海上网络战下潜艇作战网络发展趋势研究＊

陈 瑜

（海军驻第二船舶设计院军代室 武汉 430064）

1 引言

海上网络战的概念集中体现在海军的网络中心战（Network－Centric Warfare，NCW）中，网络中心战是利用计算机网络对部队实施统一指挥的作战。其核心是利用计算机网络把分散的部队、各种探测器和武器系统连接在一起，实现信息共享，掌握战场态势，缩短决策时间，提高指挥速度和协同作战能力，以便对敌方实施快速、精确、连续的打击。网络中心战是相对于传统的平台中心战的一种全新的作战概念。网络中心战将对海军从战略级到战术级的冲突级别中产生重大的影响。网络中心战的网络结构包括探测器网络、交战网络和信息网络三个相互链接的部分，其网络结构如图1所示。

图1 海军网络中心战的网络结构示意图

随着海军的作战模式由“平台中心战”向“网络中心战”的演变，海战场信息化的程度急剧增加，潜艇面临着透明程度越来越高的战场，未来的网络中心反潜战将建立起由卫星、飞机、水面舰艇和水下无线传感器网络构成的立体化反潜网络，并在作战盟友之间进行信息共享，整个反潜网络以计算机为中心，以广泛分布于陆、海、空的探测传感器为节点，以信息融合为手段，使得整个反潜系统具有探测范围广、信息量大，时效性强和速度快的优势，这样，潜艇隐蔽性的优势面临极大挑战，网络中心反潜战使得潜艇更容易暴露在反潜力量的火眼金睛之下，潜艇独立完成任务的挑战与风险越来越大。为有效对抗作战对手立体化反潜体系，潜艇必须加强与其它兵力的协同作战，有效地与其它潜艇、水面舰艇、飞机及地面部队密切交换作战信息，作战人员可以迅速、全面、可靠地洞察整个战场的局势，互相协同，以更快的指挥速度，更高的作战效率，实施作战，保持潜艇战斗能力和生存力，创造有利的战场态势。

在协同作战的环境条件下，潜艇从水下信息网络中获取战场信息的数量、速度与以往那种仅依靠自身的传感器获取少量的信息相比，发生了质的飞跃，因此潜艇必需具备全系统信息综合集成和信息融合能力，提高全艇信息化水平，从而实现与陆、空军等其它军种的作战指挥信息及战场态势信息的共享，确保在复杂海战场环境条件下，多军种协同作战能够顺利进行。

2 潜艇网络发展现状

目前各国在潜艇信息综合系统方面的研究根据其研究的侧重点不同，分为两个方面。其一，是以充分分析、处理各种作战信息，快速做出态势评估和辅助决策，并进行武器分配和控制，实现在最佳时机对敌目标的精确、有效打击，提高舰艇的作战效能为主要目标的综合作战指挥系统；其二，是以实现管控一体化，提高舰艇机动性、快速反应能力和生存力，保障舰艇安全可靠航行为目标的综合平台管理系统。

美国从第三代攻击型核潜艇开始采用总线网络式结构实现设备的信息互连互通，“海狼”级核潜艇的AN／BYS－2综合作战系统通过FLEXNET光纤包交换完成通信局域网连接，实现各系统设备的信息互通和功能协同，在系统设计上采用了分布式结构，提高了数据的处理能力，系统还以多种形式提供备份，增加了系统的可靠性。其框图如图2所示。

图2 “海狼”级AN／BYS－2综合作战系统框图

从第四代核潜艇“弗吉尼亚”级核潜艇开始，美国采用全船一体化的架构模式实现作战、平台和通信等系统的信息互通，实现全艇各系统的综合管理和控制，该系统在提高舰艇自动化，减员增效和降低费用方面获得了显著的效果，此外，通过采用商用设备和开放式的设计原则，系统运行和保障费用大大的减少。

英国、德国等欧洲国家核潜艇网络发展的思路是根据作战系统与平台管理系统独立发展的特点，采取了“双架构”体系模式，即在潜艇上作战系统和平台管理系统分别建立各自的信息网络实现相关系统的集成管理和综合控制，“双架构”体系模式降低了平台与作战间的相互影响，提高了平台操控安全性。但二者网络所采用的网络技术体系架构基本相同，并通过路由设备实现信息互连互通，这样就方便地实现了平台管理系统对作战系统的信息支援，为作战效能的保障提供了支撑，二者可以紧密配合，协同工作，在越来越复杂的舰艇上实现舰艇作战的高度自动化、智能化。

图3 “双架构”体系模式示意图

图4 “机敏”级ACMS作战系统结构图

图5 德国U212级潜艇平台管理系统方案

英国“机敏”级核潜艇的ACMS综合作战系统由星型拓扑快速以太网连接各个节点和服务器，该局域网采用光缆将各功能节点联在一起，形成了一个资源共享、高效可靠的整体，实现了声纳、雷达、指控等作战相关各系统的信息互连和协同。ACMS综合作战系统能够从声纳和其他传感器获取信息，经先进的算法和数据处理为指挥员显示实时图像，ACMS是一个开放式系统，能够处理不断增长的现代核潜艇所获得的信息以及控制复杂的现在和未来携带的武器。ACMS系统的组成如图4所示。

德国的U212级潜艇装备了西门子公司研制的综合平台管理系统，如图5所示，它通过一条冗余的光纤总线系统将沿着全船分布的局部处理单元（LPU）连接到中心控制台的操作计算机，通过这种配置，使得从中心控制台和直接由LPU通过局部操作板（LOP）操作平台管理系统成为可能，即使由于某些原因LPU无法与中心控制台计算机连接，平台管理系统的全部控制也可以通过LOP实现。中心控制台计算机的浮动主机结构以及冗余的数据总线系统保证了高度的容错性和可靠性。德国U212级潜艇的综合平台管理系统实现了对推进系统、电力装置、潜艇操纵系统以及损管系统等的船、机、电设备的综合管理和自动化监控。

