舰艇对空自防御系统集成优化方法

李 烨，戴征坚，王 栋

（海军装备研究院，北京 100161）

舰艇对空自防御系统集成优化方法

李 烨，戴征坚，王 栋

（海军装备研究院，北京 100161）

舰艇对空自防御系统的集成优化设计是提高系统使用性能的重要途径，系统地分析了舰艇对空自防御系统集成优化的总体思路和主要工作内容，提出了采用开放式体系架构和基于公共计算服务环境技术的舰艇对空自防御系统集成优化方案。

反舰巡航导弹；舰艇自防御系统；系统集成；全舰计算环境

反舰巡航导弹具有速度快、机动性好、抗电子干扰能力强、发射平台多样等特点，因此对其进行探测与跟踪的难度很大［1］。舰艇对空自防御系统主要由对空传感器，作战指挥控制设备，电子战、近末端舰空导弹及反导舰炮等各型设备组成。早期的两栖舰、航母等大型舰船的传感器、指控设备、防空武器均是相对独立配置，其探测、跟踪，威胁判断和交战决策，火力打击等一系列过程需要繁琐的人工干预环节，从而使系统自动化程度低、反应速度慢。为提升对空自防御能力，美国海军首先成功开发了舰艇自防御系统（SSDS），SSDS可将各种传感器、防御武器及指挥控制系统集成为一体，采用人工智能技术和基于作战规则的战术辅助决策技术，通过综合使用软硬武器摧毁来袭目标，极大提高了对空防御作战效能。

本文结合舰艇对空自防御系统的使用特点，从提高系统的集成优化设计水平和综合作战使用效能出发，采用开放式体系结构和全舰计算环境技术实现舰艇对空自防御系统的集成优化设计，并提出了初步的技术实现方案。

1 总体思路

舰艇对空自防御系统组成复杂，涉及装备种类和数量多，技术领域广，通常以分系统为单元的集成设计模式虽保留了分系统的完整性，但影响了装备综合作战使用效能和质量效益的提高，具体表现为：1）没有真正实现自顶向下的系统设计，各分系统的功能和资源配置重叠，影响系统整体效费比；2）功能部署不合理，交互环节多、作战使用流程较复杂，影响作战效率［2］；3）系统缺少资源统一管理、综合使用功能，尤其是缺少基于交战规则和武器作战效能的传感器、软硬武器等综合使用策略，影响系统整体作战效能；4）各分系统自成体系，软硬件耦合度高，缺乏统一的系统软件开发与集成标准，系统资源和信息共享程度较低，软件通用性和可移植性差，难以有效支持系统显控、处理等硬件资源的集成优化，难以支持系统实现武器通道灵活组配和快速构建；5）标准化水平和部分设备的操控自动化程度不高，需要人工操作的环节较多，一定程度上影响了系统作战的快速反应能力。

针对上述不足，舰艇对空自防御系统集成优化通过顶层设计与优化，使系统的信息和资源能够共享与综合利用，使用流程更加便捷，装备和人力资源配置更加科学、合理，从而充分发挥系统所配置资源的作战使用效能。总体思路为：1）统筹作战要素、提升综合效能，紧密围绕作战需求，将各要素纳入对空自防御系统进行统一规划、统筹设计，确保作战资源灵活使用、作战过程快捷顺畅；2）优化使用流程、便捷作战使用，针对不同作战环境，结合系统武器装备配置及其能力变化，优化作战使用流程；3）优化人机界面设计，科学统筹作战资源使用、提高信息交换和设备操作的效率，提高设备信息化、自动化水平［3］；4）开放系统设备、整合重复及优化系统功能，采用开放式软硬件体系结构，构建公共信息基础设施，全面优化系统功能模块组成、软硬资源配置，避免系统功能重复。

