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莫斯科不相信眼泪

 
 
 

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舰载指控系统今昔谈  

2007-04-11 13:36:31|  分类: 装备科技D |  标签: |举报 |字号 订阅

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    一、概述

  黄蜂般的攻击飞机,飞横的弹幕,燃烧下沉的舰艇,被击中如断线风筝般坠落的飞机……这是二战时期海战场景。无论是中途岛,珊瑚海,还是大西洋,人们都难以忘记那一幕幕惨烈的海战。
  当时,面对来自空中、水面及水下的饱和性攻击,海军舰艇除利用新型传感器雷达,声纳,机电或电子模拟计算机收集和处理战术情报,还在火炮上装有相当完善的火控设备-射击指挥仪,用于协助人工控制火炮射击运动目标。早期的射击指挥仪虽然简单,但在1913年就已问世。1923年,英国埃利奥特公司制造出有摩擦积分器的机械模拟计算机,用这种技术制造的机械模拟指挥仪便首先安装在英国海军舰艇上。二战时,许多国家海军还采用了机电模拟式指挥仪,这是早期的指控设备。
  二战时期海军舰艇的传感器、武器、指挥、控制和通信手段有了很大提高。但情报信息的显示主要还是依靠态势板,刻度盘和灯、铃信号。战争后期,美国海军在舰艇上增设作战情报中心(CIC),英国海军叫它作战室,作战情报中心具有数据综合能力。
  战后,由于飞机,舰船,潜艇性能的提高,特别是新型武器导弹的攻击,使水面舰艇面临来自空中,水面和水下的威胁增大;攻击形式为多目标、多批次、多方向、空海潜立体战;攻击具有很强的隐蔽性、突然性和破坏性;舰艇的反潜和对空防御极为重要。因此,舰艇作战反应和战斗速度以及紧张程度增强,主要依靠手工操作的作战情报中心,其数据处理能力已趋饱和,这就为采用计算机技术提高数据处理能力提高了技术契机。
  20世纪40年代中期计算机的发明,是最不寻常的事件,它极大地影响和丰富了人类生活,同时也给现代军事技术带来深刻的影响。
  本世纪50年代晶体管技术的发展,使电子计算机有了质的飞跃。电子计算机在体积,重量,耗电及可靠性方面得到明显的改进,为海军舰艇采用计算机技术提供了物质基础。海军舰艇有可能在原有火控系统外,另外专设一套以数字式计算机为核心的进行情报处理和辅助决策系统,即作战指挥系统,它与火控系统和其它电子设备,通过计算机联网,一起构成指挥控制系统。
  不过,单有军事上的用途和工业技术基础还不够,还不能构成完善的指控系统。只有在20世纪60年代后现代控制理论(如识别理论、最优估值理论、最优控制理论等)建立起来之后,舰载指控系统自动化程度才有明显提高,性能日趋完善。
  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,是舰载作战系统的核心。它的出现,既适应了舰载作战武器系统发展的需要,也使海军舰艇的指挥方式发生了变化和变革。现代高科技海战要求先敌发现,反应迅速,正确决策,指挥得当,打击有力;以往依靠人为判断,手工作业或只以简单计算实施指挥显然无法适应现代条件下的海战。一个技术先进,功能完善,高效率指挥控制系统可以适应现代化海战面临的错宗复杂的情况,通过指控系统,舰艇作战真正实现了自动化指挥。

