舰艇指挥控制系统的发展方向分析*

方　兴

(武汉藏龙北路1号　武汉　430205)



舰艇指挥控制系统的发展方向分析*

方兴

(武汉藏龙北路1号武汉430205)

摘要总结了舰艇指控系统的发展历程，重点介绍了指控系统体系结构发展的四个阶段；分析了西方主要国家的先进舰艇指挥控制系统的体系架构、装备组成和系统功能等方面的技术特点，并研究了舰艇指控系统未来发展的趋势；最后提出了舰艇指控系统应在一体化跨平台体系、全维战场态势感知、智能指挥决策支持和自然人机交互几方面重点发展建议。

关键词指挥控制系统； 海上作战； 开放式体系架构； 分布式系统

Class NumberTN97

1　引言

舰艇指挥控制系统是指在舰艇平台上，指挥人员根据作战任务，对所属部队和武器实施作战指挥和作战过程控制所必须的设备、软件和人员的总称。广义范畴的舰艇指控系统包括了设备、指挥员及作战指挥过程。本文讨论的舰艇指控系统是狭义的指控系统，主要指上述的指控设备，即“装载在舰艇上，以计算机和软件为核心进行战术数据处理、提供辅助指挥决策并实施作战指挥和作战过程控制的电子信息系统装备”。

在现代战争中，指挥控制系统是作战舰艇的“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”[1～2]，是指挥员“眼、脑、手”的延伸。指控系统相关技术已经成为横跨计算机技术、信息技术、人工智能、人机工程等学科的研究对象，各军事强国都极其重视指挥控制系统的研究与开发，为此投入大量人力物力，以期通过性能优越的指挥控制系统在作战中取得先机，达成作战目的。

本文总结研究了舰艇指控系统的发展历程，从体系架构、装备组成和系统功能几个方面分析了先进舰艇指控系统的特点，给出了该领域的发展趋势，提出了舰艇指挥控制系统未来发展建议，对指挥控制系统的研究具有一定的借鉴和指导意义。

2　舰艇指控系统发展历程

舰艇指控系统的发展是随着计算机技术的发展而演进的，从体系结构来看，其发展历程主要经历了独立式、集中式、分开式和分布式四个阶段[3]。

2.1独立式舰艇指控系统

20世纪50至70年代，舰艇指控系统基本采用“单机单控”的独立式体系结构，各传感器有属于各自的计算机，这些计算机的指挥控制功能只对其所属传感器负责。这种体系结构有组成简单，生存能力较强的优点，但作战资源共享程度低，系统的扩展能力弱。这种体系结构以美国的NTDS(Naval Tactical Data System)系统为代表，其最初主要用于舰载飞机引导和火炮射击指挥等。舰艇指控系统后来随着所在载舰种类的增多，功能开始扩展和侧重。前苏联海军的“根”、“林荫道”、“伐木工”、“中子”等绝大多数情报指挥系统都属于依托某型传感器实施武器作战指挥控制的独立式体系结构的范畴。

2.2集中式舰艇指控系统

20世纪60至80年代，随着舰载武器传感器的增多和技术体制标准化得到重视，集中式舰艇指控系统开始得到发展。这种体系结构下，作战指挥和武器控制功能集中在共同的中心计算机完成，中心计算机可以进行数据处理同时控制导弹、舰炮等多种武器分别打击多个目标，是指控系统的核心。其优点是设备使用效率和资源共享率较高，缺点是系统灵活性差，扩展升级困难。集中式舰艇指控系统较为典型的有美国早期的ACDS先进战术指挥系统，英国早期的ADAWS(2-6型)作战数据自动化系统、DCB潜艇指控系统，法国早期的SENIT(1-3型)战术数据处理系统。

2.3分开式舰艇指控系统

20世纪70至90年代，随着计算机技术发展，分开式舰艇指控系统在欧美军事强国得到发展。这种体系结构下，作战指挥与武器控制分别配置各自的处理计算机，但功能上并未完全隔离，即作战指挥计算机有部分武器控制功能，武器控制计算机有部分数据处理功能。这种体系结构有模块化程度高，扩展性较好的优点，但是计算资源仍相对集中，生命力不强。20世纪80年代美国研制的宙斯盾(Aegis)系统(基线1-6)是分开式体系结构的代表，该型系统在美国等西方军事强国的主战舰艇中得到普遍应用。

