俄罗斯新一代舰载指控系统的设计思想

王永生，李兵

（中航工业洛阳电光设备研究所，河南洛阳471009）

俄罗斯新一代舰载指控系统的设计思想

王永生，李兵

（中航工业洛阳电光设备研究所，河南洛阳471009）

介绍了俄罗斯舰载指控系统的发展历史，分析研究了俄罗斯新一代指控系统的体系结构。以俄罗斯某新型指控系统为案例，介绍了其硬件和软件功能设计思想。

指控系统，分布式系统，C4ISR

0 引言

现代高技术战争的战场范围扩大、军事行动速度加快、情况变化急剧，只有自动化的指挥控制系统才可以保证高效率的作战指挥，为指挥官提供可靠的情报，对作战方案进行模拟和分析，并根据作战命令提供各种兵力、兵器的指挥控制和引导数据，以实现对军事力量的规划、领导和控制。指控系统是现代作战体系的“大脑”和“神经中枢”，是分散的作战系统的“粘合剂”，是作战效能的“倍增器”［1］。指控系统的发展可以有效解决信息化战场中不同体系结构的各系统协同作战的问题，使得各系统配合更加密切，促使整体战斗力成倍增加［2-3］。

舰载指控系统是以计算机为核心的进行战术数据处理并提供辅助决策的电子系统，是从舰载火控系统逐步发展起来的。它经历了控制（C1）--指挥+控制（C2）--指挥+控制+通信（C3）--指挥+控制+通信+情报（C3I）几个发展阶段。它用于收集各种战术情报（数据、图像、信息），并将其进行数据融合和处理、变换、传输，用于辅助指挥作战和武器控制，是战场信息战的基础，是海上C4ISR（Command指挥、Control控制、Communication通信、Computer计算机、Intelligence情报、Surveillance and Reconnaissance侦察和监视）系统的核心部分［4-5］。它的出现和发展，既适应了舰载武器系统发展的需要，也使海军舰艇的指挥方式逐步发生了变化。

1 体系结构设计思想

俄罗斯舰艇指控系统的体系结构经历了独立式、集中式和分布式系统3个阶段。在20世纪60年代，以机电模拟式指挥仪设备为主，它是一种包含信息部件、控制部件和执行部件的封闭独立式体系结构。为了实现向指挥员提供情报信息以及实现火控计算和武器控制的自动化，俄罗斯海军在集中式舰艇武器控制方面研制了作战情报指挥控制系统（БИУС），形成了所谓“操作员（指挥官）→БИУС→武器系统及设备”三级舰艇武器控制体系结构［6-7］。

随着信息技术的发展及C4ISR思想的影响，俄罗斯从上世纪90年代后期开始陆续研制新一代舰载指控系统，它在指控系统中大量引入计算机及软件技术，使得指控系统的设计思想彻底改变，从而形成了新一代的舰载指控系统。代表产品是“需求-М”БИУС系统以及“西格玛-Э”БИУС系统，目前已装配于11356型导弹护卫舰及20380轻型护卫舰等水面舰艇上。对比先前的指控系统，其设计思想从“烟囱式”趋向扁平式，体系结构从集中式变为分布式，由以机电硬件为主转变为大量功能通过软件实现，除了作战能力和响应速度有所提高外，最重要的是提高了系统的抗毁性和生存能力［8］。俄罗斯新一代舰载指控系统典型的体系结构如图1所示。

图1 俄罗斯新一代舰载指控系统典型体系结构

在图1中，传感器代表舰船或编队的各功能系统，如对空、对海雷达、水文气象、导航等系统，它们与武器系统一样通过特定的协议将原始信息送给指控系统的信息处理服务器。信息处理服务器和显控台之间通过双冗余高速总线相连接。信息处理服务器采用双冗余设计，各显控台外观一致，可通过软件设置实现不同的功能。在这样的体系结构中，软件的作用大大增强，系统硬件只负责信息的预处理或与总线匹配、传送，信息处理服务器集群中的软件负责信息融合、处理、解算、存储等功能，显控台软件负责处理后信息的综合显示及人机交互功能。软件由高级语言编写，运行于现代操作系统之上，易于更改和维护。