    二、指控系统的分类

  各种指控系统的基础是电子计算机,而电子数字计算机目前已经历了一代至四代演变。对指控系统配置计算机系统结构的特点分类,恰好也可以划分为独立式、集中式、分开式和分布式四种类型。
  独立式指控系统的作战指挥系统和火控系统各自独立,使用各自的计算机(甚至每种武器都有自己的火控计算机)。在指挥系统故障时,火控系统仍有一定的战斗力。但系统反应时间长,采用计算机数量多,造价高,效费比低。
  独立式指控系统以美国NTDS(Naval Tactical Data System )海军战术数据系统为代表。它是世界上最早的海军战术数据系统,1955年底开始研制,1961年首装于美国海军航空母舰奥里斯坎尼号(CV-34)。首套NTDS采用的计算机型号为AN/USQ-20,元器件为晶体管和磁芯存储器,其工作形式基本上是数字的,但也包含模拟形式。显示器按同时接收数字和模拟两种信号来设计。尽管它的自动化程度不高,但由于采用计算机处理某些数据,改进了系统反应时间和目标精度,因此成为海军舰艇指控系统发展史上划时代的事件。
  NTDS最初主要用于引导舰载飞机起降以及引导舰载机空战,拦截空中和海上目标,指导火炮射击等。后来随着装舰种类的增多,功能有所扩展和侧重,可以完成对目标的检测,识别,分类,情报综合,威胁评估及武器分配。由于NTDS主要还是用于防空,因此到列装于米尼兹级航母时,对NTDS做了较大改进,形成新一代NTDS/ACDS指控系统。
  据统计,到本世纪70年代,列装NTDS系统的美国海军水面舰艇约80余艘,其中航母11艘,导弹巡洋舰28艘,导弹驱逐舰40艘,导弹护卫舰2艘。另外,法国、德国、意大利、日本、澳大利亚等国海军舰艇也引进装备NTDS系统,总数超过140艘。所以,NTDS不仅是美国海军,也是世界其它国家使用比较广泛的一种舰载指控系统。
  本世纪50年代至70年代中期,一些国家开始发展集中式指控系统。其作战指挥和武器控制功能集中由一台或一组计算机来完成。它是作战系统的核心,可以控制多种武器对付多个目标。如英国海军ADAWS2-6作战数据自动化系统、DCB潜艇指控系统,法国海军SENIT战术数据处理系统1-3型,荷兰SINBADS(M8/41)水下指控、作战系统,都是比较典型的集中式指控系统。其中SENIT-1采用3台计算机,SENIT-2采用2台计算机,SENIT-3采用2台,各武器系统没有配备专用火控计算机。ADAWS也采用2台中心计算机,集作战指挥和武器控制于一体,同样也没有配备专用火控计算机。
  集中式指控系统的优缺点都十分明显。优点诸如计算机的使用效率高,反应时间相对缩短,造价相对低廉,减少数据处理和交换的重复等等。缺点则是研制周期长,系统软件复杂,成本很高,系统修改和扩充很困难,其生命力和可靠性差。因为中央计算机一旦出现故障,整个系统便会陷于瘫痪,如果发生在战时,对舰艇战斗力的影响将是致命的。
  从20世纪60年代至80年代,英法两国海军先后停止在大、中型水面舰艇上采用集中式指控系统,转向采用分开式指控系统。西欧其它国家也在其大、中型水面舰艇上,开始采用这种形式的指控系统。
  客观上讲,中、大规集成电路和计算机技术的发展,使计算机成本下降,体积缩小,性能提高,也促使海军指控系统结构形式的转变。
  在分开式指控系统中,作战指挥和武器控制分别由各自系统的计算机实现,计算机之间尚有通信和部分功能延伸的特点。具体来讲,作战指挥系统计算机主要用于作战指挥,但有一定的武器射击功能;火控系统计算机除完成武器射击的控制外,还具有一定的作战指挥功能。
  分开式指控系统即克服了集中式指控系统的缺点又避免了独立式指控两个小计 算机功能完全隔离的缺陷,力求总体性能最佳,并在系列化、模快化上做了努力,因此成为国外海军70年代以来舰载指控系统发展的主要结构形式。80年代末,出现了象“宙斯盾”这样代表分开式指控系统最新水平的指控系统。
  “宙斯盾”(AEGIS)是美国海军最新一代的指挥控制系统,它不仅具备了NTDS系统的功能,而且实现了指挥和判断自动化(拥有几百种作战战术法则形成的作战软件,以支持自动化指方式)。因此,尽量减少人工干预是该系统的最大特点。“宙斯盾”系统首装于美国海军提康德罗加级导弹巡洋舰(27艘)。
  不过,分开式指控系统仍然是相对集中,生命力不够强,计算机资源的利用仍有局限,系统的扩充、模块化和可靠性也难以更理想。70年代以后,在计算机技术发展的推动下,指控系统结构模式开始转向分布式。
  在分布式指控系统中,分布式计算机系统完成作战指挥和武器功能的指挥控制。简单地说,就是将构成分布式指控系统的小型计算机和微处理机分布在舰艇设备附近,并将相应的功能划分到每一处理机。分布式指控系统的初级形式是通过分布式总线实现数据资源共享,其高级形式是实现在地点、功能、控制上的完全分布。
  与其它类型的指控系统相比,生命力强,标准化,通用化,总线传输,易于修改、扩充,自动化程度高,易培训等等是分布式指控系统的优点。其显著特点是分布式总体结构,分布式总线、网络技术、标准化和通用化的设备,大量采用微机、软件机接口等,所以成为80年代至90年代指控系统发展的主流。国外海军舰艇已有多种分布式指控系统装舰服役,如美国海军实施舰艇分布式自防御系统SSDS计划,采用分布式局域网络改造“宙斯盾”系统(首装阿利·伯克级导弹驱逐舰) 美国海军AN/BSY-2潜艇全分布式指控(作战)系统;英国海军分布式指控NAUTIS-M,全分布式水面指控系统SSCS,SMCS全分布式潜艇指控(作战)系统;加拿大海军SHINPADS舰载综合处理和显示系统;意大利海军SEAGUARD武器系统;法国海军SENIT-6战术数据处理系统,TAVITAC2000指控系统(用于护卫舰),开放式系统结构SENIT-8(首装于戴高乐号航母),分布式作战管理系统TACTICOS。
 追根溯源,所谓舰载指控系统实际上由于现代电子计算机技术发展的带动,从舰载火控系统逐步发展起来的。它经历了(火)控制(C1)-指挥+(火)控制(C2)-指挥控制通信(C3)-指挥、控制、通信和情报(C3I)几个发展阶段。同时,舰载指控系统中所使用的计算机也经历了从专用化,通用化到综合集成系统,从小型计算机,微型计算机到个人PC,工作站也相继运用于舰载指控系统。
  C3I实际上就是扩展了的指控系统。目前,世界各国都高度重视研制和发展指控系统。就海军而言,现代海战已从空、海、潜三维空间发展为空海潜、太空、电磁多维空间,现代海战中很少再有单舰活动。海军不仅设有单舰级指控(C3),还设有编队级,司令部级指控,不仅有舰载指控系统,而且还有岸基指控系统。其组成单元,上至空间飞行器(人造卫星,航天飞机),下至地面雷达/光电观测站,水中潜艇和声纳阵,通过计算机网络技术,互联成空间级的C3I系统。美国海军1970年开始发展C3I系统,90年代初加以改进,现在已具有全球电子信息系统的特征,也是目前世界上最有效的电子信息系统。国外所说的C3I系统多指战略性的指控系统,而不是战术性的指控系统,即取决于系统指挥和控制武装力量的规模和性质。
  任何技术的发展离不开理论的指导。舰载指控系统的发展最初以经典控制理论为基础,采用模拟计算机和小型数字计算机为硬件平台。后来的发展以现代控制理论为基础,采用微型计算机为主要硬件平台。

