國外潛艇指控系統的發展趨勢及啟示

陳義平

（江蘇自動化研究所，連云港222006）

0 引言

指控系統是根據分配的任務，指揮員對所屬部隊實施作戰指揮與控制所必需的設備、軟件和人員的總稱［1］。潛艇指控系統是潛艇作戰指揮和武器控制系統的簡稱［2］，承擔著作戰情報處理、輔助指揮決策和武器綜合控制等重要使命，是潛艇作戰的情報中心、指揮中心、控制中心。作為潛艇作戰系統的核心，潛艇指控系統在作戰過程中起著承前啟后、協調全局的關鍵作用，是指揮員把握戰場態勢、進行戰術決策、綜合控制軟硬武器的關鍵部位。其功能、性能對于能否充分發揮潛艇傳感器和武器能力、減輕指揮員負擔、縮短反應時間、圓滿完成各種作戰任務具有重要影響［2］。

國外潛艇指控系統經過幾十年的發展，具有較高的設計水平，因此，分析國外先進潛艇指控系統的發展趨勢，借鑒國外經驗，對進一步提高潛艇指控系統的發展具有重要意義。

1 國外潛艇指控系統的發展現狀及趨勢

1．1 國外潛艇指控系統的發展歷程

從世界范圍來看，潛艇指控系統一般是在潛艇火控系統的基礎上發展起來的。自20紀80年代起，潛艇指控系統開始普遍裝備于新研或現代化改造的潛艇，典型系統有美國的CCS MK1／MK2（Combat Control System Mark1／2）、德國的ISUS 83 （Integrated Sensor Underwater System 83）、俄羅斯的 MBY－110Э等［3］。這些系統雖然名稱各異，但內涵基本相同，均已具備C2（Command and Control）系統的主要特征并與當時潛艇的作戰任務和配備的傳感器、武器相適應。受計算機及通信接口技術限制，大多信息處理能力有限，系統升級比較困難。

隨著潛艇新作戰需求的出現、傳感器和武器的發展、計算機和通信技術的進步，自20世紀90年代起，國外海軍競相發展先進的潛艇指控系統，在功能和性能上有了較大的發展，出現了以美國的AN／BYG－1作戰控制系統、英國的ACMS作戰管理系統 （Astute Combat Management System）、俄羅斯的litiy綜合自動化控制系統、德國的ISUS 90等為代表的典型系統［2－4］。這些系統盡管名稱各異，但內涵基本相同，并在不同程度上具備了C3I（Command Control Communication Intelligence）系統的基本特征，逐步采用開放式體系結構和商用貨架產品 （Commercial－Off－The－Shelf，COTS）技術，提高了系統的靈活性、擴展性和適應性。

1．2 國外先進潛艇指控系統簡介

分析國外潛艇指控系統發展歷程，大致可將其發展歸納為3種模式：第一種模式以美國為代表，其特點是功能綜合性較強，涵蓋情報、指揮、密碼保密、武器控制、通信控制等功能，指控系統與其他系統在物理上相互獨立，在信息上則充分共享，可按需使用聲納等傳感器的數據、特征乃至陣元域信號信息。第二種模式以法國為代表，其指控系統與其他系統高度集成，系統間沒有清晰的物理界線，顯控和處理設備在不同的任務狀態下可以歸屬于不同的系統，資源共用特點明顯。第三種模式以俄羅斯為代表，指控系統實現了作戰指揮、武器控制和潛艇操縱控制的高度綜合，但與聲納等傳感器獨立發展、耦合度較低，指控系統對傳感器信息的利用以數據信息為主。下面簡介不同模式下的典型系統。

（1）美國 “弗吉尼亞”級潛艇指控系統

“弗吉尼亞”級潛艇C3I系統是世界上綜合化程度最高的潛艇作戰系統，它將全艇4類23個子系統／設備綜合成一個全分布的處理系統，如圖1所示。AN／BYG－1指控系統作為其C3I系統的兩個核心子系統之一，主要由艇長指揮桌、雙人指揮工作臺、指控顯控臺、數據處理機柜、巡航導彈控制機柜、情報處理機柜、武器發射控制機柜等組成［5］，其主要功能包括傳感器數據處理與早期威脅預警分析、傳感器信息融合與目標識別、目標運動分析、軟硬武器的預裝定／發射和控制、對外通信和交互控制、綜合防御與秘密監視等。

