海上網絡戰下潛艇作戰網絡發展趨勢研究＊

陳 瑜

（海軍駐第二船舶設計院軍代室 武漢 430064）

1 引言

海上網絡戰的概念集中體現在海軍的網絡中心戰（Network－Centric Warfare，NCW）中，網絡中心戰是利用計算機網絡對部隊實施統一指揮的作戰。其核心是利用計算機網絡把分散的部隊、各種探測器和武器系統連接在一起，實現信息共享，掌握戰場態勢，縮短決策時間，提高指揮速度和協同作戰能力，以便對敵方實施快速、精確、連續的打擊。網絡中心戰是相對于傳統的平臺中心戰的一種全新的作戰概念。網絡中心戰將對海軍從戰略級到戰術級的沖突級別中產生重大的影響。網絡中心戰的網絡結構包括探測器網絡、交戰網絡和信息網絡三個相互鏈接的部分，其網絡結構如圖1所示。

圖1 海軍網絡中心戰的網絡結構示意圖

隨著海軍的作戰模式由“平臺中心戰”向“網絡中心戰”的演變，海戰場信息化的程度急劇增加，潛艇面臨著透明程度越來越高的戰場，未來的網絡中心反潛戰將建立起由衛星、飛機、水面艦艇和水下無線傳感器網絡構成的立體化反潛網絡，并在作戰盟友之間進行信息共享，整個反潛網絡以計算機為中心，以廣泛分布于陸、海、空的探測傳感器為節點，以信息融合為手段，使得整個反潛系統具有探測范圍廣、信息量大，時效性強和速度快的優勢，這樣，潛艇隱蔽性的優勢面臨極大挑戰，網絡中心反潛戰使得潛艇更容易暴露在反潛力量的火眼金睛之下，潛艇獨立完成任務的挑戰與風險越來越大。為有效對抗作戰對手立體化反潛體系，潛艇必須加強與其它兵力的協同作戰，有效地與其它潛艇、水面艦艇、飛機及地面部隊密切交換作戰信息，作戰人員可以迅速、全面、可靠地洞察整個戰場的局勢，互相協同，以更快的指揮速度，更高的作戰效率，實施作戰，保持潛艇戰斗能力和生存力，創造有利的戰場態勢。

在協同作戰的環境條件下，潛艇從水下信息網絡中獲取戰場信息的數量、速度與以往那種僅依靠自身的傳感器獲取少量的信息相比，發生了質的飛躍，因此潛艇必需具備全系統信息綜合集成和信息融合能力，提高全艇信息化水平，從而實現與陸、空軍等其它軍種的作戰指揮信息及戰場態勢信息的共享，確保在復雜海戰場環境條件下，多軍種協同作戰能夠順利進行。

2 潛艇網絡發展現狀

目前各國在潛艇信息綜合系統方面的研究根據其研究的側重點不同，分為兩個方面。其一，是以充分分析、處理各種作戰信息，快速做出態勢評估和輔助決策，并進行武器分配和控制，實現在最佳時機對敵目標的精確、有效打擊，提高艦艇的作戰效能為主要目標的綜合作戰指揮系統；其二，是以實現管控一體化，提高艦艇機動性、快速反應能力和生存力，保障艦艇安全可靠航行為目標的綜合平臺管理系統。

美國從第三代攻擊型核潛艇開始采用總線網絡式結構實現設備的信息互連互通，“海狼”級核潛艇的AN／BYS－2綜合作戰系統通過FLEXNET光纖包交換完成通信局域網連接，實現各系統設備的信息互通和功能協同，在系統設計上采用了分布式結構，提高了數據的處理能力，系統還以多種形式提供備份，增加了系統的可靠性。其框圖如圖2所示。

圖2 “海狼”級AN／BYS－2綜合作戰系統框圖

從第四代核潛艇“弗吉尼亞”級核潛艇開始，美國采用全船一體化的架構模式實現作戰、平臺和通信等系統的信息互通，實現全艇各系統的綜合管理和控制，該系統在提高艦艇自動化，減員增效和降低費用方面獲得了顯著的效果，此外，通過采用商用設備和開放式的設計原則，系統運行和保障費用大大的減少。

