白 奕,周克強,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)體系結構

白 奕,周克強,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)體系結構的國外現狀進行了分析,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,構建了信息化艦炮武器系統(tǒng)的功能結構、信息結構和通信結構,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)的標準化程度和保障性水平有借鑒意義。

信息化;艦炮武器系統(tǒng);體系結構

信息時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)展產生重大影響,具體體現在:裝備建設重點向信息化的轉變;裝備建設模式向體系為主的方向轉變;裝備建設方法向綜合集成模式轉變。由此可見,信息化在未來艦炮武器系統(tǒng)的建設中占有十分重要的地位。

“信息化”艦炮武器系統(tǒng)的特征主要體現在:信息應用范圍廣、信息獲取手段多、多源信息處理能力強、信息化彈藥集成應用等方面。大口徑艦炮武器系統(tǒng)在作戰(zhàn)中目標信源多樣、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)的典型應用。

1 國外研究概況

1.1 國外艦炮武器系統(tǒng)體系結構現狀

隨著信息技術的飛速發(fā)展,國外艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)普遍采用基于商用主流技術和標準規(guī)范的開放式體系結構,如美國DDG1000驅逐艦率先采用了基于“全艦計算環(huán)境(TSCE)”的開放式體系結構,提供了標準的數據交換和功能互操作機制,支持作戰(zhàn)系統(tǒng)與平臺、動力等其它子系統(tǒng)的互操作,實現了艦載作戰(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、靈活擴展、開放體系等特點。DDG1000上的155mm艦炮(AGS)和Mk57mm艦炮的指揮控制功能,也在全艦計算環(huán)境中實現。AGS155毫米先進艦炮系統(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”級對陸攻擊驅逐艦。該驅逐艦貫徹美國“網絡中心戰(zhàn)”的發(fā)展主線,在艦上營造了全艦計算機網絡環(huán)境(TSCE),以使該艦在未來的網絡中心戰(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構策略的首次大規(guī)模應用。其特點是:全艦所有系統(tǒng)全部由局域網連接,所有設備盡可能采用民用成熟技術和標準化的軟件,告別專為某型設備、某級艦設計軟件的做法,以便后續(xù)升級、維護,以降低研制和使用成本,適應現在和未來的各種作戰(zhàn)任務,支持維修、補給、艦員培訓等各種輔助性任務。DDG1000對陸攻擊驅逐艦上的作戰(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構,使全艦所有指揮、控制、戰(zhàn)場管理、情報、通信等信息利用高速數據、視頻總線傳輸,均可在全艦整合的計算機網絡的任何一個節(jié)點上執(zhí)行,使系統(tǒng)不會因為一個局部的損壞而導致全面癱瘓[1]。

美國海軍LPD-17艦、Aegis武器系統(tǒng)和Insitu無人機等則采用“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頒布的有關分布式實時系統(tǒng)中數據發(fā)布的一個較新規(guī)范,具有實時性、低延遲、高吞吐量等優(yōu)點。

1.2 國外艦炮武器系統(tǒng)體系結構發(fā)展趨勢

為使軍隊全面邁進“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、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。美軍堅持以信息為主導,開展裝備信息化建設,利用現有的民用和軍用信息技術,用共同的軟件、標準、體制和規(guī)程,從橫向上對現有武器裝備系統(tǒng)進行信息化改造,使其具備通用性、聯動性,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)體系結構發(fā)展,可以看出其發(fā)展趨勢為:向開放式、網絡化發(fā)展；重視裝備體系的“一體化”建設,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、岸基觀察哨所及本艦跟蹤器的信息,實現對視距外目標的快速獲取、目標定位,目標打擊后的射擊校正和射擊效果評估,以提高艦艇編隊的對岸協(xié)同作戰(zhàn)能力和多軍兵種的聯合作戰(zhàn)能力[2]。

2 信息化艦炮武器系統(tǒng)體系結構設想

2.1 信息化艦炮武器系統(tǒng)作戰(zhàn)使用研究

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

從目標定位手段上,天基的衛(wèi)星,空基的無人機、電視偵察校射彈,艦基的相控陣雷達、艦炮火控雷達、光電跟蹤儀、友鄰艦艇、編隊指揮,岸基的岸基觀察哨,以及戰(zhàn)前情報偵察等多源信息均能通過信息接口的互聯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)信息結構

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階段。

1)前端信息輸入

表1 信息獲取和綜合應用、信息化彈藥綜合控制及綜合應用方式

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

2)中端信息處理

本階段主要完成遠程打擊目標的火力分配及指揮決策,并對打擊效果進行評估。

根據戰(zhàn)術態(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運動參數,能夠實現綜合火控臺的動態(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)的信息結構設想如圖1所示。