2 舰艇对空自防御系统集成优化

舰艇对空自防御系统集成优化主要包括系统功能和结构优化、系统作战使用流程优化、系统物理组成优化等。

2.1 系统功能和结构优化

舰艇对空自防御系统按功能主要分为信息获取、指挥控制和软硬武器拦截等功能。信息获取主要是根据指挥控制的指令，操作控制相应设备完成相应的探测和目标跟踪等任务；指挥控制主要辅助指挥员完成作战的决策和各种软硬武器控制，实施综合对空自防御作战；软硬武器拦截主要是根据指挥控制的指令，控制相应武器完成对目标的打击任务等。从功能优化角度，信息获取的显控功能、情报编辑、目标管理等功能可进行一体化设计，指挥控制可以软硬防御武器集中指挥、综合使用为主，并在武器部位配置单武器（火力）控制功能。同时，舰艇对空自防御系统软件可采用层次化结构，分为核心层、中间层、基础支撑层、应用层。核心层包括操作系统，以及设备驱动、数据库管理和安全管理等软件；中间层包括各类软件中间件，屏蔽硬件设施和操作系统差异；基础支撑层包括信息传输、网络、计算资源管理、图形／表页显示支持等基础的软件；应用层主要包括完成系统规定使命任务所需的功能性应用软件。

2.2 系统作战使用流程优化

1）优化传感器资源管控流程。舰载对空传感器常采用单机单控方式，传感器之间一般不进行相互引导；舰艇对空自防御系统需要增加对传感器资源统一管理功能及其使用流程，实现相互引导探测和传感器资源综合利用，提高对目标的探测距离以及跟踪的稳定性和精确性。2）优化多武器综合使用流程。针对舰艇对空自防御系统配装了舰空导弹、反导舰炮、电子对抗设备等多种近、末端对空防御武器的情况，为避免在面对饱和攻击时，各武器都进行自主决策打击，导致目标分配不清，舰艇对空自防御系统需要对多武器综合使用流程进行优化：由指挥员根据战场态势与威胁情况决定各种武器工作方式，适时综合组织各武器梯次对抗来袭目标，实现目标统一分配，形成多武器的综合作战能力［4］。

2.3 系统物理组成优化

在确保安全可靠及满足系统功能、战术技术性能要求前提下，减少设备种类和数量，合理布置装备，便于使用。重点提高传感器、指挥控制和软硬武器装备使用的自动化水平，降低相关设备对人员的依赖性；提高雷达建航、软硬武器使用决策、目标分配、通道组织、武器控制等功能的自动化水平，提升舰艇对空自防御系统的快速反应能力和作战效能。同时，提高装备的轻小型化和通用化水平，最大程度减小对舰上空间资源的占用；尽可能将功能软件化实现，共享信息资源、信息处理资源、显控资源、网络资源和数据库资源。

3 实施方案

为便于系统集成优化，满足作战能力持续发展的需求，提高对空防御作战效能，应按照开放体系结构开展系统集成，对装备内各个具体的功能进行合理分解和规范化描述，准确定义每个功能标准的信息和数据的输入输出关系，形成系统总体集成设计要求与标准规范；构建系统的公共计算服务环境，即采用高性能计算服务器、大容量存储设备、显控台的任务计算机、操作系统等组成为一个公共计算服务基础设施，为各系统统一提供高性能实时计算和存储等服务，并优化其系统组成、主要功能和性能、系统组织和运行方式等。

3.1 系统组成

舰艇对空自防御系统组成包括硬件设备和应用软件（见图1）。硬件设备基于开放式体系架构构建，即保留原有各分系统的基本形态和信号级处理功能，剥离传感器、软硬武器的数据处理硬件功能，以软件形态部署于公共计算服务系统。

对空自防御系统的应用软件包括采用构件化方法开发的雷达、红外、电子侦察等传感器功能软件，以及指挥控制装备的多源信息融合处理及目标综合识别、空中态势生成、威胁判断、反导及电子战武器使用方案生成等软件；这些软件运行于公共计算服务系统，为对空自防御系统有关传感器、指挥控制、软硬武器等提供服务。

公共计算服务系统采用软硬件分离、数据与应用分离的设计，其中硬件包括多个高性能服务器、高性能存储设备、数据交换设备、多功能显控终端等；软件包括各种操作系统、数据库、硬件驱动、网络等基础软件支撑环境，各种专用设备驱动与中间件、资源管理与安全服务相关中间件，服务化运行和管理环境，信息共享、人机交互功能支持模块等［5］。

