艦艇導彈武控系統分析*

王輝

(中國人民解放軍92941部隊93分隊，遼寧葫蘆島 125001)

0 引言

武控系統是艦艇導彈武器系統的指揮、控制、信息處理和交換中心，在艦艇導彈武器系統中起著重要的作用，通過它可將武器系統中其他各分系統連接成統一的整體，對敵方目標實施快速、有效的打擊。

大型艦艇導彈武控系統軟件是以用例驅動、以體系結構為中心、以迭代和增量開發為特點的軍用大型嵌入式強實時軟件，由其控制的導彈武器系統可有效防御反擊從四面同時襲擊的敵方大量導彈［1－2］。

1 組成和工作原理

武控系統包括武控計算機機柜、顯示控制設備、通信變換接口裝置、數據存儲器和訓練測試輔助控制臺、目標照射制導控制臺等。它是導彈武器系統的指揮和控制中心，負責建立戰術原則，顯示并處理來自艦上各傳感器的信息，作出威脅判斷和火力分配，具體實施對武器系統的目標分配、導彈發射和導彈制導協調，同時完成整個導彈武器系統的監視、自動故障檢測和維護等功能［3］。

艦艇導彈武控系統的工作是從多功能相控陣雷達開始的，雷達在全空域搜索跟蹤到目標后，同時把目標數據送給艦指揮決策分系統和武控系統，艦指揮決策分系統對目標作出敵我識別和威脅評估，分配攔截武器，并把結果數據送給武控系統。武控系統根據目標數據執行諸元計算、攔截可行判斷、火力分配發射控制。導彈飛行前段采用慣性導航方式，武控系統通過制導雷達給導彈發送修正指令，進入末段后導彈導引頭頭自動尋的，引炸后，武控系統立即作出殺傷效果判斷，決定是否需要再次攔截。在整個作戰過程中，武控系統測試輔助控制臺不斷監視著全導彈武器系統的運轉情況，一旦發現設備故障，立即采取措施。

2 功能性能需求

武控系統的功能性能需求特點:

(1)反應速度快

自雷達搜索捕獲目標到發射導彈攔截目標前，武控系統須完成對目標的識別、威脅評定、火力分配、發射決策、發射控制等一系列程序，但系統攔截反應時間只允許在十幾秒以內。

(2)火力密集

需具備同時攔截十批以上目標，同時制導20批以上導彈的能力。可以控制不同射程的防空導彈武器攔截飛機和反艦導彈，組成遠、中、近有相互重合覆蓋區域的防御圈。武控系統同時攔截目標的能力受導彈導引頭工作方式、射控通道數量、導彈射速等諸多條件的影響。

(3)編隊防空能力強［4］

要求實施全天候、全空域作戰，能為整個艦艇編隊提供有效的區域防空。與數據鏈有鏈接，使武控系統信息來源擴大。當前和未來的編隊防空作戰需要先進的公共戰斗管理/指揮、控制、通信、計算機和情報體系結構。武控系統的編隊作戰能力包括單獨的綜合空中態勢圖像;進行集中計劃制定和分散執行的能力;快速作戰評估;采用“六度自由”的建模能力來優化部隊的部署;以及提供制定分布式協作計劃的功能等。

(4)抗干擾性能好

可在嚴重的電子干擾(包括無源干擾和有源干擾)、海雜波和惡劣環境下正常工作。

(5)適應垂直發射和多彈共架發射［5－6］

功能類似與美國MK-41和MK-57的多彈共架垂直發射系統，是海軍重點發展并形成戰斗力的艦面武器標準裝備，其優勢主要在于以下幾個方面:開放式結構，易于新導彈上艦;具有發射大、重型導彈能力;大量采用電子模塊等。其作戰效能的充分發揮依賴武控系統的相關適應性設計。

(6)通用武控［7－8］

通用武控也可稱為水面艦艇多用途導彈武控，是指可選配不同跟蹤制導傳感器，具有對多種類型、不同型號艦艇導彈控制能力的武控系統。如既可以控制遠程區域防空導彈，又可控制近程點對點導彈，甚至可以控制不同口徑艦炮。現役水面艦艇上裝配的武控系統，只能控制單一型號的艦艇武器，而且往往在不同艦型上裝配同一型號導彈的武控系統的技術狀態也不相同，造成艦艇武控系統型號繁多，標準化程度低，技術水平參差不齊，給部隊的使用和維修保障帶來困難。研制裝備通用武控系統不僅提高標準化程度，同時能夠減少科研單位技術人員的低水平重復勞動，利于集中主要技術力量開發新技術，實現武器裝備的系列化發展。

實現通用武控系統的關鍵技術有:系統分布式體系結構設計、應用強實時的網絡通信技術、軟件標準化設計、不同型號武器接口標準化設計，以及標準人機界面設計、積極采用商用流行產品(及其標準等。

(7)系統可靠性高

能在無后勤保障的情況下在海上連續可靠地長時間工作。

3 武控系統軟件分析

3．1 武控系統軟件特點

實時性是武控軟件的關鍵特征之一，作為導彈武器的嵌入式指揮控制軟件，必須滿足系統對軟件處理的定時需求。實時性可由重復率和響應時間2項指標來描述。重復率指對特定功能所要求的重復計算率，武控系統軟件的重復率主要受雷達數據的采樣周期影響，其基本周期為0.05～1 s。除了周期性的數據驅動外，武控系統還必須對各種異步事件做出響應，如系統對導彈離架事件的響應時間應該在微秒級［9］。