英國、德國等歐洲國家核潛艇網絡發展的思路是根據作戰系統與平臺管理系統獨立發展的特點，采取了“雙架構”體系模式，即在潛艇上作戰系統和平臺管理系統分別建立各自的信息網絡實現相關系統的集成管理和綜合控制，“雙架構”體系模式降低了平臺與作戰間的相互影響，提高了平臺操控安全性。但二者網絡所采用的網絡技術體系架構基本相同，并通過路由設備實現信息互連互通，這樣就方便地實現了平臺管理系統對作戰系統的信息支援，為作戰效能的保障提供了支撐，二者可以緊密配合，協同工作，在越來越復雜的艦艇上實現艦艇作戰的高度自動化、智能化。

圖3 “雙架構”體系模式示意圖

圖4 “機敏”級ACMS作戰系統結構圖

圖5 德國U212級潛艇平臺管理系統方案

英國“機敏”級核潛艇的ACMS綜合作戰系統由星型拓撲快速以太網連接各個節點和服務器，該局域網采用光纜將各功能節點聯在一起，形成了一個資源共享、高效可靠的整體，實現了聲納、雷達、指控等作戰相關各系統的信息互連和協同。ACMS綜合作戰系統能夠從聲納和其他傳感器獲取信息，經先進的算法和數據處理為指揮員顯示實時圖像，ACMS是一個開放式系統，能夠處理不斷增長的現代核潛艇所獲得的信息以及控制復雜的現在和未來攜帶的武器。ACMS系統的組成如圖4所示。

德國的U212級潛艇裝備了西門子公司研制的綜合平臺管理系統，如圖5所示，它通過一條冗余的光纖總線系統將沿著全船分布的局部處理單元（LPU）連接到中心控制臺的操作計算機，通過這種配置，使得從中心控制臺和直接由LPU通過局部操作板（LOP）操作平臺管理系統成為可能，即使由于某些原因LPU無法與中心控制臺計算機連接，平臺管理系統的全部控制也可以通過LOP實現。中心控制臺計算機的浮動主機結構以及冗余的數據總線系統保證了高度的容錯性和可靠性。德國U212級潛艇的綜合平臺管理系統實現了對推進系統、電力裝置、潛艇操縱系統以及損管系統等的船、機、電設備的綜合管理和自動化監控。

U212級潛艇的ISUS 90全綜合作戰系統通過以太網數據總線，實現了聲吶傳感器、戰術數據處理和武器控制的綜合；潛望鏡和光電桅桿的綜合控制；雷達和雷達攔截的綜合；內部和外部通信系統的綜合；多武器控制系統的綜合等功能。所有的系統設備都共享仿真設備、測試系統、數據庫系統和數據記錄，其典型結構配置圖如圖6所示。

圖6 ISUS 90全綜合作戰系統的典型結構配置圖

圖7 CAE公司的典型綜合平臺管理系統配置方案

CAE公司的綜合平臺管理系統采用兩層網絡結構。上層為管理層網絡，采用雙冗余光纖網，下層為設備控制層網絡，采用現場總線網絡，網絡傳輸介質為光纖，傳輸速度為100Mbps。CAE公司的綜合平臺管理系統可實現的功能包括推進系統控制監測、電力系統控制監測、輔機設備控制監測、消防損管系統控制監測、操縱系統控制監測、電子系統控制監測、艦上訓練系統控制監測等。CAE的綜合平臺管理系統是開放式結構，明顯地減少了全壽期費用。該系統采用標準化設計，有廣泛分布式的智能電子裝置，以多數據總線相互連接，工程師能夠從艦船上的幾個位置控制和監測全部平臺機械和緊急系統。CAE的綜合平臺管理系統廣泛應用于美國、英國、法國、德國等國海軍艦艇上。已應用于包括德國F－124護衛艦、英國機敏級核潛艇、LPD登陸艦、美國LPD－17登陸艦、CVN－77航母等共18個國家140余艘艦艇。其典型綜合平臺管理系統配置方案如圖7所示。

