反水雷編隊指控系統功能和運用方法研究*

張 琦,吳俊杰,方建平

(海軍大連艦艇學院,遼寧 大連 116018)

隨著海軍反水雷裝備的多樣化發展,在未來的反水雷戰場上,專業獵掃雷艦艇、反水雷直升機、反水雷UUV/USV、反水雷蛙人等兵力,將形成以反水雷支援艦為核心的反水雷編隊,在統一的指揮下開展協同反水雷作戰。反水雷編隊指控信息系統如何將不同兵力或手段所獲取的海洋環境數據、水下目標數據、各兵力的裝備參數數據及作戰態勢數據,以準確、清晰、系統、全面的方式呈現在指揮員眼前,使指揮員能夠及時、直觀地掌握水下目標和戰場態勢信息,輔助作戰過程的指揮控制和效果評估,這對提高指揮員的指揮決策能力,提升各反水雷兵力和反水雷編隊的整體作戰效能都具有極為重要的意義。

本文根據反水雷作戰的主要特點,結合反水雷兵力對各類信息的支援需求,對反水雷編隊指控信息系統所應具備的三種關鍵功能,以及指控信息數據的運用方法進行分析。

1 數據信息的調用比對

反水雷編隊的作戰過程,既是各型反水雷武器與單枚水雷或虛假目標的對抗過程,也是編隊兵力與水雷障礙整體的對抗過程,其各個作戰環節具有很強的戰術關聯性和時間延續性。特別是當編隊兵力按區域、按階段、按各自的戰術使命協同完成任務時,編隊指揮員和各級操作人員需要反復多次調用戰場數據信息,用于水下目標特征、武器對抗能力和戰術運用效果的比對,以為指揮控制提供決策依據。

1.1 目標位置信息的調用比對

在編隊反水雷作戰過程中,搜索發現水雷主要依靠不同作戰平臺所攜帶的各型獵雷聲吶。為了防止遺漏目標,各型聲吶通常會對所在區域進行反復多次搜索,或者由不同型號的聲吶根據戰術意圖進行交替搜索。由于受海底小目標、地形、水團、氣泡及系統自身誤差等多方面因素的影響,聲吶平臺完成搜索后,會記錄大量假目標的位置信息,以及含有定位誤差的位置信息。為了快速濾除假目標,融合獲取目標的準確位置,通常采取目標位置疊加比對的方法[1]。通過手工繪圖進行目標位置的疊加比對,耗時長、精度低,難以滿足作戰需求,因此必須依靠指控信息系統實現比對。

指控信息系統在對目標位置進行比對時,首先應能獲取不同聲吶平臺定位目標的位置信息,以及定位目標時的平臺參數信息,并能對所有位置信息進行系統記錄和綜合顯示。其次,根據不同的分析比對需要,指控信息系統應具備按聲吶平臺、按搜索次數、按發現順序對所有目標位置進行分批次、疊加顯示的功能,并使用不同樣式、顏色的符號,對目標和聲吶平臺間的相對位置、定位態勢進行標示。通過融合分析所得到的目標位置信息,應和定位時的聲吶參數信息、原始位置數據有所對應,利用顏色、圖標、圖案進行關聯和區分,并可根據指令以列表和標圖的形式對所調用的數據予以顯示。

1.2 聲吶圖像信息的調用比對

通過目標位置信息的融合比對,僅能初步判斷目標的有無和目標的發現概率,當需要得到準確數據佐證,或者進一步判斷目標性質時,就需要指控信息系統對目標的聲吶圖像信息進行調用比對。聲吶平臺完成搜索后,通常會得到各目標在不同距離、方位條件下的多幅聲吶圖像。通過多幅聲吶圖像之間的比對,能夠進一步判斷目標的大致形狀和姿態;將實時聲吶圖像和數據庫中近似條件下的已有聲吶圖像進行比對,可提高判斷目標性質的準確率。

指控信息系統在對目標聲吶圖像信息進行比對時,應將各目標的聲吶圖像與目標位置、聲吶平臺位置,以及方位、距離數據進行對應顯示,并根據不同的探測態勢進一步判斷目標的有無和性質。對于已明確性質的目標,指控信息系統還應通過自動或人工識別[2],融合解算目標的外形和姿態信息,并根據目標位置將其直觀地顯示在海圖上,以輔助指揮員進行戰術決策。同時,目標的聲吶圖像(或影像)、外形姿態信息還應存入指控系統中的目標屬性數據庫,以便于以后進行調用分析。此外,聲吶在搜索、識別水下目標時,指控設備應能結合聲吶平臺的實時探測態勢,將已記錄的目標位置、外形尺寸等相關信息,以圖形、影像提示的形式在聲吶實時圖像上予以反饋,以便于聲吶操作人員發現、比對和辨認目標,從而提高對目標的探測識別效率。