2 硬件功能设计思想

俄罗斯某新型舰载指控的主要功能是：

①手工输入、处理、存储沿各通信通道接收的来自外部系统的战术信息；②舰用兵器状态，弹药现有量和工况信息的自动接收和存储；③根据导航雷达的主要雷达标志跟踪和确定水面目标；④识别舰用探测设备有关空中和水面目标的二次信息；⑤显示3种不同组合的战术情况信息：原始雷达信息、二次信息和绘图信息；⑥控制所显示信息表示法的组成和方式；⑦显示射击综合系统有关目标指示和武器使用结果的报告；⑧显示导航雷达、对空及对海雷达的原始雷达信息；⑨对目标进行归类分组；⑩显示目标和本舰的测量记录数据；⑪显示来自舰载摄像系统的观察和目指视频信息；⑫完成指挥舰载直升机的任务；⑬在战术群协同航行的条件下综合系统保证完成舰艇的战术机动控制和保证避开相近目标的任务；⑭模拟综合射击系统以及其根据发送的目标指示操作训练舰员；⑮实现对空、对海雷达的目指信息与舰载火控系统进行数据交换；⑯同时处理的目标最大数量在256以内［9］。

其硬件布局如图2所示。

图2 俄罗斯某新型舰载指控系统硬件布局

从图2可以看出，该指控系统有4台信息处理服务器，除了数据库记录仪器外，其余3台直接与舰船外部系统相连接。来自外部系统的原始数据通过这3台信息处理服务器的融合和计算后，通过高速以太网（图2中的粗实线）送给各显控台和数据库记录仪器。各显控台位于舰船的不同舱室（如驾驶室、中心指挥所、直升机指挥所等），根据使用者角色的不同呈现不同的操作界面。

该指控系统共有8台标准显控台，其硬件配置完全一致。人机交互界面包括2台分辨率为1 280× 1 024的彩色显示器、1台分辨率为640×480的彩色触摸屏以及键盘、摸球等。其主要功能是接收显示雷达、二次信息、航海图信息；接收舰载摄像系统提供的视频信息；显示以图像和符号形式表示的特种信息；由操作员用多功能控制台的信息输入装置输入的符号信息和图像信息以及控制指令等。

雷达信息处理仪器的功能是：向各显控台提供舰载各雷达（对空、对海、导航灯）提供处理后的数字式雷达源信息，以便能在数个显控台上，用不同的距离比例尺同时显示每一个雷达的数字式雷达源信息；按导航雷达发来的雷达源信号数据自动截获和自动跟踪水面目标，并计算出目标的即时位置和运动参数，以便将目标换算成以自动方式和半自动方式进行自动跟踪。

数据库记录仪器的主要功能是：复制和记录各服务器的工作状态；记录雷达、海图信息服务器的工作状态；控制雷达和二次信息制成文件的再现与存储；存储系统功能软件和检测软件；在系统其他计算机软件启动时提供必要启动和同步信息；将记录信息以镜像的方式存储在仪器内部的RAID模块中；保证主用和备用以太网协同工作。

两台数据计算处理仪器的主要功能是：实现舰上装备传来的各种形式信息与指控系统需要的信息形式进行相互转换；多来源信息的融合、计算；指控系统主要算题的解算和处理。这两台数据计算处理仪器分别于舰上不同的装备相连接，硬件配置不完全相同。

为了实现故障检测和诊断，该指控系统特别配置了一台系统操作员显控台。指控系统各仪器除了通过高速以太网传送应用程序数据，还通过诊断网（图2中的粗虚线）传递状态信息数据。各显控台的状态信息数据汇总到系统操作员显控台上，操作员可通过该显控台对各仪器内部各部件的工作状态进行实时监控，并进行远程开关机以便进行故障隔离和维护。

3 软件功能设计思想

该指控系统软件存储于各仪器及显控台的计算机内。系统启动时，接收来自数据库记录仪器发送的启动同步及检测数据，以确保软件不被更改。系统软件通过识别各仪器内部的物理地址确定自身功能。该指控系统软件采用C/C++语言编写，运行于Linux操作系统之下。

该指控系统软件包括一般软件和专门软件两部分。其中，一般软件包括Linux操作系统、系统控制程序、系统交换程序、系统对话程序以及打印程序等。系统控制程序主要完成系统的加载和状态检测、系统各算题的调配以及实现专门程序与操作系统、对话程序等的接口互联。系统交换程序主要完成系统内部网络交换的调配以及外部数据接收和转换。系统对话程序主要完成人机交互相关功能。打印程序完成信息在数据库记录仪器内的存储和调用功能，以及按照操作员的要求将算题的解算结果在屏幕和打印纸上显示和打印。

专门软件包括以下程序系统：与外部系统交互系统、指挥总系统、预防碰撞系统、战术机动系统、直升机指挥系统、舰员训练系统和故障检测系统。指挥总系统按照不同的操作者（舰长、副舰长、无线电技术部门长、直升机指挥员）在各自所在的显控台实现不同的功能。