圖1 “弗吉尼亞”級潛艇C3I系統示意圖Fig．1 Virginia－Class submarine C3I system

（2）法國 “鲉魚”級潛艇指控系統

“鲉魚”級潛 艇 SUBTICS （Submarine Tactics Integration Combat System）系統是歐洲最典型的潛艇作戰系統，設計基于先進的武器和傳感器，其模塊化構造使得系統很容易被更新和改造，因此被廣泛應用于阿古斯塔90B、214等型潛艇。作為SUBTICS系統的核心，“鲉魚”級潛艇指控系統 （Com－mand and Weapon Control System，CWCS）主要由多功能顯控臺、綜合處理機柜、本地發射監視設備、魚雷和導彈接口設備、發射管控制機柜、方位時間記錄儀、視頻分配設備等設備組成，其主要功能包括目標跟蹤分析與定位處理、目標運動分析、目標分類／識別和航跡管理、綜合導航數據處理、態勢評估與指揮決策、交戰與發射控制等。

圖2 “鲉魚”級潛艇指控系統 （CWCS）示意圖Fig．2 Scorpene－Class submarine command and weapon control system

（3）俄羅斯 “阿穆爾”級潛艇指控系統

俄羅斯最新的 “阿穆爾”級潛艇指控系統（Litiy）基于俄羅斯的控制理論，將情報處理、作戰決策、武器控制、本艇操艇控制以及動力系統控制等功能進行了綜合，艇員只需通過一組多功能控制臺便可操控艇上的所有系統，對全艇進行管理，如圖3所示。該系統主要包括多功能控制臺和本地控制機柜，其主要功能包括收集本艇和外部信息，求解目標運動要素；使用導彈和魚雷進行反艦和反潛攻擊；使用水聲對抗器材等進行綜合防御；控制潛艇的操縱，保證航行安全。

圖3 “阿穆爾”級潛艇指控系統示意圖Fig．3 Amur－Class submarine integration automatization control system

1．3 國外潛艇指控系統的發展趨勢

通過對國外潛艇指控系統進行深入分析，可歸納總結出以下功能和技術發展趨勢：

（1）發展協同作戰指揮控制功能，提高協同作戰能力

潛艇融入體系作戰，對增強攻擊能力和提高生存能力都有重要意義，例如美軍潛艇大力發展和應用數據鏈、衛星通信、長波、水聲通信及中繼浮標等通信手段，構建了支持潛艇與外部平臺的多維、立體通信體系，指控系統通過接收和處理上級指揮系統和協同兵力的情報、目標指示及協同指令信息，可融入航母編隊或海上聯合編隊，執行協同探測、協同反潛以及遠程協同對海／對陸打擊等任務，并具備接入海上聯合指揮情報系統（Joint Maritime Command Information System，JMCIS）的能力；同時，弗吉尼亞級潛艇在設計時就考慮了信息戰要求，定位為水下戰指揮中心，其指控系統可對自身探測的傳感器數據，來自海底信息柵格 （水聲探測網）、水下無人平臺 （Unmanned Underwater Vehicle，UUV）、空天信息柵格 （岸基、衛星、飛機、水面艦艇）等外部平臺的目標信息進行多源信息融合與識別處理，生成大范圍戰場態勢，并具備對UUV的任務規劃、任務管控、指揮引導和探測信息處理能力，保證潛艇能與其他平臺共享信息，實現與其他兵力的戰術協同。美軍潛艇正在發展的對外通連能力如圖4所示。

（2）依托超視距信息保障，提高遠程精確打擊能力

國外先進潛艇指控系統，均能夠在外部平臺情報和超視距目標指示信息保障下，對海上和陸上目標實施遠程精確打擊。例如美國 “弗吉尼亞”、英國 “機敏”級潛艇指控系統均能接收上級規劃信息或自主進行任務規劃，控制 “戰斧”導彈實施對海、對陸遠程精確打擊；俄羅斯 “奧斯卡”級潛艇指控系統能通過衛星通信，直接接收、處理來自偵察衛星和遠程預警機的原始信息，生成大范圍態勢信息，并進行任務規劃，控制發射巡航導彈攻擊美航母編隊等遠程海上活動目標，如圖5所示；以色列 “海豚”級潛艇上裝備的ISUS 90指控系統，能控制潛射反艦導彈攻擊遠程海上活動目標；美國改裝后的 “俄亥俄”級潛艇最多可裝載154枚 “戰斧”巡航導彈，可多管齊射，具有超強的遠程飽和攻擊能力。

圖4 美國潛艇正在發展的水下通連能力示意圖Fig．4 The developing communication capability of american submarine

圖5 “奧斯卡”級潛艇作戰示意圖Fig．5 Oscar－Class submarine combat vision

（3）發展對空主動防御功能，提高對空綜合防御能力

國外從20世紀60年代末開始研制潛空導彈，發展潛艇對空主動防御功能，最為典型是德國、挪威從2003年開始聯合研制的潛艇交互式防御和攻擊 系 統 （Interactive Defense Attack System，IDAS），其作戰過程如圖6所示。指控系統具備對空中目標位置預估及防空導彈發控與導引能力，可使潛艇采用反擊和規避相結合的方法來對抗航空反潛平臺，改變只能被動防御的局面，有效提高潛艇與航空反潛兵力對抗時的生存概率。

