2019, Vol. 41
2. 国家计算机网络应急技术处理协调中心，北京 100094;
3. 中国船舶重工集团公司第七一四研究所，北京 100101
2. National Computer Network Emergency Response Technical Team/Coordination Center of China, Beijing 100094, China;
3. The 714 Research Institute of CSIC, Beijing 100021, China
20世纪90年代以来，各海军强国纷纷开发了新一代潜艇作战系统，这些系统技术水平领先，作战性能优秀，具有采取开放式架构、信息化程度高、综合处理能力强、经济可承受性好等特点。代表了潜艇作战系统的未来发展方向。表1给出了国外主要海军强国新型潜艇作战系统及装备情况。
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表 1 国外海军典型常规潜艇作战系统及装备情况 Tab.1 Foreign naval typical submarine combat system |
美国海军“弗吉尼亚”级潜艇的指挥、控制、通信和情报系统（C3I）是由洛克希德·马丁公司海上系统与传感器分部研制。该系统通过开放式、分布式及实时的网络架构将以前的潜艇系统，如声呐、雷达、作战控制和导航等，集成在一起。借助这种耐压壳内的局域网，“弗吉尼亚”级潜艇的所有作战控制和通信系统实现了互联。
与以往通过军用采购来提供专有解决方案不同，洛克希德·马丁公司在要求苛刻的潜艇环境中采用民用现成（COTS）硬件和软件技术对潜艇的C3I系统进行创新性设计。通过采用COTS技术和开放式体系结构，避免了采用成本高昂的军用产品与技术，使得“弗吉尼亚”级潜艇的C3I系统研发与采购成本显著降低，全寿期成本也相应降低。开放式系统使得“弗吉尼亚”级潜艇的C3I系统能够使用更先进的计算机、信号处理器和软件算法，选用民用市场上可用的更先进的能力，满足不断变化的军用需求。C3I系统通过与其他先进作战平台进行实时信息共享，促使“弗吉尼亚”级潜艇更好地融入联合作战行动。
2001年，第1套C3I系统在通用动力电船公司完成了安装和集成，其典型特征包括大量采用COTS先进技术，其中硬件和软件分别使用了78%和76%COTS产品；有效降低开发成本；集成开发计划方案，软件重用最大化，提高了系统通用性；充分利用声学快速民用植入（ARCI）成果；促进技术直接植入与更新等。
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图 1 C3I潜艇综合作战系统艇上布置示意图 Fig. 1 C3Isubmarine integrated combat system layout |
C3I潜艇综合作战系统是美国海军第1套全方位综合作战系统，该系统几乎集成了潜艇上搭载的所有电子设备，形成一个以光纤局域网连接的全分布式系统。相较于AN/BSY-1和AN/BSY-2潜艇综合作战系统，C3I潜艇综合作战系统在数据处理能力方面分别提高了55和26倍，其体系结构如图2所示。
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图 2 “弗吉尼亚”级潜艇信息系统体系结构示意图 Fig. 2 Virginia class submarine information system structure |
俄罗斯潜艇综合作战系统继承了苏联潜艇作战系统的发展模式，具有坚实的理论基础，但是相较于美国，俄罗斯国内电子信息方面相对薄弱，为达到系统的作战效能，保障技术上的可实现性，采取“专艇专用，讲究实效”的设计原则，其一般以声呐系统、自动信息控制系统（作战指挥控制系统）为核心进行设计，目前列装的典型潜艇综合作战系统包括“基洛”级常规动力潜艇自动信息控制系统、“阿穆尔”级常规动力潜艇作战指挥与控制系统，本节主要以“阿穆尔”级常规动力潜艇作战指挥与控制系统为研究对象进行阐述。
“阿穆尔”级常规动力潜艇是俄罗斯在本国“拉达”级常规动力潜艇的基础上专门设计的出口型潜艇，其装备的作战指挥与控制系统（ЛИТИЙ-Э）具有收集和处理传感器信息、显示战场态势、控制武器发射、确定射击阵位、自动解算多批目标运动、预报作用距离等功能。艇员仅通过艇载计算机便可对全艇进行监控与管理。此外，在主控室内安装有全自动的管理系统，艇员通过8部彩色多功能控制台便可操作艇上的所有子系统。
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图 3 “阿穆尔”级常规动力潜艇作战指挥与控制系统 Fig. 3 Amur class submarine combat system |