与外部系统交互系统实现以下功能：①将外部系统数据格式转换成指控系统所使用的格式；②根据操作员输入以及外部系统传送来的数据形成算题；③对形成的算题进行解算。

预防碰撞系统实现以下功能的自动化：①检测近海水面状况，处理所有目标短时间接近参数的近海区域的状况，双方避让，计算舰艇航向目标交叉前的距离和时间；②危险级别的目标选判；③处理近海区域所有目标同时避让的安全机动参数；④借助于相对航向的危险区域避让安全机动处理参数的图表说明；⑤在时间加速的范围内受避让机动的影响。

战术机动系统实现以下功能：①为占领相对指定目标的位置确定舰艇以及舰艇编队的机动参数；②以出海到指定阵位舰艇的航线检测航行；③在短期或者短距离内接近（打击）制定距离的机动目标；④在固定机动目标方位（距离）情况下机动；⑤以舰艇位置序列或者编队在偏离阵位时占领阵位的机动参数的处理来监测和保持。

直升机指挥系统用于完成如下算题的计算：①在搜索和消灭潜艇以及用于返回基地飞机场时计算飞行路线；②按照目标显示和设计的航线控制直升机到指定位置；③检测制定路线飞机的飞行。

舰员训练系统由系统操作员控制，可实现如下功能：①形成训练数据库；②控制舰员的训练任务；③模拟目标运动；④模拟搜索目标设备；⑤模拟武器动作。

故障诊断程序可完成如下功能：①控制系统工况和检测各部件工作能力；②搜集系统健康状态数据；③实现对系统各仪器的远程开关机控制。

4 总结

随着网络技术和信息技术的飞速发展，以信息化为核心的新军事变革使得现代战争形态正在发生着深刻的变化，未来战争将从陆、海、空3个维度发展为陆、海、空、天、磁等多个维度。因此，先进的舰载指控系统是新一代舰艇所不可缺少的。

从以上介绍可以看出，俄罗斯舰载指控系统已经全面迈入了信息化时代，大量采用先进信息技术完成相关功能。俄罗斯指控系统在设计思想上以人（即操作员）为核心，无论是硬件还是软件均围绕着担负不同人物的操作员展开设计。目前，新一代指控系统已经在俄罗斯最新舰艇上安装使用。研究俄罗斯舰载指控系统的设计思想，对我国相关领域的研究和开发具有重要意义。

［1］王小非.美军指控系统发展及其对我海军舰载指控系统建设的启示［J］.舰船电子工程，2010，30（5）:1-5.

［2］Anthony D.Applying Social Network Analysis Concepts to Military C4ISR Architectures［J］.INSNA Connections，2002，24（3）:93-103.

［3］Alexander H L，Lee W W.C4ISR Architectures:I.Developing a Process for C4ISR Architecture Design［J］.Systems Engineering，2000，3（4）:225-247.

［4］江坤，张莉，高晖，等.面向舰载指控系统开放式框架设计与实现［J］.计算机应用，2009，29（6）:393-395.

［5］赵恒，陈靖，王振宇.舰载指控系统应用框架的设计与实现［J］.计算机应用，2006，26（1）:253-256.

［6］孙欣，张义胜.俄罗斯舰艇指控系统集成技术分析［J］.指挥控制与仿真，2009，31（8）:115-120.

［7］Землянов А Б，Копанев А А，Mузыченко О Н.Интеграциясистемуправленияоружиемкораблей［J］. Mорская радиоэлек троник а，2008（1）:15-18.

［8］汲万峰，夏惠诚，朱永松.指控系统的分布集中混合式结构研究［J］.制导与引信，2006，27（3）:50-54.

［9］尤晓航.国外海军典型C4I及武器系统［M］.北京:国防工业出版社，2008.

Designing Idea of Russian Next Generation Shipboard Command and Control System

WANG Yong-sheng，LI Bing
（Luoyang Institute of Electro-Optical Equipment Institute，Luoyang 471009，China）

This paper introduces developing history of Russian shipboard command and control system，analyzes and studies Russian shipboard next generation command and control system.As a case of certain Russian new command and control system，the designing idea of hardware and software functions are provided.

command and control，distributed system，C4ISR

U674.7+03.5

：A

1002-0640（2015）01-0005-03

2013-12-05

2014-02-27

王永生（1963-），男，山东菏泽人，研究员。研究方向：电子信息技术、光电技术、测控技术。