三、未来指控如何发展?

  从“环太平洋98”军事演习已可以看到所透露出的信息,这就是美国海军根据面向21世纪“哥白尼”计划的组成部分“IT21”计划所建造的数字化舰艇。到2000年,美国海军所有舰艇都将具有与大范围战术网络相连的能力,即便是小型舰艇,也要装备IT21系统。所有舰艇都将具有提供战术图象共享,使用通用语言,与水下、水面、空中和地面相互连通的能力。
  参加演习的美国海军第3舰队指挥控制舰“科罗拉多”号(AGF11)和导弹驱逐舰“霍珀”号(DDG70)是太平洋舰队“IT21”信息化舰艇试验舰。其中“科罗拉多”号舰装有200余台奔腾200,工作站或更高等级的计算机,通过光纤电缆和卫星通信系统开通局域网和国际互联网络,舰员可以随时上网查询浏览资料。演习期间,“科罗拉多”号专门开设一个网页(分保密和非保密两种类型),本舰和其它舰只可利用网络发送电子邮件,作战命令,每日简报,情报信息等机密、非机密或公开信息。战斗群指挥官,两栖战指挥官和舰队指挥官之间也可以通过网络进行通话。舰上设有超局域网和非保密局域网,从非保密局域网进入保密局域网都有严密的防火墙和邮件警告系统。舰上基本上实现了无纸化办公和办公自动化,指挥自动化,电子邮件的使用极为频繁。
  “霍珀”号是“阿利·伯克”级导弹驱逐舰中第一艘改装“IT21”标准化组件的战斗舰艇,该舰完全实现了自动化指挥控制。舰上人员可使用非保密局域网发送电子邮件,进行办公室自动化信息处理,查阅技术手册和维修信息。舰上的综合态势评估系统通过局域网把指挥、控制、通信、情报、计算机、监视、侦察系统(C4ISR)连为一体,可共享“环太平洋98”演习海上联合指挥信息数据。  可以预计,未来21世纪,以网络化,信息化,一体化装备为主的新型信息化舰艇将是发展的主要趋势。未来的指挥、控制、通信、情报功能(C3I),除传感器外,主要依靠若干个多功能显控台来完成。
随着电子技术和计算机技术的成熟,硬件工作量及技术难度相对减少,软件作为控制台的大脑和灵魂,日益凸现其重要性。系统的自动化、智能化、数据处理方法、战术设想、作战指挥算法、目标运动要素的解法、特别是数据融合技术的完善,舰载指控系统将以智能控制理论为基础,采用网络(包扩INTERNET)为主要硬件平台。可以说,网络指控系统将向我们走来。

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