tǒng)集成優(yōu)化主要包括系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)優(yōu)化、系統(tǒng)作戰(zhàn)使用流程優(yōu)化、系統(tǒng)物理組成優(yōu)化等。

2.1 系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)優(yōu)化

艦艇對空自防御系統(tǒng)按功能主要分為信息獲取、指揮控制和軟硬武器攔截等功能。信息獲取主要是根據(jù)指揮控制的指令，操作控制相應(yīng)設(shè)備完成相應(yīng)的探測和目標(biāo)跟蹤等任務(wù)；指揮控制主要輔助指揮員完成作戰(zhàn)的決策和各種軟硬武器控制，實施綜合對空自防御作戰(zhàn)；軟硬武器攔截主要是根據(jù)指揮控制的指令，控制相應(yīng)武器完成對目標(biāo)的打擊任務(wù)等。從功能優(yōu)化角度，信息獲取的顯控功能、情報編輯、目標(biāo)管理等功能可進行一體化設(shè)計，指揮控制可以軟硬防御武器集中指揮、綜合使用為主，并在武器部位配置單武器（火力）控制功能。同時，艦艇對空自防御系統(tǒng)軟件可采用層次化結(jié)構(gòu)，分為核心層、中間層、基礎(chǔ)支撐層、應(yīng)用層。核心層包括操作系統(tǒng)，以及設(shè)備驅(qū)動、數(shù)據(jù)庫管理和安全管理等軟件；中間層包括各類軟件中間件，屏蔽硬件設(shè)施和操作系統(tǒng)差異；基礎(chǔ)支撐層包括信息傳輸、網(wǎng)絡(luò)、計算資源管理、圖形／表頁顯示支持等基礎(chǔ)的軟件；應(yīng)用層主要包括完成系統(tǒng)規(guī)定使命任務(wù)所需的功能性應(yīng)用軟件。

2.2 系統(tǒng)作戰(zhàn)使用流程優(yōu)化

1）優(yōu)化傳感器資源管控流程。艦載對空傳感器常采用單機單控方式，傳感器之間一般不進行相互引導(dǎo)；艦艇對空自防御系統(tǒng)需要增加對傳感器資源統(tǒng)一管理功能及其使用流程，實現(xiàn)相互引導(dǎo)探測和傳感器資源綜合利用，提高對目標(biāo)的探測距離以及跟蹤的穩(wěn)定性和精確性。2）優(yōu)化多武器綜合使用流程。針對艦艇對空自防御系統(tǒng)配裝了艦空導(dǎo)彈、反導(dǎo)艦炮、電子對抗設(shè)備等多種近、末端對空防御武器的情況，為避免在面對飽和攻擊時，各武器都進行自主決策打擊，導(dǎo)致目標(biāo)分配不清，艦艇對空自防御系統(tǒng)需要對多武器綜合使用流程進行優(yōu)化：由指揮員根據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢與威脅情況決定各種武器工作方式，適時綜合組織各武器梯次對抗來襲目標(biāo)，實現(xiàn)目標(biāo)統(tǒng)一分配，形成多武器的綜合作戰(zhàn)能力［4］。

2.3 系統(tǒng)物理組成優(yōu)化

在確保安全可靠及滿足系統(tǒng)功能、戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能要求前提下，減少設(shè)備種類和數(shù)量，合理布置裝備，便于使用。重點提高傳感器、指揮控制和軟硬武器裝備使用的自動化水平，降低相關(guān)設(shè)備對人員的依賴性；提高雷達建航、軟硬武器使用決策、目標(biāo)分配、通道組織、武器控制等功能的自動化水平，提升艦艇對空自防御系統(tǒng)的快速反應(yīng)能力和作戰(zhàn)效能。同時，提高裝備的輕小型化和通用化水平，最大程度減小對艦上空間資源的占用；盡可能將功能軟件化實現(xiàn)，共享信息資源、信息處理資源、顯控資源、網(wǎng)絡(luò)資源和數(shù)據(jù)庫資源。

3 實施方案

為便于系統(tǒng)集成優(yōu)化，滿足作戰(zhàn)能力持續(xù)發(fā)展的需求，提高對空防御作戰(zhàn)效能，應(yīng)按照開放體系結(jié)構(gòu)開展系統(tǒng)集成，對裝備內(nèi)各個具體的功能進行合理分解和規(guī)范化描述，準(zhǔn)確定義每個功能標(biāo)準(zhǔn)的信息和數(shù)據(jù)的輸入輸出關(guān)系，形成系統(tǒng)總體集成設(shè)計要求與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；構(gòu)建系統(tǒng)的公共計算服務(wù)環(huán)境，即采用高性能計算服務(wù)器、大容量存儲設(shè)備、顯控臺的任務(wù)計算機、操作系統(tǒng)等組成為一個公共計算服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施，為各系統(tǒng)統(tǒng)一提供高性能實時計算和存儲等服務(wù)，并優(yōu)化其系統(tǒng)組成、主要功能和性能、系統(tǒng)組織和運行方式等。

