舰艇导弹武控系统分析*

王辉

(中国人民解放军92941部队93分队，辽宁葫芦岛 125001)

0 引言

武控系统是舰艇导弹武器系统的指挥、控制、信息处理和交换中心，在舰艇导弹武器系统中起着重要的作用，通过它可将武器系统中其他各分系统连接成统一的整体，对敌方目标实施快速、有效的打击。

大型舰艇导弹武控系统软件是以用例驱动、以体系结构为中心、以迭代和增量开发为特点的军用大型嵌入式强实时软件，由其控制的导弹武器系统可有效防御反击从四面同时袭击的敌方大量导弹［1－2］。

1 组成和工作原理

武控系统包括武控计算机机柜、显示控制设备、通信变换接口装置、数据存储器和训练测试辅助控制台、目标照射制导控制台等。它是导弹武器系统的指挥和控制中心，负责建立战术原则，显示并处理来自舰上各传感器的信息，作出威胁判断和火力分配，具体实施对武器系统的目标分配、导弹发射和导弹制导协调，同时完成整个导弹武器系统的监视、自动故障检测和维护等功能［3］。

舰艇导弹武控系统的工作是从多功能相控阵雷达开始的，雷达在全空域搜索跟踪到目标后，同时把目标数据送给舰指挥决策分系统和武控系统，舰指挥决策分系统对目标作出敌我识别和威胁评估，分配拦截武器，并把结果数据送给武控系统。武控系统根据目标数据执行诸元计算、拦截可行判断、火力分配发射控制。导弹飞行前段采用惯性导航方式，武控系统通过制导雷达给导弹发送修正指令，进入末段后导弹导引头头自动寻的，引炸后，武控系统立即作出杀伤效果判断，决定是否需要再次拦截。在整个作战过程中，武控系统测试辅助控制台不断监视着全导弹武器系统的运转情况，一旦发现设备故障，立即采取措施。

2 功能性能需求

武控系统的功能性能需求特点:

(1)反应速度快

自雷达搜索捕获目标到发射导弹拦截目标前，武控系统须完成对目标的识别、威胁评定、火力分配、发射决策、发射控制等一系列程序，但系统拦截反应时间只允许在十几秒以内。

(2)火力密集

需具备同时拦截十批以上目标，同时制导20批以上导弹的能力。可以控制不同射程的防空导弹武器拦截飞机和反舰导弹，组成远、中、近有相互重合覆盖区域的防御圈。武控系统同时拦截目标的能力受导弹导引头工作方式、射控通道数量、导弹射速等诸多条件的影响。

(3)编队防空能力强［4］

要求实施全天候、全空域作战，能为整个舰艇编队提供有效的区域防空。与数据链有链接，使武控系统信息来源扩大。当前和未来的编队防空作战需要先进的公共战斗管理/指挥、控制、通信、计算机和情报体系结构。武控系统的编队作战能力包括单独的综合空中态势图像;进行集中计划制定和分散执行的能力;快速作战评估;采用“六度自由”的建模能力来优化部队的部署;以及提供制定分布式协作计划的功能等。

(4)抗干扰性能好

可在严重的电子干扰(包括无源干扰和有源干扰)、海杂波和恶劣环境下正常工作。

(5)适应垂直发射和多弹共架发射［5－6］

功能类似与美国MK-41和MK-57的多弹共架垂直发射系统，是海军重点发展并形成战斗力的舰面武器标准装备，其优势主要在于以下几个方面:开放式结构，易于新导弹上舰;具有发射大、重型导弹能力;大量采用电子模块等。其作战效能的充分发挥依赖武控系统的相关适应性设计。

(6)通用武控［7－8］

通用武控也可称为水面舰艇多用途导弹武控，是指可选配不同跟踪制导传感器，具有对多种类型、不同型号舰艇导弹控制能力的武控系统。如既可以控制远程区域防空导弹，又可控制近程点对点导弹，甚至可以控制不同口径舰炮。现役水面舰艇上装配的武控系统，只能控制单一型号的舰艇武器，而且往往在不同舰型上装配同一型号导弹的武控系统的技术状态也不相同，造成舰艇武控系统型号繁多，标准化程度低，技术水平参差不齐，给部队的使用和维修保障带来困难。研制装备通用武控系统不仅提高标准化程度，同时能够减少科研单位技术人员的低水平重复劳动，利于集中主要技术力量开发新技术，实现武器装备的系列化发展。