图1 基于公共计算服务环境技术的舰艇对空自防御系统组成示意图

3.2 系统主要功能和使用性能

1）提供标准化的、服务化的计算、存储、显示、数据交换等硬件设备，业务功能软件基于标准统一的构件模型，通用业务功能软件不依赖于特定的硬件设备；2）支持各类业务功能软件的统一管理、集中部署，支持舰艇对空自防御系统基于独立的业务功能软件实施快速集成；3）提供软件构件建模、设计、开发、组装、调试、集成、运行等全生命周期过程支持；4）支持服务化软件部署、运行；5）支持根据作战使用要求对作战流程进行灵活定制，对战位功能进行配置和迁移，支持根据使用需求灵活配置各操作战位和应用功能；6）满足传感器数据处理、信息融合与目标识别、战术计算、辅助决策、火控解算等强实时／实时／准实时计算处理及服务要求，满足舰艇对空自防御决策反应时间要求；7）实现计算、存储等资源共享，根据系统各类设备的业务需求，提供自动或人工两种方式调配；8）计算节点故障或损毁情况下，系统能够自动选择其他正常计算节点恢复功能［6］；9）系统台位故障或损毁情况下，能够指定其它台位恢复故障台位业务功能等。

3.3 系统组织和运行方式

各分系统或设备软件将部署、运行在公共计算服务系统所提供的软硬件信息基础设施上。利用公共计算服务系统所提供的软件服务化和人机界面应用支撑功能，将各应用验证设备中与专用设备无关的应用软件按照显示控制与任务处理功能分开进行设计与研制。显示控制软件部署、运行在公共计算服务系统所提供的多功能显控终端中，各台位具备相互替换和人机界面重组的能力。任务处理软件将部署、运行在公共计算服务系统的服务器中，综合利用公共计算、存储设备所提供的计算、存储资源实现各类信息处理、存储功能。通过上述应用部署模式能够支持系统实现软件与硬件解耦、计算与显示分离。

图2 基于公共计算服务环境技术的舰艇对空自防御系统组织和运行示意图

舰艇对空自防御系统在实施对空自防御作战任务时，系统可根据作战任务和获取的情报信息，组织本舰传感器对低空、超低空区域进行重点监视搜索；接收探测信息，利用雷达、红外警戒、电子侦察等设备对目标不同物理特征的探测，以及传感器探测能力互补特点，在公共计算服务系统中进行多源信息融合处理及目标综合识别、威胁判断，形成空中态势并推送空中态势管理战位进行显示；完成对空自防御态势进行分析，做出舰艇机动决策建议和近、末端自防御决策计算，形成近、末端防御武器使用方案，完成软硬武器通道组织、目标分配和规避机动决策并进行显示；自动或半自动方式向相关武器下达目标指示；实时监视各武器交战状态，必要时在相关指挥战位及时下达作战干预命令等［7］。

4 结束语

舰艇对空自防御系统采用开放式体系架构和基于公共计算服务环境技术进行集成优化设计后，将产生显著的综合效益：1）可支持系统实现计算资源统一管理，大幅提升计算资源使用效率和计算能力；2）可降低设备规模和重量，减少系统集成的难度；3）可减少信息流通环节，缩短了对空自防御决策反应时间；4）可提升信息综合处理的效能，态势完整性更好，目标威胁判断可信度更高［8］；5）可增强系统抗毁能力，计算设备受损后功能自动迁移和系统配置重组，部分计算设备失效时，仍能完成对空自防御等基本计算功能运行等。

［1］ 王航宇.舰载火控原理［M］.北京：国防工业出版社，2014.

［2］ 李皓，王媛.知识驱动的舰艇编队信息系统顶层设计方法［J］.舰船电子工程，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，李为民，赵晨光.攻防一体网络化防空作战系统体系结构［J］.火力与指挥控制，2005，30（7）：9⁃10.

［8］ 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，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 烨（1987⁃），男，山东青岛人，硕士，工程师，研究方向为舰艇作战系统。

戴征坚（1968⁃），男，博士，高级工程师。

王 栋（1981⁃，男，硕士，工程师。