2.4分布式舰艇指控系统

20世纪80年代末，计算机技术得到迅猛发展，分布式体系结构的舰艇指控系统站上舞台中央。这种体系结构是将各类作战指挥和武器控制功能分别划分到各台计算机完成，按照分布对等部署的计算机完成系统各种功能。初级分布式信息系统是通过分布式总线实现资源共享，最终目标是在部位、功能、操控上实现完全分布。这种体系结构有配置灵活、容错性好、抗毁生存能力强的优点，但是作战资源分散，管理成本较高。当前，分布式体系结构是国外海军舰艇指控系统的主流，如美国舰艇自防御系统(Ship Self Defence System，SSDS)，宙斯盾系统(基线7及以后版本)也采用分布式局域网络改造，意大利SEAGUARD系统，法国SENIT系统(6-8)，TAVITA C2000系统，TACTICOS系统等。

作为信息系统，舰艇指控系统的技术体制与计算机技术的发展息息相关，进入21世纪，将开放体系架构(Open Architecture，OA)引入分布式系统中已成为一大趋势，美国于21世纪初发布了《开放式体系架构设计指南》，欧美等西方国家开始在舰艇指控系统研制中大量应用上述技术。开放式宙斯盾系统(Aegis OA，实际上是基线7.2以后版本)、新型SENIT系统(SENIT8以后版本)等是开放分布式体系结构的舰艇指控系统的典型代表。

舰艇指控系统的功能内涵也随着体系结构的发展而发展的，由早期的初级情报处理能力发展到当今具备集指挥、控制、通信、计算、杀伤、情报处理、监视、侦察(C4KISR)等功能于一体的强大系统。

3　国外主流舰艇指控系统分析

通过分析当今西方军事强国的舰艇指控系统，如美国主战舰艇大量装备的SSDS系统、宙斯盾(Aegis)系统、法国的SENIT系统以及在国际市场得到广泛认可的作战管理系统——TACTICOS等，还有近年服役的DDG1000型舰上新一代的基于全舰计算环境的指控系统，可以看出，国外主流水面舰艇指控系统在体系结构、装备组成和系统功能几个方面呈现出诸多特点。

3.1体系架构

为了便于计算机设备的大规模应用和网络化连接，开放式体系架构应运而生，也得到了西方军事强国的广泛重视，其基本模型如图1所示[4～7]。应用了这种体系架构的舰艇指控系统具有可移植性、可互操作性、可剪裁性以及易获得性四个方面的好处。在原有分布式体系结构优点的基础上引入开放式架构，一方面使其计算资源能够充分共享，性能可以跟上商用软硬件科技水平的发展；另一方面，采用统一标准的软件中间件和应用接口屏蔽了底层不同硬件基础设施的不同需求，极大地有利于聚焦业务功能研究，也方面扩展升级。采用开放分布式体系结构的舰艇指控系统使一套系统的开发成果可运用于多种舰艇，并对多行业、多团队大范围的合作式开发成起到了促进作用。

图1　开放式体系架构典型基本模型

3.2装备组成

与常规的信息系统相同，舰载指控系统主要由软件和硬件两部分组成。

1)软件组成

软件部分主要由基础软件平台、支持软件和应用软件等部分组成。其中：基础软件平台为系统开发、运行、维护提供软件环境，涵盖操作系统、网络、图形图像、数据库等多种基础软件；支持软件作为公用业务软件提供文电处理、地理信息系统等通用业务功能。应用软件是完成数据融合、目标识别、计划作业等作战指挥功能的业务性软件，其标准化、模块化的趋势明显，TACTICOS系统、DDG1000舰指控系统已完全实现了业务软件的“构件化”[8]。