（4）采用開放式體系結構，提高升級與保障能力

圖6 潛艇對空主動防御作戰示意圖Fig．6 Submarine air defence combat vision

國外先進的潛艇指控系統廣泛采用了開放式物理體系結構、標準化的商用規范和接口，以高速局域網連接各系統和設備，形成了一個資源共享、高效可靠的整體，并大量應用COTS技術，以降低綜合開發風險，縮短開發時間。例如美國“弗吉尼亞”級潛艇指控系統中78%的硬件和76%的軟件編碼均為COTS產品，英國 “機敏”級潛艇指控系統中90%以上的硬件是COTS產品［6］。同時，還非常注重應用軟、硬件環境的通用化設計。在軟件設計上，通過層次化體系結構和大量應用中間件，提高軟件標準化水平，且不依賴專用硬件運行，使得軟件模塊能夠獨立升級，如圖7所示［6］。在硬件方面，主要采用數據庫服務器和功能可定義的多功能顯控臺，實現多個系統的信息顯示和處理，例如鲉魚級潛艇作戰系統配置了6臺多功能顯控臺，各臺位功能可根據系統工作狀態靈活定義，如表1所示，從而實現了顯控資源共用，也有利于提高系統的任務可靠性。

表1 不同狀態下的 “鲉魚”級潛艇共用顯控臺配置示例Tab．1 The Scorpene－Class submarine common Multi－Function Consoles configuration of different state

圖7 “弗吉尼亞”級潛艇指控系統通用操作環境Fig．7 Virginia－Class submarine CCS common operation environment

（5）增強信息共享程度，提高態勢生成能力

受水下作戰隱蔽性和環境復雜性影響，潛艇獲取信息的手段少、難度大，為盡可能確保生成并保持穩定、清晰、連續的態勢，國外先進潛艇指控系統除注重發展其他平臺共享信息的接收處理功能外，大都可綜合處理利用自身水聲傳感器和非聲傳感器探測信息，通過按需使用目標的數據級、特征級和信號級信息，提高了態勢生成、目標運動分析、會聚區目標定位等能力。例如美國潛艇指控系統實現了與傳感器之間的聲學、非聲傳探測信息高度共享，其信息處理技術歷經 “數 據處理數據管理信息處理信息管理”4個階段，如圖8所示。

（6）指揮和控制功能一體化設計，武器使用集成高效

國外潛艇普遍注重了作戰指揮和武器控制功能的一體化設計，指控系統除完成情報綜合處理、輔助作戰指揮功能外，還具備導彈、魚水雷、水聲對抗器材及UUV綜合發控能力，作戰指揮與武器控制高度集中。例如 “弗吉尼亞”級潛艇指控系統配置了4臺指控顯控臺，可完成內外部情報綜合處理、戰術評估和戰術決策、12管垂直發射巡航導彈及4管水平發射魚雷的發控功能。此外，國外潛艇還注重武器發控設備的小型化和一體化設計，實現系統的多用途、通用性。例如 “弗吉尼亞”級潛艇指控系統配置的武器發射控制機柜，綜合了垂直發射管和水平發射管的所有管控、武器接口、專用電源和備架支持等功能，具有高度的集成化和綜合化特征。

圖8 美國潛艇指控系統信息處理發展階段示意圖Fig．8 American submarine Combat Control System information processing development

2 國外潛艇指控系統的發展啟示

國內潛艇指控系統是在早期的潛艇魚雷射擊指揮儀的基礎上發展起來的［2］。至今已先后成功地研制了多型潛艇指控系統，經歷了機電模擬－數字、專用－通用加固微機、專用顯控臺－通用顯控臺、單一武器控制－武器綜合控制、火控－指控的轉變，在功能、性能和技術上不斷完善［2］。

早期的潛艇魚雷射擊指揮儀功能和性能有限，通常只能控制魚雷武器攻擊一個目標［2］，經過幾十年的發展，新型潛艇指控系統在體系結構、單設備軟硬件性能上與當前國際先進水平比較接近，在功能上實現了內、外部信息處理，作戰指揮決策和魚雷、導彈及水聲對抗器材等軟硬武器控制的綜合，但由于受多種因素限制，在控制集成化、信息共享化、資源共用化等方面與國外先進潛艇相比還存在著一定的差距。此外，自 “網絡中心戰”以來，信息化作戰給水下戰場帶來的作戰對象體系化、作戰樣式多樣化、打擊目標遠程化、兵器使用綜合化和指揮決策智能化等變化，也對潛艇指控系統提出了新的、更高的要求。

