潜艇作战系统战位复用技术初探

黄 坤 徐 俊 闵绍荣

中国舰船研究设计中心，湖北武汉430064

潜艇作战系统战位复用技术初探

黄 坤 徐 俊 闵绍荣

中国舰船研究设计中心，湖北武汉430064

潜艇作战系统战位复用设计是潜艇作战系统在操控一体化方面的重要体现。战位复用技术有以下一些优点：减少艇员配置；提高潜艇作战系统可靠性；动态扩展作战系统功能；有利于整个潜艇作战系统的维护。描述潜艇作战系统战位复用的内涵，分析潜艇作战系统采用战位复用的必要性。根据潜艇作战系统的典型战位设置，提出未来新型潜艇作战系统战位设置的设想及实现思路。最后分析潜艇作战系统战位复用技术带来的效益。

作战系统；潜艇；战位；复用技术

1 引言

潜艇的有限空间决定了操作潜艇作战系统的总人数和战位非常有限，如果采用战位复用的设计理念，就能在保证潜艇作战系统功能和组织体系结构完善的前提下，使用数量较少的显控台实现作战系统的高效操作。

潜艇作战系统战位复用技术是潜艇作战系统在操控一体化方面的重要体现。未来新型潜艇作战系统的体系结构和信息支持技术可实现系统功能的动态配置［1］（以往只做到静态设置），实现潜艇内的战位复用（例如，可在声呐显控台上通过设置使其指挥发射对陆巡航导弹）。可以根据任务需要把服务器资源和显控台资源进行动态配置，将原先的某战位功能重新设置以完成新的功能，从而实现战位复用。

当武器装备的性能接近其物理极限时，通过改善单件作战武器（设备）性能来提高全艇战斗力的途径将越来越受到限制。于是，在作战平台信息化程度不断提高的情况下，发展以信息网络为核心的一体化武器系统就成为提高战斗力的一种必然选择［2］。潜艇内作战系统的物理网络可为作战信息传输提供足够的带宽，如果利用作战系统网络的高速性，使其内部各战位可复用，则可达到依托网络挖掘现有装备潜力的效果。

2 战位复用的内涵

2.1 概念

首先，潜艇中的战位作为节点与潜艇作战系统网络相连，各节点上战位的功能取决于连接在该节点计算机上运行的程序，根据作战需要的变化，同一战位可以通过下载程序，更改战位的功能，变换为另一种战位，从而实现战位复用。

另外，战位复用还指战位人员能力的复用，例如原来声呐战位的人员只能完成对声呐系统的操作，但是在战位人员能力复用后，声呐战位的人员不仅可以对声呐系统进行操作，同时也具备了对其它战位的操作能力。

2.2 优点

“战位复用”设计思想符合未来网络中心战的作战模式［3，4］。采用战位复用设计主要有以下优点。

1）人员配置减少

未来潜艇作战系统采用战位复用设计，即在同一战位上，可以同时或者先后完成多项操作，即一个战位人员就可以完成 （利用多窗口形式可以同时完成，利用功能切换的形式就可以先后完成）以前多个人员在多个战位上才能完成的任务。如此可以减少整个作战系统的人员配置，达到合理利用，提高潜艇作战系统的作战效能的目的。