2)硬件组成

硬件部分主要由信息处理、指挥控制、网络通信、辅助设备等部分组成。

信息处理设备完成信息处理和辅助决策等计算处理功能。如TACTICOS系统采用了一系列符合商用标准的加固计算机，划时代的DDG1000舰指控系统则直接依托全舰计算环境完成上述功能。

图2　DDG1000舰全舰计算环境EME

指挥控制设备完成信息显示、计划作业、作战资源指挥控制等显示控制功能。如TACTICOS系统配置有若干多功能显控台(较新型号为MOC MK4，Multifunction Operator Consoles MK4，由符合商用标准的工作站计算机、高分辨率LCD显示器以及外围操控装置组成)，DDG1000舰指控系统则采用通用显示设备(Common Display System，CDS)完成上述功能。

图3　DDG1000舰通用显示设备

网络通信设备完成数据、图像、视频、语音等各类信息的交换和传输。TACTICOS系统、DDG1000舰指控系统等均采用冗余以太网，目前绝大多数舰载指控系统网络通信均趋向采用以太网技术体制。

辅助设备主要完成系统状态监控、故障检测、模拟训练和记录重放等功能。

3.3系统功能

相对于常规系统，现役先进舰艇指控系统在功能上体现出如下特点：

1)综合化控制

早期指控系统主要完成高层次信息处理、作战资源状态管理等功能，这是由于当时的体系结构以及处理能力所限。随着作战需求和技术的发展，指控系统对作战资源由管理发展到管控，操控关系变得更加直接、全面和深入，信息交互效率更高，控制流程更简洁。TACTICOS系统配置标准的数据接口单元(Data Interface Unit，DIU)，使控制台不仅能够完成情报显示、综合协调和方面作战指挥，还集成了传感器、武器以及通信的要素级控制能力；DDG1000舰双波段雷达和先进舰炮系统已实现“无人化”，直接由指控系统遥控，更好地实现全舰一体化综合指挥控制。

2)多样化部署形式

现代信息化战争的新形势下，战场空前扩大，情报信息堆积如山，作战节奏明显加快，有利战机稍纵即逝，这些要求作战指挥人员快速、灵活获得战场信息和人机交互功能支持，进而对指控系统多样化功能部署提出了需求。现役先进舰艇指控系统的显控功能摒弃了传统的与某一设备绑定的设计，具有按权限和按需求灵活配置的能力，从而增强了系统对作战任务和使用需求的适应能力，提高了设备资源的利用率，同时也增强了抗毁生存能力。TACTICOS系统的多功能显控台及DDG1000系统通用显示设备的功能均是基于岗位角色的不同而灵活定制。

图4　TACTICOS典型舱室布局

4　舰载指挥控制系统发展趋势及建议

4.1舰载指挥控制系统发展趋势

先进的舰载指挥控制系统是适应未来高技术条件下战争所不可缺少的重要部分，舰载指挥控制系统技术的的发展程度与未来舰艇的作战能力息息相关。外军在水面舰艇指挥控制系统建设方面体现出以下的发展趋势[9～10]：

1)强化顶层设计，采用分布开放体系架构，系统功能可重组、可配置，易于扩展、升级；

2)能实现从传感器探测到武器交战整个作战过程的高度自动化，智能化的辅助决策，实现兵力武器的自协同与自同步；

3)提供实施任务规划、指挥控制、任务执行以及资源管理的手段、工具和方法，可实现作战资源的统一管理与综合利用；

4)平台资源与作战资源的一体化，全方位的情报信息保障，实现信息的按需处理、按需分发与按需获取；

5)将实现指挥控制系统自然友好的人机交互提升到一个重要地位，大量引入新概念、新技术。

另外，现代指挥控制系统为了适应非接触作战的发展，发展了对无人化的新装备的指挥控制能力；在实现战备训练一体化，训练实战化、数字化，实时化的维修也有所突破，提升了综合保障能力。