实现通用武控系统的关键技术有:系统分布式体系结构设计、应用强实时的网络通信技术、软件标准化设计、不同型号武器接口标准化设计，以及标准人机界面设计、积极采用商用流行产品(及其标准等。

(7)系统可靠性高

能在无后勤保障的情况下在海上连续可靠地长时间工作。

3 武控系统软件分析

3．1 武控系统软件特点

实时性是武控软件的关键特征之一，作为导弹武器的嵌入式指挥控制软件，必须满足系统对软件处理的定时需求。实时性可由重复率和响应时间2项指标来描述。重复率指对特定功能所要求的重复计算率，武控系统软件的重复率主要受雷达数据的采样周期影响，其基本周期为0.05～1 s。除了周期性的数据驱动外，武控系统还必须对各种异步事件做出响应，如系统对导弹离架事件的响应时间应该在微秒级［9］。

武控软件具有大规模复杂性的特点，系统可能要同时处理的目标通道数达200个以上，导弹通道数30个以上，外部数据通道20路以上。内部高速数据总线节点数超过10个，预计的软件规模达数十万源代码行。武控系统工作方式、工作时序和系统逻辑十分复杂，它不仅取决于系统的输入输出要求(如数据的性质、数量、时间特性、精度特征、时间频度、响应时间、事件驱动的对象及时序等)，同时与硬件的配置环境和时序有密切的关系，系统协调关系复杂难度大。能够拦截超声速掠海飞行导弹的美国宙斯盾武器系统程序有500万行计算机编码，比航天飞机或B-2超隐形轰炸机的计算机程序还多，充分反映了防空导弹武器系统软件的复杂程度。

武控软件具有功能分布式的特点，武控系统软件的运行平台，是由多台高性能计算机互联构成的分布式处理系统，因此武控系统软件的开发首先应解决实时分布式系统软件平台或框架软件的开发，从而为武控系统软件的开发提供必要的支持环境［10］。

由于武控系统体系结构设计采用网络和分布式处理方式，所以武控系统软件具有面向网络通信的特点。

武控系统软件具有需求易变更性，在武控系统软件全寿命周期里，软件人员可以分析武控系统现有的需求，预测可能发生的变化，但是无法控制软件需求的变更。复杂软件需求的变更是绝对的，武控系统软件人员可以采用设计模式为指导，来有效地应对需求的变更。设计模式是一套软件开发理论，由Erich Gamma，RichardHelm，RalphJohnson 等人总结出的一套面向重复的经验，它可以提高代码的可重用性，增强系统的可维护性，以及解决一系列的复杂问题

武控系统软件是任务关键系统，对系统可靠性有很高的要求，必须通过严格的可靠性测试来保障武控系统软件的可靠性。

3．2 开放式体系结构

采用开放式体系结构是舰艇武控系统软件的发展方向。开放式体系结构是一个综合的策略，提供了一个适宜于开发联合互操作系统的框架，框架采用开放系统设计原则和体系结构。开放式体系结构是首先在商业领域开展的基于开放系统的实践，开放系统体现了降低生命周期成本，减少研制时间，提高互操作性和协作能力，节省人才培养开销等价值。开放系统提供规范的接口、服务和数据格式，从而使武器系统软件可以正确地完成移植、互操作等功能。开放式体系结构的主要目标是促进应用程序在多种类和多版本商用产品间实现可移植性开发，促进可移植性主要通过选择基于广泛接受的商业标准的计算产品及使用中间件软件［11］。

开放式体系结构的核心策略是开放体系结构计算环境。开放体系结构计算环境可以为武控系统软件提供一个分布的实时计算环境，武控系统软件以一组松耦合的软件构件来实现。开放体系结构计算环境提供公共的计算环境，包括应用加载、资源管理、应用间的通信、容错、支持实时应用的服务等。开放体系结构计算环境的基础资源包括一组计算机、网络互联设备、操控软件、通信接口软件等，武控系统应用软件装载到这个环境中执行［12］。