2）潜艇作战系统可靠性提高

在某个战位出现故障无法操作的情况下，可以通过战位复用，迅速将另外一个战位切换为出现故障的战位，从而保证了作战的连续性，提高了潜艇作战系统的可靠性。

3）具有功能可扩展性

因为战位复用可以通过下载程序来实现［5］，所以根据作战需求的变化，战位复用的范围可以灵活配置，功能可以动态扩展。

4）系统升级灵活方便

战位复用设计采用一体化技术体制，所有的多功能显控台或机柜的软件设计采用统一的技术，既便于日常的系统管理，也利于整个潜艇作战系统的维护、更新和升级。

3 国外潜艇作战系统战位复用现状

德国210Mod改进型潜艇作战系统拥有先进的指挥控制中心和空间布置，可以使艇上的指挥官更全面掌握战场环境、作战和技术数据。为了更好地执行战术、导航和通信任务，210Mod改进型潜艇的作战信息中心装备了许多可以相互兼容的模块。综合指挥控制系统可在多个多功能显控台上使用。多功能显控台提供了高度自动化的保障功能，采用了先进的人机交换界面。与数据传输方式结合，这些设备能够收集和处理许多通过艇上各种传感器获得的信息。除了多功能显控台，潜艇的潜望镜深度和导航控制台也被集成到一起。其显示和控制系统具有很多功能，例如电子海图显示功能和自动识别功能。

法国“鲉鱼”级潜艇的控制系统高度自动化，其关键功能的实时分析及冗余设计使其编制人员数量减至31人，正常值班仅需9人。潜艇所有控制和平台管理功能均可以由控制室来实施。控制室中央设有战术平台，作战管理系统和平台控制系统由平台上的6个多功能通用显控台控制。该级艇的作战管理系统是采取分布式模块化结构的潜艇战术综合作战系统。此系统充分吸收了法国造船局和马可尼公司在潜艇声呐、指挥及武器控制系统方面的成就，采用了双冗余以太网数据总线，可以在6个双屏多功能彩色显控平台上完成所有的声学及非声学传感器信号的处理以及武备、导航系统、指挥系统的控制功能。同时，该系统尽可能依据了商用成品硬件和软件标准，特别是采用了高速RISC处理器、TCP／IP通信协议、1个X－Windows／Motif图表用户接口及UNIX操作系统，从而可以方便地实现系统升级换代。

荷兰“海象“级潜艇采用的SEWACO－Ⅷ作战系统实现了全面集中自动化控制。该系统由7套相同的显示器和控制台构成，通用性好，各多功能显控台功能可互换。每个中央控制单元包括2部SMR－MV处理机，执行显控台与传感器、武器之间的双向数据交换。其主要功能包括：声呐显示与控制；目标判断和目标分类；目标运动分析，自动判定目标的运动；提供不断更新的战术与导航态势图；验证系统的工作状态；辅助操作训练。

4 战位复用的实现思路

4.1 典型战位设置

对于常规动力潜艇而言，其作战系统的典型组成通常包括以下几个部分［6］：声呐系统、指控设备、鱼雷武器设备、反舰导弹武器设备、对陆导弹武器设备、水声对抗武器设备、雷达设备、辅助设备。在典型组成中，声呐系统、指控设备、鱼雷武器设备、反舰导弹武器设备、对陆导弹武器设备采用了标准的多功能显控台，而对于水声对抗武器设备、雷达设备、辅助设备，由于目前水声对抗手段比较单一，操作比较简单，而雷达设备和辅助设备在作战环境中不会连续使用，所以它们都采用具有显示和操控面板的机柜。典型的潜艇作战系统战位设置为：声呐系统设置3个战位，指控设备设置3个战位，鱼雷武器设备设置1个战位，反舰导弹武器设备设置1个战位，对陆导弹武器设备设置1个战位，水声对抗武器设备设置1个战位，雷达设备设置1个战位，作战系统辅助设备设置1个战位。如图1所示。

图1 潜艇作战系统典型战位设置

4.2 未来战位复用的设想

对于潜艇作战系统，由于其狭小的空间限制，如果能实现艇内战位的复用，那么就能显著提升潜艇作战系统的作战效能。如图1所示，对于多功能显控台战位，可以进行复用设计，对于任何一个战位，根据使用需要，该战位都可以切换为另外8个战位，改变原战位的形态；对于具有显示和操控面板的机柜的战位同样也可以采用复用设计，即水声对抗战位可以完成雷达战位和检测记录战位的功能。

在战位复用的设计思想下，潜艇作战系统的战位设置的初始状态则根据具体的使用需求来确定。例如，目前主要进行目标探测，那么就可以将多功能显控台战位设置为声呐战位和指控战位，即当前的具体应用决定了战位的具体形态。这种新的战位复用设计能在战时提供更灵活的战位变换设置方案，以利于在潜艇作战系统部分战损或局部故障的情况下能最大限度地利用现有资源充分发挥其作战效能。采用战位复用设计后的潜艇作战系统战位设置如图2所示。