總的看來，由于西方各國在地緣政治、國情／軍情、裝備需求、經費支撐、技術水平與引進能力等方面的差異，其潛艇指控系統雖然整體上具有設計先進、功能強大等特點，但發展路線和技術狀態并不趨同，這種各具特色、各有側重的發展態勢，對博采眾家之長、研發適合我國未來需求的潛艇指控系統具有重要借鑒意義。

（1）發展協同作戰指控功能，滿足體系作戰要求

潛艇要融入體系并在體系中作戰，必須升級信息作戰能力，其中，作為連通內外、指揮全艇的指控系統，具備協同作戰指控功能至關重要。為此，未來潛艇指控系統需發展參與航母編隊／海上聯合編隊作戰，以及潛艇與UUV協同作戰等模式下的協同態勢生成、作戰資源管控、共享信息分發、兵力兵器指揮與協同控制等功能，依托與體系之間自由、健壯的通連能力，通過融入體系來對抗體系，實現由點對面的非對稱作戰向面對面的對稱作戰轉化，并以此為基礎，發揮潛艇隱蔽突擊的非對稱作用，達成理想的作戰效果。

（2）應用開放式架構和共用資源，提升系統維護升級能力

以優化系統資源配置，簡化指揮流程，提高信息共享、資源共用水平為目標，未來指控系統應具有以下特點：一是需采用開放式體系結構和基于效果的系統設計方法，實現系統設計向作戰能力牽引的轉變；二是需進一步加強作戰功能的集成和綜合設計，實現指控與傳感器、武器的縱向綜合，實現指控與通信、導航、操艇、平臺監控的橫向綜合；三是需構建完善的設計指導體系和科學的標準和規范，使系統發展進入一個有章可循的階段［7－8］；四是需借鑒國外指控系統的發展經驗，建立通用操作環境［6］，實現軟件構件化、服務化設計，支持應用軟件與基礎軟硬件的分離［7］，提高軟件獨立升級能力、系統間信息共享能力和功能互操作水平；五是需借鑒 “鲉魚”潛艇作戰共用顯控臺和美國朱姆沃爾特級驅逐艦（DDG－1000）全艦計算環境［9］的設計經驗，建設面向服務的潛艇 “作戰指控中心”，逐步實現網絡、顯控、計算、存儲等信息資源的通用化，提高資源共用水平。

（3）充分利用舷內外多源信息，提高態勢生成能力

適應體系化作戰需求，指控系統一方面需充分利用來自岸基指揮所、海上編隊、艦／潛／機等友鄰兵力的外部戰術信息，能夠對經過上級系統或友鄰兵力處理、要素比較完整的目標信息進行處理；另一方面，還需充分利用浮標、潛標、UUV、線導武器、水聲探測網等舷外信息資源，能夠對實時、要素不完整的目標信息進行處理，并克服數據傳輸帶寬／次數有限、數據不連續所造成的處理困難。此外，還需進一步提升指控系統與艇內各系統的信息共享水平，運用大數據技術，進一步挖掘聲納、雷達、光電等傳感器的信號、特征級信息來提升信息處理效果，并通過運用機器學習等人工智能新技術，對傳感器提供的 “更遠的”目標信息進行有效融合、識別和定位，將指控系統信息融合、綜合識別和目標運動分析從單平臺向多平臺拓展、從數據級向信息級延伸，提高水下戰場態勢的清晰度和可信度，使輔助指揮算法能發揮更好的作用，并進一步縮短系統反應時間，提升快速反應能力。

（4）完善主被動武器控制功能，提升潛艇打擊與生存能力

適應反潛作戰的體系化發展，針對反潛兵力更為多樣、環境更為復雜的特點，指控系統一方面需注重發展巡航導彈、遠程水中兵器等遠程打擊任務規劃與協同控制能力，實現單／多兵力超視距遠程打擊。另一方面，需注重發展和應用潛射防空導彈等硬殺傷防御武器，具備對攔截目標的位置快速估計、使用決策以及攔截武器的控制導引能力，通過合理利用軟硬防御武器，建立主被動相結合的綜合防御體系，有效應對反潛力量體系化的威脅，提高生存概率。此外，借鑒國外經驗，加強共發射通道的各環節功能集成設計，優化發控流程，減少發控環節，提升共通道武器發控流程標準化水平，縮短反應時間，進一步發揮武器效能。

3 結束語

作為將信息轉變為可行動知識的所在［10］，信息時代的潛艇指控系統將發生質的飛躍，實現從單艇到編隊、從 “以平臺為中心”到 “以信息為中心”，從獨立作戰到體系對抗的跨越，使系統具有體系化、知識化、協同化、智能化、實用化和多能化等特征，具備應對信息化條件下戰場復雜性、動態性和不確定性的能力，提高了指控裝備的適應性、靈活性和敏捷性。