武控軟件具有大規模復雜性的特點，系統可能要同時處理的目標通道數達200個以上，導彈通道數30個以上，外部數據通道20路以上。內部高速數據總線節點數超過10個，預計的軟件規模達數十萬源代碼行。武控系統工作方式、工作時序和系統邏輯十分復雜，它不僅取決于系統的輸入輸出要求(如數據的性質、數量、時間特性、精度特征、時間頻度、響應時間、事件驅動的對象及時序等)，同時與硬件的配置環境和時序有密切的關系，系統協調關系復雜難度大。能夠攔截超聲速掠海飛行導彈的美國宙斯盾武器系統程序有500萬行計算機編碼，比航天飛機或B-2超隱形轟炸機的計算機程序還多，充分反映了防空導彈武器系統軟件的復雜程度。

武控軟件具有功能分布式的特點，武控系統軟件的運行平臺，是由多臺高性能計算機互聯構成的分布式處理系統，因此武控系統軟件的開發首先應解決實時分布式系統軟件平臺或框架軟件的開發，從而為武控系統軟件的開發提供必要的支持環境［10］。

由于武控系統體系結構設計采用網絡和分布式處理方式，所以武控系統軟件具有面向網絡通信的特點。

武控系統軟件具有需求易變更性，在武控系統軟件全壽命周期里，軟件人員可以分析武控系統現有的需求，預測可能發生的變化，但是無法控制軟件需求的變更。復雜軟件需求的變更是絕對的，武控系統軟件人員可以采用設計模式為指導，來有效地應對需求的變更。設計模式是一套軟件開發理論，由Erich Gamma，RichardHelm，RalphJohnson 等人總結出的一套面向重復的經驗，它可以提高代碼的可重用性，增強系統的可維護性，以及解決一系列的復雜問題

武控系統軟件是任務關鍵系統，對系統可靠性有很高的要求，必須通過嚴格的可靠性測試來保障武控系統軟件的可靠性。

3．2 開放式體系結構

采用開放式體系結構是艦艇武控系統軟件的發展方向。開放式體系結構是一個綜合的策略，提供了一個適宜于開發聯合互操作系統的框架，框架采用開放系統設計原則和體系結構。開放式體系結構是首先在商業領域開展的基于開放系統的實踐，開放系統體現了降低生命周期成本，減少研制時間，提高互操作性和協作能力，節省人才培養開銷等價值。開放系統提供規范的接口、服務和數據格式，從而使武器系統軟件可以正確地完成移植、互操作等功能。開放式體系結構的主要目標是促進應用程序在多種類和多版本商用產品間實現可移植性開發，促進可移植性主要通過選擇基于廣泛接受的商業標準的計算產品及使用中間件軟件［11］。

開放式體系結構的核心策略是開放體系結構計算環境。開放體系結構計算環境可以為武控系統軟件提供一個分布的實時計算環境，武控系統軟件以一組松耦合的軟件構件來實現。開放體系結構計算環境提供公共的計算環境，包括應用加載、資源管理、應用間的通信、容錯、支持實時應用的服務等。開放體系結構計算環境的基礎資源包括一組計算機、網絡互聯設備、操控軟件、通信接口軟件等，武控系統應用軟件裝載到這個環境中執行［12］。

3．3 軟件中間件

中間件軟件和服務是開放式體系結構的技術重點，體現了開放體系結構計算環境的核心競爭能力。軟件中間件將武控系統應用層軟件構件和底層的異構計算機技術構件隔離，促進武控系統應用隨著信息技術的快速發展平滑演化。武控系統軟件的核心中間件包括適配中間件、分布式中間件和框架中間件3種類型。

適配中間件向上發布一個標準化的接口，屏蔽底層實現的差別。適配中間件可提供一種使得非標準的產品符合標準的方法，使應用層構件的可移植性提高。

分布式中間件在設計武控系統這樣大的、復雜實時系統中具有重要價值，目前廣泛使用的采用面向對象范式的分布式中間件有分布式對象計算、數據訂閱分發、分組－排序(group-ordered)通信、數據并發編組4類。分布式對象計算協議允許采用面向對象的方法調用交換數據，目前廣泛使用的有CORBA(common object request broker architecture)，DCOM(distribute component object model)等分布式對象協議。遵循OMG(object management group)的數據分發服務(data distribute service，DDS)標準的數據訂閱分發中間件，支持從匿名服務器到匿名客戶大容量、實時數據分布。分組排序通信中間件對于構建通過應用復制支撐無縫容錯的系統非常重要。數據分發分組中間件主要用于信號處理等并發應用［12］。

框架中間件是側重于重用的軟件實現，框架中間件是可重用、可裁剪以代碼形式提供的環境，適用于武控系統所有或部分代碼的設計，如人機接口框架中間件為武控系統各戰位提供統一的人機接口界面設計和編碼。目前商用的框架中間件對實時和使命關鍵應用的支持有限，武控系統研發團隊需要針對武控系統的戰術需求和配置開發專用框架中間件。

4 結束語

當前，武控系統在適應新的戰爭形勢的需求牽引下，出現了許多新理論、新技術。因此跟蹤世界軍事技術的發展潮流，總結我國艦艇武控系統的實踐，研討我國艦艇武控系統在新的歷史時期的發展思路，有利于促進我國海軍武器裝備研制水平的提高。本文提出的基于開放式體系結構的艦載武控系統框架，是搭建艦載武控系統原型系統的一種可行方案。雖然開放式體系結構在民用領域的運用已經積累了一定的經驗，但在軍事領域的研究還在起步階段，要將理論和實踐相結合，還需要進行更深入的研究與探索。

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