4.3 战位复用实现思路

为了实现上述潜艇作战系统的战位复用设计思想，结合当前现有的分布式作战系统设计技术［7］，可以利用以下两种技术实现思路。

图2 采用战位复用的潜艇作战系统战位设置

1）与每一个战位对应的显控台或机柜的显示与处理都运行于本地计算机，都安装用于指挥控制、雷达、声呐、武器发控、水声对抗等的应用软件 （至于每个显控台分别安装哪些应用软件则根据作战需求和军方使用需求确定），就像Windows同时安装Word、Excel、PowerPoint等应用软件一样。在需要时可从操作系统的菜单中选择相应应用软件启动相应的战位所需的功能［8］，从而达到任何一个显控台（战位）都可以运行其它所有战位功能的复用目的。

其实，Linux操作系统已经自带6个并行运行的可以随时进行切换的运行窗口。在每一个运行窗口可以设计一个操作界面分别用于不同的战位（如：水声对抗、鱼雷、指控、反舰导弹、雷达等）。在需要时，可以随时切换运行窗口从而得到所需的战位。当然，此时作战系统网内必须有一种控制调度机制，它保证同一时间作战系统网内不会出现两个功能重复的战位，或者，即使有两个功能重复的战位，二者之间也要可以利用优先级控制其中一个进行有效操作，而另一个作为热备份，在高优先级的战位退出后热备份战位立即进入有效操作状态。而且，这种优先级的控制对作战人员透明，即让作战人员在使用过程当中感觉不到这种变化。

2）采用分布式构件技术［9］。与每一个战位对应的显控台或机柜都分为“显示”和“处理”两部分。“显示”部分和“处理”部分均采用分布式构件技术设计成通用的框架，并通过TCP／IP协议进行通信。在构件服务器上放置用于指挥控制、雷达、声呐、水声对抗等的所有应用软件。其它各个战位根据需要从构件服务器［10］运行相应的应用软件实现所需战位的功能，每个战位能从构件服务器运行的功能软件的类别不受限制，构件服务器同时完成对战位设置的控制与调度，这就实现了战位复用。本方案的一个优点是在控制调度时比第一个方案有优越性，为了提高构件服务器的生命力，可以考虑设计双冗余构件服务器以提高潜艇作战系统的可靠性。

4.4 战位复用的效益分析

在此，引入“战位复用度”的概念。根据常规潜艇的典型战位设置，将采用战位复用设计前的战位数设为M（本文M＝12），采用战位复用技术后战位数设为N，则战位复用度R定义为：

R＝M÷N （1）

由式（1）可得出，战位复用度越大，表示需要设置的战位数量越少，需要配置的战位人数也越少。反之，战位复用度越小，表示需要设置的战位数量越多，需要配置的战位人数也越多。

在不同的作战模式下，潜艇作战系统所需的最少战位数量各不相同，具体战位配置如表1所示。如果在一个战位上采用多窗口任务模式，则可以对战位进行如下设置：设置一个声呐显控台战位，利用三窗口任务模式同时完成原来声呐战位1、声呐战位2和声呐战位3的功能；设置一个指挥控制显控台战位，利用三窗口任务模式同时完成原来指控战位1、指控战位2和指控战位3的功能；设置一个武器操控显控台战位，利用三窗口任务模式同时完成原来鱼雷战位、反舰导弹和对陆导弹的功能；设置一个综合控制机柜战位，利用3个窗口同时完成原来的水声对抗、雷达和检测记录战位的功能。此时，全艇只需要设置4个战位，由式（1）可得出战位复用度为3。此时，潜艇作战系统的战位复用度取最大值。