4.2舰艇指控系统发展建议

舰载指挥控制系统经过近半个世纪的发展，其体系结构、系统组成、功能内涵等方面随着作战需求的改变和业界技术的发展发生了翻天覆地的变化，呈现了诸多特点，通过对当今先进的指挥控制系统及其技术的比较分析，借鉴其先进的经验[10～11]，结合当前的发展情况，舰艇指挥控制系统为了应对未来海战场环境，在以下几个方面需要得到重点发展。

1)一体化跨平台体系

打破传统指控系统间的分立的或“烟囱式”的体系架构，利用先进的网络技术、无线通信技术将作战舰船内部各单元、跨平台不同系统间、甚至各兵种间的指挥控制系统连接成一个有机的整体。加强指控系统设计研制的统一规划、统一标准和标准化管理，通过系统硬件和软件的模块标准化、构件化，逐步解决各系统之间的兼容性问题；采用开发分布式体系架构，使系统具备良好的扩展性，从而显著提高作战指挥的及时性和有效性，最终实现指挥控制系统之间的网络互联、信息互通和用户互操作，以及陆、海、空、天、电一体化的联合作战行动。

2)全维战场态势感知

未来新形势战场环境下，作战信息量大，作战节奏快，指挥员对信息的感知获取提出了更高的要求，因此，未来的指挥控制系统应具备全维战场态势感知能力。全维的战场态势感知，包括对空中、海面、水下及岸上战场目标信息，还有电磁空间信息、频谱分布信息和非实时的技部侦情报等的全面获取、综合处理、按需展示。通过上述全面的综合处理，指挥控制系统能为指挥员展现准确、一致、满足作战要求的战场态势，为指挥员作出正确决策奠定基础。

3)智能指挥决策支持

随着决策理论、人工智能、人机工程等学科的发展，先进舰艇指控系统的决策支持朝着的智能化、主动式、引导式发展。将作战指挥与计算机等信息科学技术深入融合，利用专家系统以及各类知识库、模型库、规则库和方案库，使上述智慧成果与作战指挥决策控制过程有机结合，提供智能辅助工具和主动决策建议，使作战过程中为指挥员的战术决策、方案制定由传统的人工单向输入向人机互动转变。指挥决策支持的智能化不是为了取代指挥

员去进行指挥决策，而是为了更高效地贯彻指挥员的意志，提高作战指挥效率。

4)自然人机交互界面

本文开头已指出，广义的指控系统是指会员与指控设备的综合体，是典型的“人-机”系统。可以说，舰艇指控系统不同于舰载其它任何作战装备，它是直接支撑指挥员指挥艺术发挥的“舞台”，其可用性、友好性直接关系到指挥员的作战意图能否正确、顺畅、快捷地反映到舰艇其它作战装备上。先进的显示技术、多模态交互技术在指挥控制系统中恰当的应用能显著提高指挥员态势感知、指挥决策的效率，缩短指挥控制反应时间。

5　结论

现代信息化战争的新形势下，舰艇指控系统作为海上作战的核心装备，随着作战使用需求的不断深化，信息技术的不断发展，先进舰艇指控系统必将是未来的研究热点，借鉴和吸收国际先进舰艇指控系统的研究成果，在体系架构、态势感知、决策支持和人机交互等几方面进行重点攻关，特别要重视将理论上的概念模型转化为实际可用的产品，使舰艇指控系统满足高技术条件下海上作战需求，成为名副其实的作战效能“倍增器”。

参 考 文 献

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*收稿日期：2015年10月4日,修回日期：2015年11月9日

作者简介：方兴，男，硕士，工程师，研究方向：舰船作战系统综合保障。

中图分类号TN97

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.04.005

Analysis of Shipborne Command and Control System Development

FANG Xing

(No.1 Canglong North Road, Wuhan430205)

AbstractThe development history of the shipborne command and control (C2) system is summarized. Four development stages of the system architecture are emphatically introduced. The structure, compasition and function of the advanced shipborne command and control systems of the western countries are analysed. The future development trend of shipborne command and control system is also researched. Then it is adviced that the integrative system of multi-platform, comprehensive situation awareness, intelligentized combat decision support natural man-machine interaction need to be enhanced.

Key Wordscommand and control system, naval warfare, open architecture, distributed system