舰船科学技术  2021, Vol. 43 Issue (12): 180-184    DOI: 10.3404/j.issn.1672-7649.2021.12.033   PDF    
国外驱护舰作战指挥系统技术现状与发展趋势
刘建强1, 王青山2, 戚艳嘉2, 罗壹允2, 赵川2     
1. 军事科学院 战争研究院;
2. 中国船舶集团公司第七一四研究所
摘要: 作战指挥系统是现代化军舰的核心,是舰上各类传感器的信息汇集地,在当代海战中占据十分重要的地位。本文梳理国外典型驱护舰的作战指挥系统,分析其发展历程、系统功能、系统组成、列装情况、技术特点。结合其发展现状,研判其发展趋势,为作战指挥系统发展与海上作战能力提升提供借鉴参考。
关键词: 驱护舰     作战指挥系统     技术现状     发展趋势    
Technology status and development trend of foreign destroyers and frigates combat command system
LIU Jian-qiang1, WANG Qing-shan2, QI Yan-jia2, LUO Yi-yun2, ZHAO Chuan2     
1. War Research Institute, Academy of Military Sciences;
2. The 714 Research Institute of CSSC
Abstract: Combat command system is the core of modern warships and the gathering place of shipboard various sensors. It occupies an important position in contemporary naval warfare. This paper introduces several typical combat command systems of foreign destroyers and frigates, analyzes the development history, system functions, system composition, deployment situations, and technical characteristics. Based on the development status, the paper discusses the development tendency, which provides references for combat command system development and maritime combat capability improvement.
Key words: destroyers and frigates     combat command system     technology status     development trend    
0 引 言

作战指挥系统是现代化军舰的“心脏”,是各种传感器,尤其是监视、导航和火控雷达以及声呐和光电传感器的信息汇集地。作为驱护舰执行警戒、跟踪、目标识别、数据处理以及控制舰载武器完成对敌作战功能的中枢,驱护舰作战指挥系统在当代海战中的重要性不言而喻。

驱护舰作战指挥系统主要功能包括:制定短期、长期海上作战计划;控制传感器、数据链和通信设备;进行战场监视和情报融合、分析,建立战场态势;进行自动威胁估计和分级;支持主要作战任务(防空战、反舰战、反潜战、电子战)的决策过程,其中包括掌握和提供航迹、目标优先排队、移动和交火建议、战术区域图形显示、边界和支援信息、自动杀伤效果估计、战术数据支持、编队控制和软、硬杀伤武器的综合控制等;自动分配武器系统和跟踪传感器;提供战术导航,包括路径规划、接近点计算、移动建议等;实现战况记录、重演、模拟和训练等[1-2]

1 作战指挥系统军事需求

近年来,海上领域出现了多种新的安全挑战和任务形式,为驱护舰作战指挥系统建设和发展提出了新的军事需求。

1)应对小范围的常规水面威胁

在沿海地区、狭窄海域和海上阻塞点,驱护舰面临着新型的“不对称”水面威胁,如岸基火力、小艇群攻击等。这种威胁在态势感知、威胁评估、武器控制和交战规则方面给指挥人员带来了严峻的挑战。

2)反制无人装备的“非对称”优势

随着现代科技的不断发展,无人机、无人艇、无人潜航器等应运而生,凭借其高效快速的信息处理能力、灵活多变的作战方式,无人装备被大量投入战场。为应对无人装备带来的威胁和新军事变革,舰船作战系统的目标识别、威胁评估、指挥决策、火力打击等能力需要快速提升。

3)保障大规模联合军事行动的实施

在多国联盟协议框架内,组建跨国、跨军兵种的任务小组并执行护航、反恐、救援、演习等任务,已经成为当代海军主要的军事行动。有效的联合行动需要畅通的信息搜集、处理、分发渠道,确保跨国跨域行动的顺利开展[3]