1.3 水下環境信息的調用比對

可靠的目標位置、圖像數據信息均應建立在對應的水下環境數據基礎之上,且聲吶對水雷的發現概率、搜索次數和搜索線路配置等問題,也和水下環境因素密切相關。因此反水雷作戰過程中,還應考慮到水下環境數據信息的比對。

指控信息系統對作戰海區水下環境信息進行調用時,一方面應比對不同海區的海底平坦程度、似水雷目標密度信息,根據各個海區海底的優劣等級,對比評估聲吶對水雷的發現概率,以此計算海區搜索所需的次數和時間。另一方面,指控信息系統還應根據海區底質、流速信息,輔助計算水雷的半掩埋、全掩埋時間,以及發現概率降低的百分比,以便于評估雷區內的剩余水雷數量和剩余危險指標。此外,指控信息系統應能輔助建立港口、錨地、航道等重要海區的水下環境數據庫,或者留有相應的數據接口,以記錄顯示海底地形起伏的高度、坡度特征,似水雷目標的位置分布、典型外形尺寸和聲吶圖像特點[3],使指揮員在戰前能夠充分了解戰場環境條件,輔助指揮員為各兵力分配作戰任務、擬制作戰計劃,并為戰術決策和效果評估提供依據。

2 作戰態勢的分層次顯示

在編隊反水雷作戰中,對于不同的戰術環節或行動過程,指揮員所需要重點掌握的作戰態勢信息會有所不同。因此,指控信息系統需根據指揮員不同的戰術意圖和決策需求,從宏觀整體到某一具體作戰環節,對反水雷作戰態勢進行有針對性的分層次顯示。

2.1 全局態勢

全局態勢的作用在于輔助編隊指揮員直觀掌握任務海區的范圍、作戰兵力的配置,以及水雷障礙或可疑目標的整體分布情況,以便于指揮員對整體作戰行動實施相應的控制或調整。

指控信息系統在顯示各反水雷任務區域時,應顯示各任務區域的位置、形狀、面積、水深和地質等信息;在顯示各反水雷兵力時,應顯示各兵力的實時坐標、航向航速、任務完成進度和裝備狀態等信息;在顯示水下目標信息時,應根據不同平臺、搜索次數、定位順序及目標性質,對目標進行分批次顯示,從而便于指揮員快速了解各類目標的整體分布情況,以此評估水雷障礙的密度和布放特點,以對反水雷兵力的使用做出合理的分配和調整。

2.2 局部態勢

局部態勢的作用在于輔助編隊指揮員掌握某一作戰兵力(如獵雷艦、反水雷直升機、反水雷UUV或USV)的任務執行情況,和全局態勢相比,局部態勢更側重于反映當前兵力的反水雷效果,從而便于指揮員對其作戰能力進行動態評估。

指控信息系統在顯示局部態勢時,首先應顯示當前兵力的作戰行動要素,包括有效搜掃寬度、搜掃航線數量、搜掃航線間隔、搜掃速度、搜掃順序和次數、聲吶俯角和扇面范圍、任務計劃完成時間等信息。其次,應根據戰術需要顯示所發現的水雷目標、疑似目標、非水雷目標,以及對比使用的數據庫目標。各目標的性質、姿態、發現次數、順序和目標定位線,應使用相應的圖標、顏色或序號標示,以便于進行區分和篩選。此外,指控信息系統還應根據戰術需求顯示搜掃平臺的航跡曲線,并根據航跡偏離計劃航線的情況,對不同區域的實時搜掃次數和漏探漏掃面積進行標繪,以輔助作戰能力和作戰效果的評估。

2.3 戰術環節態勢

戰術環節態勢是當某一反水雷兵力對目標實施特定戰術動作時,用于實時反映該反水雷兵力和目標對抗過程的詳細信息,以輔助指揮員對該戰術環節進行指揮控制。由于反水雷作戰是一個較為緩慢的行動過程,各兵力和水雷對抗時,通常不需要在短時間內做出反應,因此在反水雷作戰行動初期,特別是對水雷特點、分布規律、障礙樣式、抗掃抗獵能力尚未掌握時,編隊指揮員有必要、有條件對作戰過程中的重要戰術環節(如目標比對、目標辨識、投彈滅雷、辨別滅雷效果等)進行實時掌控。