3 潛艇信息化發展構想

隨著技術的進步，國外綜合平臺管理系統和作戰管理系統正向模塊化、集成化、智能化的方向發展，數據采集與控制單元的功能已經變得越來越強大，而且正呈現出高度的智能化與模塊化，利用全船光纖局域網，構成冗余度高、可靠性好、結構開放的數字化平臺，實現全船信息流暢貫通，使平臺管理系統與作戰系統能夠緊密的結合，共享信息并協同工作，此外各種應用軟件功能也越來越強大，可以實現各種監控、管理、信息融合、趨勢預測等功能。

從潛艇信息化網絡的發展趨勢來看，在充分考慮潛艇安全性的前提下，遵循作戰系統相對獨立的原則，未來潛艇信息化網絡體系結構如下：

作戰系統應建立單獨的物理局域網，實現該系統內信息的安全隔離傳輸，并通過網關實現與全船網絡的信息互通。其他平臺分系統不再單獨形成子網絡，而是按照區域劃分，各區域平臺設備與相應的DCCU（數據采集單元）相連，數據采集單元可以單獨的接入主干光纖通信網絡，也可以通過現場冗余數據總線連接，再接入平臺主干光纖通信網絡。整個網絡的結構形式如圖8所示。

圖8 信息化網絡的體系結構形式

這種結構形式的網絡可以根據對象的不同，靈活地采用不同的入網方式，充分利用現成的成熟技術，有重點地逐步提高。從潛艇的安全角度出發，將作戰系統建立單獨的子網，一方面如果主干網故障，這兩個網絡還能獨立完成自己的監控功能，保證潛艇的安全性和作戰效能；另一方面，考慮到作戰系統數據傳輸量大，而且對實時性的要求更高，將其單獨組網可以降低對主干網的帶寬要求，更容易滿足系統信息傳輸的實時性的要求。對于其他的船機電平臺設備，將按區域連接，每個區域的DCCU僅僅與本區域內的被監控設備相連，再通過現場數據總線連接到主干光纖網絡，這種形式的優點在于可以大大地減少網絡的通信電纜數量，線路的利用率非常高，網絡布線得到極大的簡化，當然其缺點是對主干網的可靠性要求較高，由于大量的信息都需要通過主干網進行傳遞，對網絡帶寬的要求也比較高，因此為了保證比較好的可靠性和實時性，一般采用交換式高速（100Mbps或者更高速）光纖以太網。

這里構想的信息化網絡總共包含三層，上層為用戶管理層，用戶管理層是人機交互的界面，主要包括一些操作和管理設備，如各種顯控臺等；第二層是信息控制層，信息控制層是整個信息化網絡系統的神經中樞和核心數據處理單元，主要為一些控制設備。它分布在全艇，和傳感器、激勵器、本地處理控制器通過I／O接口單元直接連接或通過現場總線相連，將數據采集送用戶管理層顯示和存儲，并將用戶管理層的控制指令發送到相應的設備，執行相應的動作；第三層是設備層，設備層是位于底層的現場設備，包括各種傳感器、激勵器、本地處理控制器等。

整個信息化網絡包括兩種體系結構，主干網關注的焦點是高速的報文發送、高容量的數據共享，以及各種類型的數據的高速傳輸，因此采用高速光纖以太網，控制網絡關注的焦點是高速的I／O信息交換和報文傳遞。有效的數據共享、數據傳輸的確定性和可重復性，因此采用基于現場總線的組網方案。

4 結語

未來的海戰場是信息化的戰場，潛艇將由獨立作戰向協同作戰模式轉變，在這種條件下，無論在武器裝備技術還是戰略戰術方面都發生了很大的變化，處處體現出對信息的獲取和信息處理的重要性，因此發展潛艇綜合集成信息系統是一種必然的趨勢，我們應該加快潛艇信息化的建設，并深入研究潛艇信息融合，數據挖掘等智能技術，為實現以潛艇作為重要節點融入作戰區域網絡奠定堅實的基礎。

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