4)执行复杂环境下的低烈度作战任务

海军、海岸警卫队和其他海上安全机构在执行一些低烈度的特殊任务,包括打击海上恐怖主义、毒品走私、非法移民、走私等时,驱护舰更多的是在沿海近陆环境中工作,空中、海上交通密度高,大气环境、地理因素复杂,导致传感器迟钝和退化,对信息的识别处理能力提出很高的要求。

新的威胁和任务促生新的军事需求,进而带动海上装备技术的发展。作为战斗核心力量的驱护舰,其作战指挥系统也随之不断的更新和升级,以应对新的军事威胁。

2 国外驱护舰作战指挥系统发展现状

近年来,美欧等国大力开展驱护舰作战指挥系统功能升级、软硬件更新等工作,其在警戒、跟踪、数据处理、威胁评判、武备控制等方面的能力得到明显提升,典型系统有美国“宙斯盾”作战系统、英国CMS-1战斗管理系统、法国TACTICOS战术作战指挥系统、德国SEWACO-FD作战管理系统等。

1)美“宙斯盾”作战系统

“宙斯盾”作战系统是洛克希德马丁公司研发的第二代典型驱逐舰作战系统,是全世界第一种全数字化的舰载作战系统,也是美海军第一种具备决策辅助功能的系统,是美海军现役最重要的水面舰艇作战系统。系统开发之初是为了应对苏联大量反舰导弹对水面作战系统的饱和攻击威胁,现在已发展为复杂环境下反舰、防空作战指挥和武器控制的作战系统。经过四十多年的逐步改进与升级,该系统从“基线0”发展至“基线9”,共10个版本。

“宙斯盾”系统的核心分为五部分:多功能相控阵雷达系统、指挥决策系统(CDS)、显示系统(ADS)、武器控制系统(WCS)、战备检测系统(ORTS)。雷达系统负责探测跟踪目标、计算武器的发射参数;指挥决策系统作为全舰指控中心,建立战术原则,负责敌我识别、判定威胁,进行顺序排布和火力分配,协调控制整个系统;武器控制系统按照作战指令,引导和控制武器装备发射,并将相关数据传输至指挥决策系统;战备检测系统具有对整个作战系统的监视、故障检测和维护的功能[4]

图 1 “宙斯盾”作战系统结构图(基线7) Fig. 1 Aegis combat system architecture

截至目前,洛·马公司已经为多个国家的多种舰艇安装了“宙斯盾”作战系统,如美海军“提康德罗加”级巡洋舰、“阿利·伯克”级驱逐舰、“自由”级近海战斗舰以及美海岸警卫队的“传奇”级巡逻舰。此外,日本“金刚”级和“爱宕”级驱逐舰,西班牙“阿尔瓦罗·德·巴桑”级护卫舰,挪威“南森”级护卫舰,韩国“世宗大王”级驱逐舰和澳大利亚“霍巴特”级驱逐舰也都装备了“宙斯盾”作战系统。

2)美COMBATSS-21作战系统

COMBATSS-21系统是缩小版的“宙斯盾”系统,采用开放式体系架构设计,集成了雷达、舰炮、导弹、假目标发射器和电子战系统等传感器和武器,可辅助指挥人员进行决策和实现武器系统的自动操作。该系统于2008年6月首次集成在美“自由”号近海战斗舰上,2007年8月进行了反潜能力测试。

COMBATSS-21作战管理系统由核心组件和定制组件构成,核心组件包括自防御、态势感知、跟踪管理、武器管理、目标识别和无人装备控制等;定制组件包括空中和水面雷达、导航雷达、光电红外装置、电子战系统、拖曳声呐、阵列声呐等传感器,导弹系统、舰炮、鱼雷系统、直升机反潜战系统、对抗系统、近程防御武器系统等武器装备和卫星通信、无线电和数据链等外部通信手段。系统开放式可重构设计能够满足特殊的定制需求,灵活的组件化架构使得新技术引入更加简便。由于COMBASS-21系统是基于“宙斯盾”系统开发,其系统设计、软件复用和升级和修改成本大大降低[5]