3.1 系統(tǒng)組成

艦艇對空自防御系統(tǒng)組成包括硬件設(shè)備和應(yīng)用軟件（見圖1）。硬件設(shè)備基于開放式體系架構(gòu)構(gòu)建，即保留原有各分系統(tǒng)的基本形態(tài)和信號級處理功能，剝離傳感器、軟硬武器的數(shù)據(jù)處理硬件功能，以軟件形態(tài)部署于公共計算服務(wù)系統(tǒng)。

對空自防御系統(tǒng)的應(yīng)用軟件包括采用構(gòu)件化方法開發(fā)的雷達、紅外、電子偵察等傳感器功能軟件，以及指揮控制裝備的多源信息融合處理及目標(biāo)綜合識別、空中態(tài)勢生成、威脅判斷、反導(dǎo)及電子戰(zhàn)武器使用方案生成等軟件；這些軟件運行于公共計算服務(wù)系統(tǒng)，為對空自防御系統(tǒng)有關(guān)傳感器、指揮控制、軟硬武器等提供服務(wù)。

公共計算服務(wù)系統(tǒng)采用軟硬件分離、數(shù)據(jù)與應(yīng)用分離的設(shè)計，其中硬件包括多個高性能服務(wù)器、高性能存儲設(shè)備、數(shù)據(jù)交換設(shè)備、多功能顯控終端等；軟件包括各種操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、硬件驅(qū)動、網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)軟件支撐環(huán)境，各種專用設(shè)備驅(qū)動與中間件、資源管理與安全服務(wù)相關(guān)中間件，服務(wù)化運行和管理環(huán)境，信息共享、人機交互功能支持模塊等［5］。

圖1 基于公共計算服務(wù)環(huán)境技術(shù)的艦艇對空自防御系統(tǒng)組成示意圖

3.2 系統(tǒng)主要功能和使用性能

1）提供標(biāo)準(zhǔn)化的、服務(wù)化的計算、存儲、顯示、數(shù)據(jù)交換等硬件設(shè)備，業(yè)務(wù)功能軟件基于標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的構(gòu)件模型，通用業(yè)務(wù)功能軟件不依賴于特定的硬件設(shè)備；2）支持各類業(yè)務(wù)功能軟件的統(tǒng)一管理、集中部署，支持艦艇對空自防御系統(tǒng)基于獨立的業(yè)務(wù)功能軟件實施快速集成；3）提供軟件構(gòu)件建模、設(shè)計、開發(fā)、組裝、調(diào)試、集成、運行等全生命周期過程支持；4）支持服務(wù)化軟件部署、運行；5）支持根據(jù)作戰(zhàn)使用要求對作戰(zhàn)流程進行靈活定制，對戰(zhàn)位功能進行配置和遷移，支持根據(jù)使用需求靈活配置各操作戰(zhàn)位和應(yīng)用功能；6）滿足傳感器數(shù)據(jù)處理、信息融合與目標(biāo)識別、戰(zhàn)術(shù)計算、輔助決策、火控解算等強實時／實時／準(zhǔn)實時計算處理及服務(wù)要求，滿足艦艇對空自防御決策反應(yīng)時間要求；7）實現(xiàn)計算、存儲等資源共享，根據(jù)系統(tǒng)各類設(shè)備的業(yè)務(wù)需求，提供自動或人工兩種方式調(diào)配；8）計算節(jié)點故障或損毀情況下，系統(tǒng)能夠自動選擇其他正常計算節(jié)點恢復(fù)功能［6］；9）系統(tǒng)臺位故障或損毀情況下，能夠指定其它臺位恢復(fù)故障臺位業(yè)務(wù)功能等。

3.3 系統(tǒng)組織和運行方式

各分系統(tǒng)或設(shè)備軟件將部署、運行在公共計算服務(wù)系統(tǒng)所提供的軟硬件信息基礎(chǔ)設(shè)施上。利用公共計算服務(wù)系統(tǒng)所提供的軟件服務(wù)化和人機界面應(yīng)用支撐功能，將各應(yīng)用驗證設(shè)備中與專用設(shè)備無關(guān)的應(yīng)用軟件按照顯示控制與任務(wù)處理功能分開進行設(shè)計與研制。顯示控制軟件部署、運行在公共計算服務(wù)系統(tǒng)所提供的多功能顯控終端中，各臺位具備相互替換和人機界面重組的能力。任務(wù)處理軟件將部署、運行在公共計算服務(wù)系統(tǒng)的服務(wù)器中，綜合利用公共計算、存儲設(shè)備所提供的計算、存儲資源實現(xiàn)各類信息處理、存儲功能。通過上述應(yīng)用部署模式能夠支持系統(tǒng)實現(xiàn)軟件與硬件解耦、計算與顯示分離。