如果采用功能切换的任务模式，则对战位进行如下设置：设置2个声呐显控台战位；设置2个指挥控制显控台战位；设置2个武器操控显控台战位；设置2个综合控制机柜战位。此时，全艇共有8个战位，由式（1）可得出，战位复用度为1.5。此时，潜艇作战系统的战位复用度取最小值。

由以上分析可以得出，采用战位复用设计后，潜艇作战系统的战位复用度R的取值范围是［1.5，3］，战位人员的配置数量范围为［4，8］，可以看出，采用战位复用设计思想，可以有效减少艇员的配置，最大限度地提高潜艇作战系统的作战效能。

5 结束语

现代高技术条件下的武器装备的造价、维修保养越来越昂贵。日益增长的投入导致装备必须减少数量，走精兵之路。从系统的观点看，装备数量的减少可以通过提高装备的性能来补偿。潜艇作战系统的战位复用技术可以使潜艇在有限的空间内，尽可能提高战位利用率，并获得理想的作战效能。

“以网络为特征的信息化”在现代战争中越来越重要，为了实现水下一体化作战，潜艇已经逐渐成为网络中心战中的一员［10］，由此会增加潜艇作战系统的武器装备，使原本已经有限的舱内空间更加不足。但是，通过战位复用技术为潜艇作战系统的设计节约了空间，可以从根本上提高潜艇作战系统的效能。

表1 潜艇在不同作战模式下的最小战位配置

［1］ 李开生，王文友.国外潜艇作战系统的现状及其发展趋势［J］.火力与指挥控制，2005，30（3）：4－7.

［2］ 杨大伟，张培培，颜士坤.国外核潜艇武器装备及其发展趋势［J］.指挥控制与仿真，2007，29（5）：110－116.

［3］ 周丰，李敏勇.网络中心战的体系结构特征［J］.舰船电子工程，2004，24（1）：25－27.

［4］ ALBERT D S，GARSTKA J J，PSTEIN F.Network Centric Warfare［M］.2nd Edition.US.Library of Congress，1999，9.

［5］ MILL H，MILI A，YACOUB S，等.基于重用的软件工程一技术、组织和控制［M］.韩柯，孟海军，等译.北京：电子工业出版社，2004.

［6］ 闵绍荣.潜艇作战系统的特性分析 ［J］.舰船工程研究，2006，3：6－9.

［7］ 胡金柱，邓勇，等.构件技术在分布式信息系统中的应用［J］.计算机辅助工程，2006，15（3）：94－97.

［8］ 谷今杰，莫继红.基于构件的软件复用技术研究［J］.科学技术与工程，2005，5（12）：824－827.

［9］ 曲宝.基于功能重用的信息系统软件平台设计［J］.齐齐哈尔大学学报（自然科学版），2007，23（2）：53－56.

［10］张秋余，张冬冬，翟志万.特定领域软件复用技术的研究与应用［J］.计算机工程与应用，2004，40（14）：213－216.

Reuse Technology of Action Stations for Submarine Combat Systems

Huang Kun Xu Jun Min Shao－rong
China Ship Development and Design Center，Wuhan 430064，China

It is the significant embodiment of the integration of operation and control in the submarine combat systems，which uses the technology of action station reuse.The technology of action station reuse has more advantages，including reducing the soldiers configuration，enhancing the reliability of the submarine combat systems，extending the function of the submarine combat systems dynamically and enabling the submarine combat systems to be easily maintained.The connotation of action station reuse in submarine combat systems is described，and some necessities of using action station reuse are analyzed.This paper presents the implementation ideas of action station reuse，analyses the benefits of using action station reuse，and establishes the foundation for the application of action station reuse to future submarine combat systems.

combat system；submarine；action station；reuse technology

TP391.9

A

1673－3185（2009）05－63－04

2008－07－28

海军“十一五”预研课题

黄 坤（1979－），男，工程师，硕士。研究方向：舰载作战系统。E-mail：hkcfan＠163.com

徐 俊（1977－），男，工程师，硕士。 研究方向：舰载作战系统

闵绍荣（1961－），男，研究员，硕士。研究方向：舰载作战系统