图 2 COMBATSS-21作战系统组成 Fig. 2 COMBATSS-21 combat system constitution

目前,COMBATSS-21系统已经安装在美海军“自由”级近海战斗舰上。

3)英CMS-1战斗管理系统

CMS-1战斗管理系统由BAE System旗下的作战与雷达系统公司与意大利阿勒尼亚·马可尼公司联合研制,主要针对英海军45型驱逐舰的作战需求开发。该战斗管理系统控制舰上所有传感器和武器,还整合了最新的防空武器系统(PAAMS),使舰船更好地检测和应对周边威胁。

CMS-1战斗管理系统由指挥系统(CS)与其他作战系统装备(CSE)等部件组成,采用分布式架构,通过数据传输系统(DTS)与舰上各系统连接,软硬件设备采用开放式架构,大量使用商用现成技术(COTS),并使用商业规范标准的微软Windows操作系统,不仅能降低成本,还能随着科技的进步进行同步更新升级[6]。CMS-1大约拥有25个多功能显控台,速度快且抗毁性强,显控台呈三平面显示器布局(中间是激光荧光显示屏,左边显示状态数据,右边显示作战数据),处理器设置在与显控台独立的机柜中,各节点以光纤快速以太局域网络连接,以获得最高的指挥效率。

目前,CMS-1战斗管理系统已经列装于英45型导弹驱逐舰、“百眼巨人”号航空训练/医疗船、“克莱德河”号巡逻舰等。

4)英SSCS水面舰船指挥系统

水面舰船指挥系统(SSCS)由英国宇航西玛公司开发,属于公司旗下SUCCESSOR通用分布式系统的一种改良产品,主要针对英海军23型护卫舰和舰队供应船的作战需求开发。

SSCS系统拥有完备的作战指挥和武器管理功能,还可以实现自主航行、避障以及海事搜索救援等额外功能。系统可用于日常训练,通过加载训练软件包的方式,设定包括对空战和反潜战在内的复杂对抗环境,以便于指挥小组在逼真的态势下训练。系统可通过接口确定武器状态和当前武器分配情况,有效提高“海狼”对空导弹和“鱼叉”反舰导弹的作战能力。

SSCS系统采用了部分潜艇指挥系统(SMCS)的技术,在软件中首次大规模使用了Ada语言。系统具有很高的可修复性,在单个设备发生故障的情况下,仍能保证指挥和控制功能的正常运行。

SSCS系统现已装备英国23型护卫舰和部分韩国驱逐舰。

5)法TACTICOS作战指挥系统

1990年法国汤姆逊-CSF公司兼并了荷兰电信设备公司后,将分布式的STACOS-4型与法国的系统合型改为TACTICOS作战指挥系统,用于管理水面舰艇作战人员的指挥和武器控制功能。自它在小型、中型和大型海军舰艇上应用以来的20多年里,TACTICOS一直不断改进,以满足不断变化的任务需求,集成各种新的传感器和武器装备,并充分利用商业信息和通信技术快速发展。

TACTICOS具有以下技术特点:

功能强大。TACTICOS作战管理系统可用于指控支援和火控设施管理,主要用于对空、对海、反潜、电子战以及海军炮火支援。指挥团队可利用TACTICOS监视整个战场的战术态势,控制舰上传感器与武器控制系统,协调舰艇之间同步作战。该系统还包含了用于作战模拟、计划和培训的剧情和仿真设施。