圖2 基于公共計算服務(wù)環(huán)境技術(shù)的艦艇對空自防御系統(tǒng)組織和運行示意圖

艦艇對空自防御系統(tǒng)在實施對空自防御作戰(zhàn)任務(wù)時，系統(tǒng)可根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)和獲取的情報信息，組織本艦傳感器對低空、超低空區(qū)域進行重點監(jiān)視搜索；接收探測信息，利用雷達、紅外警戒、電子偵察等設(shè)備對目標(biāo)不同物理特征的探測，以及傳感器探測能力互補特點，在公共計算服務(wù)系統(tǒng)中進行多源信息融合處理及目標(biāo)綜合識別、威脅判斷，形成空中態(tài)勢并推送空中態(tài)勢管理戰(zhàn)位進行顯示；完成對空自防御態(tài)勢進行分析，做出艦艇機動決策建議和近、末端自防御決策計算，形成近、末端防御武器使用方案，完成軟硬武器通道組織、目標(biāo)分配和規(guī)避機動決策并進行顯示；自動或半自動方式向相關(guān)武器下達目標(biāo)指示；實時監(jiān)視各武器交戰(zhàn)狀態(tài)，必要時在相關(guān)指揮戰(zhàn)位及時下達作戰(zhàn)干預(yù)命令等［7］。

4 結(jié)束語

艦艇對空自防御系統(tǒng)采用開放式體系架構(gòu)和基于公共計算服務(wù)環(huán)境技術(shù)進行集成優(yōu)化設(shè)計后，將產(chǎn)生顯著的綜合效益：1）可支持系統(tǒng)實現(xiàn)計算資源統(tǒng)一管理，大幅提升計算資源使用效率和計算能力；2）可降低設(shè)備規(guī)模和重量，減少系統(tǒng)集成的難度；3）可減少信息流通環(huán)節(jié)，縮短了對空自防御決策反應(yīng)時間；4）可提升信息綜合處理的效能，態(tài)勢完整性更好，目標(biāo)威脅判斷可信度更高［8］；5）可增強系統(tǒng)抗毀能力，計算設(shè)備受損后功能自動遷移和系統(tǒng)配置重組，部分計算設(shè)備失效時，仍能完成對空自防御等基本計算功能運行等。

［1］ 王航宇.艦載火控原理［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2014.

［2］ 李皓，王媛.知識驅(qū)動的艦艇編隊信息系統(tǒng)頂層設(shè)計方法［J］.艦船電子工程，2013，33（7）：1?7.

［3］ Bonnie W.Yong，Northrop Grumman.Future Integrated Fire Control［C］.10th ICCRTS，2010.

［4］ Network Centric Operations Conceptual Framework Ver?sion1.0.prepared for：John Garstka，Office of Force Transformation［M］.Preparedby：EvidenceBased Research，Inc.Novermber，2003：5?10.

［5］ Min?yong Li，Xiao?rui Zhang.Theoretical Analysis on Au?tomatization and Human?Machine Combination［C］.2009 International Conference on Intelligent Human?Machine Systems and Cybernetics，Hangzhou，China，2009.

［6］ BARAT A，BARTHELEMY M，VESPIGNANI A.Weighted evolvingnetworks：couplingtopologyandweighted dynamics［J］.Phys Rev Lett，2004（92）：228701.

［7］ 耿奎，李為民，趙晨光.攻防一體網(wǎng)絡(luò)化防空作戰(zhàn)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)［J］.火力與指揮控制，2005，30（7）：9?10.

［8］ 尤曉航.國外海軍典型C4I及武器系統(tǒng)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2007：84?91.

Integration Method of Ship's Aerial Defence Systems

LI Ye，DAI Zheng?jian，WANG Dong
（Naval Academy of Armament，Beijing 100161，China）

It is an important approach to design the ship's aerial defence systems by integration method.The thoughtway and main work content are considered systemly for the integration method of ship's aerial defence systems.The integration method of ship's aerial defence systems is given based on the open architecture and total ship computing environment.

anti?ship cruise missile；Ship Self?Defense Systems（SSDS）；system integration；total ship computing environ?ment（TSCE）

U674.70；E917

A

10.3969／j.issn.1673?3819.2016.06.022

1673?3819（2016）06?0105?04

2016?06?20

2016?07?10

李 燁（1987?），男，山東青島人，碩士，工程師，研究方向為艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)。

戴征堅（1968?），男，博士，高級工程師。

王 棟（1981?，男，碩士，工程師。