戰術環節態勢的顯示內容、形式,取決于反水雷兵力的戰術動作,不同的戰術動作,指揮員所關注的信息內容大不相同。指控信息系統應根據戰術需求,對戰術環節態勢進行有針對性的顯示,要防止不相關、不重要的信息干擾指揮員的觀察和判斷。例如,在對單個目標或多個目標進行連續規避時,艦艇的安全范圍信息、各目標的方位距離信息、告警等信息最為重要,應始終以標圖配列表的形式標示于顯示界面的顯著位置,且指控信息系統應預先在電子海圖上顯示計劃規避航線,以為艦艇操縱提供參照。在對某一目標進行識別或比對時,識別陣位信息、新舊目標位置信息、聲吶圖像信息、目標尺寸等信息,均應在顯示界面上以直觀的方式予以顯示,且顯示界面上還應留有數據庫信息查詢窗口,以便于操作人員對相關數據進行查找調用。

以上三類態勢信息的顯示,均會使用到大量的標圖符號和數據窗口。因此,指控信息系統需針對不同的態勢,選擇合適的顯示設備和比例尺連續可調的電子海圖。一方面所有文字、數值、符號和圖形圖像信息要避免覆蓋、重疊,要便于各級指揮員觀察和審閱;另一方面要結合戰術環節和意圖,突出、直觀地顯示關鍵信息,不同層次的作戰態勢要能夠便于操作人員的選擇和切換,各類信息數據要能夠便于查詢。

3 作戰數據的動態統計分析

傳統的指控信息系統或武器顯控設備,僅能按固定的作戰流程記錄、存儲數據,或者將相關數據進行解算后,輔助戰場態勢的實時顯示[4]。在編隊反水雷作戰中,各型聲吶、水下航行器及相關設備均能夠記錄大量的、不同類別的數據,對各類數據按特定的戰術要求進行集中處理和動態統計分析,提煉出數據中潛在的、有價值的信息,則可為戰術決策和效果評估提供依據,從而提高反水雷的作戰效率。

當某一水下目標被聲吶發現或識別后,其平臺指控系統或武器顯控裝置通常會記錄目標的斜距(或平距)、方位、性質和目標的聲吶圖像等數據。隨著所發現目標數量的增多,結合不同型號的聲吶,反水雷編隊指控信息系統應至少對以下數據進行動態統計:

·各類目標的發現距離;

·各類目標的發現方位;

·某一距離條件下,各類目標的聲吶回波強度;

·聲吶平臺發現目標時的航速、航向、舷角、水深;

·不同聲吶平臺定位同一目標的位置偏差量;

·潛水員或航行體處理水雷時的接近距離;

·雷體的姿態、外形尺寸、掩埋程度;

·水雷、似水雷目標的數量和密度;

根據數據統計結果,指揮員可以評估掌握聲吶在當前海區對目標的發現概率、定位精度、聲吶操作員搜索識別目標的能力、搜索航線配置的有效性、水雷的布放特點和散布規律。聲吶操作員可以根據數據統計結果優化聲吶參數設置,并從中總結目標的探測規律,以便于更有效地發現、辨識目標,以此提高探測效果。

此外,作戰數據的統計結果應通過柱狀圖、靶狀圖、餅狀圖等形式,以及不同顏色的線條和數值進行系統、直觀、實時地顯示。對于有助于反映作戰態勢的數據(如水雷數量、密度),統計結果應在態勢圖上有所標示;對于不同類別但又相互關聯的數據(如目標發現距離、發現方位),在顯示時應既有所合并又加以區分,從而避免數據統計過于零散、孤立,不便于指揮員研判。

圖1 單艦和編隊指控信息系統功能區別

數據信息的調用比對、作戰態勢的分層次顯示、作戰數據的動態統計分析三種功能,同樣適用于單艦指控信息系統,但由于受兵力編成規模和指揮控制方式的限制,適用范圍一般限于單艦或同型平臺之間,如圖1所示。當獵雷艦、掃雷艦、UUV、反水雷直升機等多種兵力平臺協同作戰時,其數據比對過程需要一定程度的人工干預和相互參考佐證,尚不能全自動化;態勢的分層次顯示、數據的動態統計分析需要高效的數據傳輸、監控設備的支持。如果令單艦指控信息系統實現對以上兵力編隊的指控功能,一是增加了單艦平臺的數據處理分析步驟,二是組織實施過程復雜繁瑣,對人員數量、素質和數據維護管理均有較高要求,三是加大了單艦指控信息系統的設計難度。因此,單艦平臺受人力、裝備條件和戰術任務的限制,難以實現編隊的指揮控制功能。

4 結束語

數據信息的調用比對、作戰態勢的分層次顯示、作戰數據的動態統計分析能夠輔助反水雷編隊指揮所實施信息支援、戰場控制、戰術決策和作戰評估,是反水雷編隊指控信息系統所應具備的三項關鍵功能。實現上述功能,要求各型反水雷裝備對信息的獲取、傳輸、處理不能僅限于自身兵力平臺內部,各類信息應通過網絡和數據庫實現共享,并通過戰術大屏對相關信息進行集中顯示,提高信息的利用程度和指揮控制的自動化水平,從而進一步提高反水雷的作戰效率。