兼容性好。TACTICOS是一种开放式系统,可利用多种商用软件插件,实现丰富的控制功能,这其中包括报文处理、损管控制、气象数据处理、地图处理等。

分布式系统架构。TACTICOS基于一种新的模块化Sigma-Splice(电信公司模块化结构)多处理器节点,是一种分布式系统,能够集成舰艇上所有的传感器、电子战系统和武器系统[7]。Sigma-Splice作为各系统功能部件和双以太网数据总线之间的缓存器,将传感器系统和武器系统与TACTICOS作战管理系统的显控台连接起来。每个显控台可执行一个或多个功能,其存储器中备份有各种功能应用软件的文件,而系统管理软件分布在各个Sigma-Splice节点,一旦执行当前功能的显控台发生故障或战斗损伤,系统可自动(或人工)将该功能应用程序指派给剩余完好的显控台。

图 3 TACTICOS作战指挥系统分布式系统框架 Fig. 3 TACTICOS combat command system distributed architecture

适用于多种类型舰艇。TACTICOS作战管理系统显控台留有对应接口,可集成本地子系统,实现跟踪空中和水面目标的能力。系统可根据作战目标、舰艇已有系统和财务状况进行个性化定制,并且保留升级至完全功能TACTICOS系统的能力。因此,该系统适用于各种舰船的改造升级,包括从驱逐舰、护卫舰和快速攻击。

目前,TACTICOS作战指挥系统已经广泛应用于多个国家各种水面舰艇,如美海军“独立”级近海战斗舰、德国“萨克森”级导弹护卫舰、荷兰“七省”级护卫舰、希腊“罗森”级导弹艇、土耳其“军刀”级导弹艇、韩国KDX-2型驱逐舰等。

6)德SEWACO-FD作战管理系统

SEWACO-FD作战管理系统基于Singal公司(后变为泰利斯荷兰分公司)在1990年代初期发展的TACTICOS系列,分为作战管理系统、防空、反水面、反潜、电子战、导航、战术数据链与通信等9个不同功能的单元,能辅助舰上作战人员在作战任务中各个阶段所有的步骤,包括监视战场环境、全自动排定目标威胁程度、拟定接战计划、指派不同火控武器系统进行接战等,并连接联合海事指挥信息系统(JMCIS)。

SEWACO-FD作战管理系统主要探测设备包括:雷达传感器(远、中、近程预警雷达和敌我识别系统);直升机载雷达;电子支援措施和红外传感器。SEWACO-FD作战管理系统的核心部分是模块化数字行为信息系统(DAISY)。DAISY系统利用雷达传感器获取原始的或者数字化的信息,系统包括一个数据处理机柜和多个显控台。

目前,SEWACO-FD系统主要部署在德国“萨克森”级护卫舰。SEWACO系统的其他型号主要安装在荷兰、比利时、希腊、印尼等国护卫舰上。

7)德COSYS作战管理系统

COSYS由德国STN ATLAS电子公司研制,该系统拥有与各传感器数据相关的较全面的战术功能,能够提供清晰、实时、整洁的战术态势图像。战术态势图像是为快速反应打击敌空中威胁目标而进行威胁评估和武器分配的基础。在一定的战术环境中,所有作战流程中都提供人工干预或人工操作功能。战术态势还提供了附加的战术导航、数据记录、模拟训练等功能。

COSYS系统的核心是执行作战管理任务的作战管理系统。作战管理系统具有模块化结构,通用单元及通用部件应用广泛,同时COSYS系统大量使用商用设备,可扩充性、可修改性强,在硬件方面和软件层面上都具有较高的容错性。

目前,COSYS系统已被数十个潜艇作战指挥系统、德国护卫舰项目所采用。

3 国外驱护舰作战指挥系统技术特点

根据对驱护舰作战指挥系统的梳理和分析,归纳其技术特点为:

1)连通性强,支持多种海上作战任务

作战指挥系统高效协调控制舰上传感器、决策系统、武备控制系统,可实现防空反导、对海对陆、反潜等作战任务的指挥,

以“宙斯盾”系统为例,探测雷达与电子战系统相互配合,对来犯目标进行识别和分类,并通过舰载数据链传输至后台进行威胁评估。在确定目标的优先顺序之后,“宙斯盾”通过武器控制系统分配火力,然后指挥各种武器快速反应,整个过程反应时间快,可满足多种作战任务的指挥决策需求。