德国潜艇综合作战系统具有代表性的是ISUS 90潜艇综合作战系统，该系统在大大缩减物理空间的同时，提高了集成化程度，同时具有可剪裁功能的特点，能够以最大的灵活性适应潜艇的作战要求，ISUS 90潜艇综合作战系统体系结构如图4所示。
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图 4 德国ISUS 90潜艇综合作战系统体系结构 Fig. 4 German ISUS 90 submarine integrated combat system structure |
德国潜艇综合作战系统的研制始于20世纪80年代，这一时期德国阿特拉斯电子公司研制推出具有专利权的模块化ISUS 83潜艇综合作战系统，并于1990年装备206A型常规动力潜艇（已退役）。20世纪90年代，在ISUS 83潜艇综合作战系统的基础上，阿特拉斯电子公司采用基于COTS、开放式系统网络等技术研制出新一代ISUS 90潜艇综合作战系统，该系统保留了ISUS 83作战系统的模块化方法，但其从拥有专利权的技术转型到商用流行技术。目前ISUS 90潜艇综合作战系统装备于以色列的“海豚”级、意大利的“萨乌罗”级、土耳其，南非，葡萄牙的209型、希腊和韩国的214型等常规动力潜艇上。
4 法国法国潜艇综合作战系统具有代表性的是SUBTICS潜艇战术综合作战系统，其系统示意如图5所示，体系结构如图6所示，该系统由DCNS和汤姆逊-辛特拉CSF公司组成的UDS国际联合公司研制开发，首套系统于1999年装备于出口巴基斯坦的“阿格斯塔”90B级常规动力潜艇，目前该系统装备于巴基斯坦“阿格斯塔”90B级、智力“鲉鱼”级等常规动力潜艇上。
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图 5 法国SUBTICS潜艇战术综合作战系统示意图 Fig. 5 French SUBTICS submarine integrated combat system |
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图 6 法国SUBTICS潜艇战术综合作战系统体系结构 Fig. 6 French SUBTICS submarine integrated combat system structure |
随着潜艇作战需求的提高，法国在SUBTICS潜艇战术综合作战系统的基础上继续研制并更新SUBTICS潜艇战术综合作战系统，据披露，新系统可提供多种类型的数据综合，保证艇员从监视和威胁评估到武器发射的整个过程中态势信息的连续性。
5 瑞典以瑞典下一代常规潜艇——A26型采用的综合管理系统（GMSS）为例，该信息综合管理系统为开放式架构分布式系统，集成了作战、潜艇操控及其他管理任务。为了节省成本和做到快速交艇，综合管理系统主要利用市场现有产品，并修改其适应或达到军用标准。综合管理系统及其所有子系统通过艇上多功能控制台（MFC）操控，潜艇可通过增设控制台提高潜艇操控便利性，其中潜艇监控系统等敏感系统也可按客户要求锁定工作台。
A26艇上的作战系统采用萨博公司专为潜艇研发的作战系统（CMS），与传统的作战系统不同，该系统并非作为中央系统并与其他系统集成，而是作为子系统连接至综合管理系统。这项措施使潜艇综合管理系统内各子系统（包括作战系统）可进行单独的升级和替换，极大降低了升级、替换工作的成本与工时。
A26作战系统功能强大，可通过综合管理系统与声呐、光电桅杆、武器接口系统、潜艇控制系统之间进行高速数据交换，计算评估战场态势并提供态势感知图片，进行目标运动分析（TMA）。A26亦可通过作战系统中的战术数据链（TADIL）与友军通信。
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图 7 A26 战术数据链应用示意图 Fig. 7 A 26 submarine tactical data link application schematic |
1）新一代潜艇作战系统体系结构技术
体系架构技术是作战系统设计的基础和关键，国外新一代常规潜艇作战系统多数以商用主流高速以太网技术为支撑，采用开放式、层次化的体系结构，实现对作战相关各系统设备的综合管理和控制。新一代潜艇作战系统体系结构技术包括作战系统层次体系框架技术、基于构件的作战系统一体化软件功能架构技术、潜艇作战系统以太网络应用技术研究（包括网络拓扑体系结构技术、网络信息分类策略和传输控制技术等）等。
2）面向服务的作战系统统一计算环境技术