3．3 软件中间件

中间件软件和服务是开放式体系结构的技术重点，体现了开放体系结构计算环境的核心竞争能力。软件中间件将武控系统应用层软件构件和底层的异构计算机技术构件隔离，促进武控系统应用随着信息技术的快速发展平滑演化。武控系统软件的核心中间件包括适配中间件、分布式中间件和框架中间件3种类型。

适配中间件向上发布一个标准化的接口，屏蔽底层实现的差别。适配中间件可提供一种使得非标准的产品符合标准的方法，使应用层构件的可移植性提高。

分布式中间件在设计武控系统这样大的、复杂实时系统中具有重要价值，目前广泛使用的采用面向对象范式的分布式中间件有分布式对象计算、数据订阅分发、分组－排序(group-ordered)通信、数据并发编组4类。分布式对象计算协议允许采用面向对象的方法调用交换数据，目前广泛使用的有CORBA(common object request broker architecture)，DCOM(distribute component object model)等分布式对象协议。遵循OMG(object management group)的数据分发服务(data distribute service，DDS)标准的数据订阅分发中间件，支持从匿名服务器到匿名客户大容量、实时数据分布。分组排序通信中间件对于构建通过应用复制支撑无缝容错的系统非常重要。数据分发分组中间件主要用于信号处理等并发应用［12］。

框架中间件是侧重于重用的软件实现，框架中间件是可重用、可裁剪以代码形式提供的环境，适用于武控系统所有或部分代码的设计，如人机接口框架中间件为武控系统各战位提供统一的人机接口界面设计和编码。目前商用的框架中间件对实时和使命关键应用的支持有限，武控系统研发团队需要针对武控系统的战术需求和配置开发专用框架中间件。

4 结束语

当前，武控系统在适应新的战争形势的需求牵引下，出现了许多新理论、新技术。因此跟踪世界军事技术的发展潮流，总结我国舰艇武控系统的实践，研讨我国舰艇武控系统在新的历史时期的发展思路，有利于促进我国海军武器装备研制水平的提高。本文提出的基于开放式体系结构的舰载武控系统框架，是搭建舰载武控系统原型系统的一种可行方案。虽然开放式体系结构在民用领域的运用已经积累了一定的经验，但在军事领域的研究还在起步阶段，要将理论和实践相结合，还需要进行更深入的研究与探索。

［1］ 卫爱萍，王士杰，王茂法，等．现代舰艇火控系统［M］．北京:国防工业出版社，2008:138－390．

［2］ SCHUTZER D M．Selected Analytical Concepts in Command and Control［M］．London:Gordon and Breach Science Publisher，1982．

［3］ HWANG J S．Analysis of Effectiveness of CEC Using Schutzer’s C2theory［M］．California:Thesis，Monterey，California，Naval Postgraduate School，2003．

［4］ 谭安胜．水面舰艇编队作战运筹分析［M］．北京:国防工业出版社，2009:229－232．

［5］ 梁炎．网络中心战的实施与应用分析［M］．北京:国防工业出版社，2011:1－38．

［6］ Alvin L Bailey．The Implications of Network Centric Warfare［R］．US Army War College，2004．

［7］ 陈建华．舰艇作战模拟与方法［M］．北京:国防工业出版社，2002:18－36．

［8］ Booz，Allen，Hamilton．A Statement of Operational Needs on the Operational Concept and Capabilities of the Ballistic Missile Defense System，Command and Control，Battle Management，and Communications Element［R］．Washington:US Strategic Command，JFCC-IMD，2006:3－18．

［9］ BRETT D M．Head First Object-Oriented Analysis and Design［M］．California:O’Reilly Media，2007．

［10］ Eric Freeman．Head First Design Patterns［M］．California:O’Reilly Media，2004．

［11］ Bruce Douglass．Real-Time UML:Developing Efficient Objects for Embedded Systems［M］．Connecticut:Stratford Publishing Services，1999．

［12］ Bruch，Grady，James Rumbaugh．The Unified Modeling Language User’s Guide［M］．MA:Addison Wesley Longman，1999．