2)分布式、模块化设计,提升作战指挥效能

系统架构方面,国外驱护舰作战指挥系统大多采用模块化、开放式架构,在现有成熟的舰艇作战指挥系统的基础上,设计通用和特定的功能单元,制定标准接口、实现信息数据的双向流动。在设备方面,软硬件呈分布式部署,提高信息处理冗余度,加强整个系统的鲁棒性、抗打击性,增强快速恢复能力。

3)多功能显控台成为作战指挥系统的关键

驱护舰作战指挥系统的核心是以多功能显控台为主体的指挥控制设备。目前国外驱护舰作战指挥系统显控台在结构、硬件、软件等方面都体现了模块化设计理念。同时采用平面显示、信息处理、响应时间控制等先进技术,提升了人机交互体验,使舰上指挥人员能够快速吸收和理解战术信息,对潜在威胁做出快速果断的决策。

4)成熟商用技术得到广泛的应用

商用计算机硬件、软件和工业标准在驱护舰作战指挥系统设计和研制中得到了广泛的应用。在硬件上,计算机采用了商业的计算机、工作站等,在软件上普遍使用了POSIX/UNIX,TCP/IP,XWindow/MOTIF,ANSI C/C++语言等软件标准,主要使用Linux,Windows等操作系统。标准的商用技术平台制定了相应的技术规范,便于系统扩展和升级,使得系统能够迅速迭代、采用先进技术,且利于维护,大量采用成熟商用技术成为驱护舰作战指挥系统的一大特征。

4 国外驱护舰作战指挥系统发展趋势

综合当前发展现状和技术特点,国外驱护舰作战指挥系统将在体系架构、系统功能、决策方式等方面取得进一步发展。

1)系统架构向更深层模块化、全分布式发展

模块化的优势在于可根据不同的作战任务选择不同的武器单元和指挥控制方案,灵活性强、便于维护。通过对驱护舰作战指挥系统的模块化设计,可缩短装备研制和升级的周期,易于进行现代化改装升级,降低全寿命周期费用。全分布式系统可实现资源分布、功能分布和控制分布,将分布在各个节点上的资源转化为整个系统的共享资源,从而完成各类功能分布,其鲁棒性、生命力强。在计算机技术的牵引下,具备较强攻防能力、火力配合紧密的分布式作战系统是未来发展重点。

2)指挥决策方式趋于智能化

海上作战指挥包含情报搜集、威胁判断、作战方案确定、打击武器控制的全流程,涉及到舰上各类武器装备,比如通信和雷达设备,电子战武器,声学、红外及光电设备,信息流量巨大,极易发生冲突,信息资源和武器分配急需优化。随着人工智能、机器学习、大数据技术的蓬勃发展,将智能化技术引入作战指挥系统,能够有力统筹己方装备,高效协调各作战单元,全面监视战场态势,能够根据不同的作战需求和作战目的,快速制定多个方案和预案,为指挥人员决策提供有力辅助,把信息优势转化为决策优势。

3)技术推动作战系统功能更加健全

随着网络技术不断成熟,作战系统的网络化持续增强,各设备的互连、数据的互通和各系统间的互操作程度将得到明显提升。先进的态势感知生成和指挥信息分发技术,将为指挥人员提供所需的完整态势和指挥信息。基于智能化技术的辅助决策手段将为指挥人员提供决策支持,从海量的战场信息中准确提取有用的信息,快速生成作战计划。面对作战场景的不断丰富,基于新型技术的指挥系统和设备将大量更新,指控控制、态势显示、数据融合等多种业务服务水平将大幅提高。

5 结 语

本文分析了国外典型驱护舰作战指挥系统的任务使命、发展现状、技术特点,研判其发展趋势,可为驱护舰作战指挥系统建设和发展提供借鉴参考,推动海军信息化水平提升。

参考文献
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[5]
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