该技术主要采用面向服务技术，基于高性能处理设备，构建作战系统统一的服务注册与发现、绑定、流程控制、功能重组、接口适配等基本运行平台，为潜艇作战系统提供服务创建、集成开发和部署工具，实现信息共享和功能互操作，支持面向任务的作战系统灵活组织、配置和动态集成，适应装备不断发展及升级扩展要求。
3）作战系统新型信息交换机制技术
对于潜艇作战系统而言，集成和互操作性特别重要。因此，国外在系统设计中尽可能减少专用接口和数据格式，广泛采用成熟商用技术、标准，从而降低风险和成本，提高系统集成效率。为此需要解决实现系统间信息交换、系统互操作的方式方法，重点研究潜艇作战系统数据数据交换格式验证，突破专用协议，设计实现新的数据交换格式。
4）一体化声呐及多阵数据综合处理技术
该技术重点解决一体化声呐设计和多基阵数据融合处理关键技术，包括：合理配置阵型，提高声基阵综合程度；突破多声阵数据的综合处理，提高声呐系统的目标探测、跟踪、识别等综合处理能力；充分考虑多路径传播、海底多角度散射等复杂条件，提高复杂水声环境下声呐系统的性能。
5）多武器综合控制及发控通道优化设计技术
该技术综合考虑潜艇配装的鱼雷、水雷、导弹、对抗器材等武器的作战能力、运动目标的解算精度、敌我态势的影响，建立基于作战效能的潜艇武器指挥控制模型，实现对各种武器的发控通道综合组织、综合发控和同时导引，减少武器发射与控制信息的传输环节，实现指控部位对潜艇武器的直接控制，提高潜艇多武器控制能力、系统快速反应能力和任务可靠性，以最大限度地发挥武器的作战效能。
7 未来发展趋势1）高度信息化、综合化，支持协同作战
潜艇新型作战系统信息化水平越来越高，逐步能够与其他作战平台实现信息共享和协同作战，同时，艇内各分系统之间实现了信息充分共享。其中意大利海军于2008年委托芬卡蒂尼集团优化潜艇战斗系统，以使212A型常规潜艇能更好支持水下特种作战等多种任务。战斗系统优化重点是进一步集成潜艇C4ISR设备，加强潜艇水下作战指控与协同能力，使潜艇可以根据战场环境选择通信级别，尽可能与总部和协同部队实现快速、安全通信，进而使潜艇纳入水下网络战的一环，目前该作战系统已于2016年完成交付。
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图 8 芬卡蒂尼集团优化设计的212A型潜艇作战系统 Fig. 8 Type 212 submarine combat system |
2）开放式的分布式体系结构，网络化、层次化特征明显
快速以太网已成为系统主干网首选。随着各国海军网络中心战的实施，海军对潜艇网络带宽的需求不断增加，传统ATM，FDDI，SDH等主流技术已不能完全满足艇内网络一体化的发展需求，高速以太网由于具有丰富的带宽、优秀的性价比备受青睐，已逐渐成为潜艇网络在今后一段时间内发展的一个趋势。
大量采用开放式的分布式系统体系结构。开放式的分布式系统结构为潜艇作战系统提供了一种宽松的连接环境，各分系统之间采用标准化接口定义（IDL），分系统之间访问直接通过中间件接口实现，具有良好的互操作性，确保每个分系统都能进行技术升级而对整个系统影响不大，保证系统在交付时能反映当时的最新技术水平。
系统硬件与软件、数据与应用分离。系统中各组成设备的软件和硬件分离，硬件通用化、标准化程度提高，如一部多功能通用显控台可显示和处理来自多个系统的信息。相应的功能软件不再依赖专用硬件运行，中间件大量应用，促进软件通用化水平不断提高。数据库应用贯穿于作战系统数据的产生、集成和使用的全过程。
3）声阵设计一体化及声信号处理综合化
声呐系统已不是单功能声呐的组合，而是在系统的高度上全面考虑各项功能的实现。声呐系统是一个统一综合设计、分布式多湿端基阵、分布式小型前置预处理机和多阵数据高度融合处理的声呐系统。声呐系统的水下声基阵从声呐系统需要获取和处理的信息出发进行综合设计，与艇总体充分协调，确保在艇有限的空间上能够获取最大化的信息。同时大量采用多阵关联、融合及联合信号处理方法，提高系统综合处理能力和性能，提高声呐系统目标分辨、识别和鱼雷报警能力。
4）指火控一体化，武器控制高度集成
国外潜艇指控和火控系统普遍采用一体化设计，指控系统除完成情报综合处理、辅助作战指挥相关功能外，还完成鱼雷、导弹等软硬武器的综合控制功能，充分体现潜艇“集中指挥、综合控制”的作战思想。
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POST W. M. PhD. The dutch approach: spiral development of submarine sonars[C]//The Command Center Manning Perspective. 2013.
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