2.3 系統(tǒng)功能結構

在系統(tǒng)作戰(zhàn)使用研究的基礎上,首先進行系統(tǒng)功能的分解、重聚,構想了系統(tǒng)的功能結構由作戰(zhàn)指揮功能群、內核處理功能群、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)信息結構

圖2 信息化艦炮武器系統(tǒng)功能結構

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成[3],如圖3所示。

2.4 系統(tǒng)分布式集成環(huán)境總體結構

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

圖3 通道組織功能子系統(tǒng)構成圖

設想系統(tǒng)網絡采用分布式結構,通過與作戰(zhàn)系統(tǒng)網絡交換設備的連接實現武器系統(tǒng)網絡與作戰(zhàn)系統(tǒng)網絡通信相關節(jié)點的互聯互通,系統(tǒng)內部各通信節(jié)點實現分布式,具備開放式通信的基礎。系統(tǒng)內采用基于數據訂閱分發(fā)(DDS)的數據通信方式,實現對作戰(zhàn)資源的共享和按需訂閱,打破應用軟件與軟硬平臺之間的緊耦合以及應用軟件之間的緊耦合,體現以數據為中心進行結構設計的方法學,采用公開標準,降低集成成本。通過DDS服務可實現對無人機、通信系統(tǒng)等所提供的信息的共享,同時提供本系統(tǒng)相關信息的共享服務[4]。

同時,通過強實時環(huán)境下武器系統(tǒng)應用構件的開

發(fā)、集成、配置、部署,實現不同任務下功能動態(tài)重組、資源按需配置,實現系統(tǒng)對作戰(zhàn)資源信息的透明訪問、按需共享和應用構件的即插即用、靈活重構,滿足火控系統(tǒng)應用軟件綜合集成的要求,有利于軟件的維護、快速升級和復用。

圖4 系統(tǒng)分布式集成環(huán)境總體結構

3 信息化艦炮武器系統(tǒng)體系結構目標及展望

信息化艦炮武器系統(tǒng)在作戰(zhàn)需求推動和技術發(fā)展引領下日益重要和成熟,體系結構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)一的人機交互資源管理接口,具備以平臺為單位對人機交互資源一致性分配與管理功能,滿足各功能軟件(服務)無沖突地使用人機交互資源的需求;

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,實現應用軟件對共享信息的按需定制;

3)具備應用軟件在集成環(huán)境上的即插即用功能。無需靜態(tài)鏈接,可根據需要對應用軟件(服務)模塊動態(tài)調度,具備在系統(tǒng)范圍內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,支持應用軟件(服務)按照消息訂閱接口對此類信息進行透明訂閱和使用,滿足對信息處理設備或成熟分系統(tǒng)或設備的信息集成需求[5];

5)數據庫訪問功能。提供標準數據庫訪問接口,實現應用軟件對數據庫信息的一致性訪問功能;

6)信息流程、服務運行狀態(tài)監(jiān)控功能。在線監(jiān)控系統(tǒng)信息交互情況、應用服務運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許可的服務運行造成對系統(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)運行過程中的關鍵事件,如信息訂閱策略、服務運行情況等;

9)節(jié)點狀態(tài)監(jiān)控。監(jiān)控實時的各連接節(jié)點狀態(tài),實時顯示或提供狀態(tài)訪問接口供其他服務訪問。

4 結束語

本文首先分析了信息化艦炮武器系統(tǒng)國外研究現狀和發(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,設想了信息化艦炮武器系統(tǒng)的功能結構、信息結構、通信結構,提出了基于軟件集成框架和數據訂閱分發(fā)機制的信息化艦炮武器系統(tǒng)開放、分布式體系結構。其通信結構設計了系統(tǒng)的通信拓撲,多傳感器及定位資源節(jié)點采用標準化接口,分布在系統(tǒng)一體化集成環(huán)境上,可供訂閱節(jié)點實時使用,體現了以數據為中心進行結構設計的方法學。在該體系結構下,能夠實現，通過增強互聯、互通、互操作能力來實現武器系統(tǒng)效能的提高,同時也提高了裝備的標準化水平、集成優(yōu)化程度。最后,對信息化艦炮武器系統(tǒng)體系結構的目標進行了展望。

[1] 李愷,叢蓉.艦載作戰(zhàn)系統(tǒng)體系結構優(yōu)化研究[J].艦船科學技術,2004,26(2):40-43.

[2] 李進軍,汪德虎.艦載武器體系結構發(fā)展研究[J].艦船科學技術,2002,24(3):27-29.

[3] 陳鋒,楊紹清.艦載指火控一體化系統(tǒng)設計研究[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].計算機科學,2006,33(1)：111-115.

[5] 孫軍平,盛萬興,王孫安.基于以太網的實時發(fā)布者/訂閱者模型研究與實現[J].西安交通大學學報,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,內蒙古赤峰人,高級工程師,研究方向為艦炮武器系統(tǒng)。 周克強(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