U212级潜艇的ISUS 90全综合作战系统通过以太网数据总线，实现了声呐传感器、战术数据处理和武器控制的综合；潜望镜和光电桅杆的综合控制；雷达和雷达拦截的综合；内部和外部通信系统的综合；多武器控制系统的综合等功能。所有的系统设备都共享仿真设备、测试系统、数据库系统和数据记录，其典型结构配置图如图6所示。

图6 ISUS 90全综合作战系统的典型结构配置图

图7 CAE公司的典型综合平台管理系统配置方案

CAE公司的综合平台管理系统采用两层网络结构。上层为管理层网络，采用双冗余光纤网，下层为设备控制层网络，采用现场总线网络，网络传输介质为光纤，传输速度为100Mbps。CAE公司的综合平台管理系统可实现的功能包括推进系统控制监测、电力系统控制监测、辅机设备控制监测、消防损管系统控制监测、操纵系统控制监测、电子系统控制监测、舰上训练系统控制监测等。CAE的综合平台管理系统是开放式结构，明显地减少了全寿期费用。该系统采用标准化设计，有广泛分布式的智能电子装置，以多数据总线相互连接，工程师能够从舰船上的几个位置控制和监测全部平台机械和紧急系统。CAE的综合平台管理系统广泛应用于美国、英国、法国、德国等国海军舰艇上。已应用于包括德国F－124护卫舰、英国机敏级核潜艇、LPD登陆舰、美国LPD－17登陆舰、CVN－77航母等共18个国家140余艘舰艇。其典型综合平台管理系统配置方案如图7所示。

3 潜艇信息化发展构想

随着技术的进步，国外综合平台管理系统和作战管理系统正向模块化、集成化、智能化的方向发展，数据采集与控制单元的功能已经变得越来越强大，而且正呈现出高度的智能化与模块化，利用全船光纤局域网，构成冗余度高、可靠性好、结构开放的数字化平台，实现全船信息流畅贯通，使平台管理系统与作战系统能够紧密的结合，共享信息并协同工作，此外各种应用软件功能也越来越强大，可以实现各种监控、管理、信息融合、趋势预测等功能。

从潜艇信息化网络的发展趋势来看，在充分考虑潜艇安全性的前提下，遵循作战系统相对独立的原则，未来潜艇信息化网络体系结构如下：

作战系统应建立单独的物理局域网，实现该系统内信息的安全隔离传输，并通过网关实现与全船网络的信息互通。其他平台分系统不再单独形成子网络，而是按照区域划分，各区域平台设备与相应的DCCU（数据采集单元）相连，数据采集单元可以单独的接入主干光纤通信网络，也可以通过现场冗余数据总线连接，再接入平台主干光纤通信网络。整个网络的结构形式如图8所示。

图8 信息化网络的体系结构形式

这种结构形式的网络可以根据对象的不同，灵活地采用不同的入网方式，充分利用现成的成熟技术，有重点地逐步提高。从潜艇的安全角度出发，将作战系统建立单独的子网，一方面如果主干网故障，这两个网络还能独立完成自己的监控功能，保证潜艇的安全性和作战效能；另一方面，考虑到作战系统数据传输量大，而且对实时性的要求更高，将其单独组网可以降低对主干网的带宽要求，更容易满足系统信息传输的实时性的要求。对于其他的船机电平台设备，将按区域连接，每个区域的DCCU仅仅与本区域内的被监控设备相连，再通过现场数据总线连接到主干光纤网络，这种形式的优点在于可以大大地减少网络的通信电缆数量，线路的利用率非常高，网络布线得到极大的简化，当然其缺点是对主干网的可靠性要求较高，由于大量的信息都需要通过主干网进行传递，对网络带宽的要求也比较高，因此为了保证比较好的可靠性和实时性，一般采用交换式高速（100Mbps或者更高速）光纤以太网。

这里构想的信息化网络总共包含三层，上层为用户管理层，用户管理层是人机交互的界面，主要包括一些操作和管理设备，如各种显控台等；第二层是信息控制层，信息控制层是整个信息化网络系统的神经中枢和核心数据处理单元，主要为一些控制设备。它分布在全艇，和传感器、激励器、本地处理控制器通过I／O接口单元直接连接或通过现场总线相连，将数据采集送用户管理层显示和存储，并将用户管理层的控制指令发送到相应的设备，执行相应的动作；第三层是设备层，设备层是位于底层的现场设备，包括各种传感器、激励器、本地处理控制器等。

整个信息化网络包括两种体系结构，主干网关注的焦点是高速的报文发送、高容量的数据共享，以及各种类型的数据的高速传输，因此采用高速光纤以太网，控制网络关注的焦点是高速的I／O信息交换和报文传递。有效的数据共享、数据传输的确定性和可重复性，因此采用基于现场总线的组网方案。

4 结语

未来的海战场是信息化的战场，潜艇将由独立作战向协同作战模式转变，在这种条件下，无论在武器装备技术还是战略战术方面都发生了很大的变化，处处体现出对信息的获取和信息处理的重要性，因此发展潜艇综合集成信息系统是一种必然的趋势，我们应该加快潜艇信息化的建设，并深入研究潜艇信息融合，数据挖掘等智能技术，为实现以潜艇作为重要节点融入作战区域网络奠定坚实的基础。

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