反水雷编队指控系统功能和运用方法研究*

张 琦,吴俊杰,方建平

(海军大连舰艇学院,辽宁 大连 116018)

随着海军反水雷装备的多样化发展,在未来的反水雷战场上,专业猎扫雷舰艇、反水雷直升机、反水雷UUV/USV、反水雷蛙人等兵力,将形成以反水雷支援舰为核心的反水雷编队,在统一的指挥下开展协同反水雷作战。反水雷编队指控信息系统如何将不同兵力或手段所获取的海洋环境数据、水下目标数据、各兵力的装备参数数据及作战态势数据,以准确、清晰、系统、全面的方式呈现在指挥员眼前,使指挥员能够及时、直观地掌握水下目标和战场态势信息,辅助作战过程的指挥控制和效果评估,这对提高指挥员的指挥决策能力,提升各反水雷兵力和反水雷编队的整体作战效能都具有极为重要的意义。

本文根据反水雷作战的主要特点,结合反水雷兵力对各类信息的支援需求,对反水雷编队指控信息系统所应具备的三种关键功能,以及指控信息数据的运用方法进行分析。

1 数据信息的调用比对

反水雷编队的作战过程,既是各型反水雷武器与单枚水雷或虚假目标的对抗过程,也是编队兵力与水雷障碍整体的对抗过程,其各个作战环节具有很强的战术关联性和时间延续性。特别是当编队兵力按区域、按阶段、按各自的战术使命协同完成任务时,编队指挥员和各级操作人员需要反复多次调用战场数据信息,用于水下目标特征、武器对抗能力和战术运用效果的比对,以为指挥控制提供决策依据。

1.1 目标位置信息的调用比对

在编队反水雷作战过程中,搜索发现水雷主要依靠不同作战平台所携带的各型猎雷声呐。为了防止遗漏目标,各型声呐通常会对所在区域进行反复多次搜索,或者由不同型号的声呐根据战术意图进行交替搜索。由于受海底小目标、地形、水团、气泡及系统自身误差等多方面因素的影响,声呐平台完成搜索后,会记录大量假目标的位置信息,以及含有定位误差的位置信息。为了快速滤除假目标,融合获取目标的准确位置,通常采取目标位置叠加比对的方法[1]。通过手工绘图进行目标位置的叠加比对,耗时长、精度低,难以满足作战需求,因此必须依靠指控信息系统实现比对。

指控信息系统在对目标位置进行比对时,首先应能获取不同声呐平台定位目标的位置信息,以及定位目标时的平台参数信息,并能对所有位置信息进行系统记录和综合显示。其次,根据不同的分析比对需要,指控信息系统应具备按声呐平台、按搜索次数、按发现顺序对所有目标位置进行分批次、叠加显示的功能,并使用不同样式、颜色的符号,对目标和声呐平台间的相对位置、定位态势进行标示。通过融合分析所得到的目标位置信息,应和定位时的声呐参数信息、原始位置数据有所对应,利用颜色、图标、图案进行关联和区分,并可根据指令以列表和标图的形式对所调用的数据予以显示。

1.2 声呐图像信息的调用比对

通过目标位置信息的融合比对,仅能初步判断目标的有无和目标的发现概率,当需要得到准确数据佐证,或者进一步判断目标性质时,就需要指控信息系统对目标的声呐图像信息进行调用比对。声呐平台完成搜索后,通常会得到各目标在不同距离、方位条件下的多幅声呐图像。通过多幅声呐图像之间的比对,能够进一步判断目标的大致形状和姿态;将实时声呐图像和数据库中近似条件下的已有声呐图像进行比对,可提高判断目标性质的准确率。

指控信息系统在对目标声呐图像信息进行比对时,应将各目标的声呐图像与目标位置、声呐平台位置,以及方位、距离数据进行对应显示,并根据不同的探测态势进一步判断目标的有无和性质。对于已明确性质的目标,指控信息系统还应通过自动或人工识别[2],融合解算目标的外形和姿态信息,并根据目标位置将其直观地显示在海图上,以辅助指挥员进行战术决策。同时,目标的声呐图像(或影像)、外形姿态信息还应存入指控系统中的目标属性数据库,以便于以后进行调用分析。此外,声呐在搜索、识别水下目标时,指控设备应能结合声呐平台的实时探测态势,将已记录的目标位置、外形尺寸等相关信息,以图形、影像提示的形式在声呐实时图像上予以反馈,以便于声呐操作人员发现、比对和辨认目标,从而提高对目标的探测识别效率。

1.3 水下环境信息的调用比对

可靠的目标位置、图像数据信息均应建立在对应的水下环境数据基础之上,且声呐对水雷的发现概率、搜索次数和搜索线路配置等问题,也和水下环境因素密切相关。因此反水雷作战过程中,还应考虑到水下环境数据信息的比对。

指控信息系统对作战海区水下环境信息进行调用时,一方面应比对不同海区的海底平坦程度、似水雷目标密度信息,根据各个海区海底的优劣等级,对比评估声呐对水雷的发现概率,以此计算海区搜索所需的次数和时间。另一方面,指控信息系统还应根据海区底质、流速信息,辅助计算水雷的半掩埋、全掩埋时间,以及发现概率降低的百分比,以便于评估雷区内的剩余水雷数量和剩余危险指标。此外,指控信息系统应能辅助建立港口、锚地、航道等重要海区的水下环境数据库,或者留有相应的数据接口,以记录显示海底地形起伏的高度、坡度特征,似水雷目标的位置分布、典型外形尺寸和声呐图像特点[3],使指挥员在战前能够充分了解战场环境条件,辅助指挥员为各兵力分配作战任务、拟制作战计划,并为战术决策和效果评估提供依据。

2 作战态势的分层次显示

在编队反水雷作战中,对于不同的战术环节或行动过程,指挥员所需要重点掌握的作战态势信息会有所不同。因此,指控信息系统需根据指挥员不同的战术意图和决策需求,从宏观整体到某一具体作战环节,对反水雷作战态势进行有针对性的分层次显示。

2.1 全局态势

全局态势的作用在于辅助编队指挥员直观掌握任务海区的范围、作战兵力的配置,以及水雷障碍或可疑目标的整体分布情况,以便于指挥员对整体作战行动实施相应的控制或调整。

指控信息系统在显示各反水雷任务区域时,应显示各任务区域的位置、形状、面积、水深和地质等信息;在显示各反水雷兵力时,应显示各兵力的实时坐标、航向航速、任务完成进度和装备状态等信息;在显示水下目标信息时,应根据不同平台、搜索次数、定位顺序及目标性质,对目标进行分批次显示,从而便于指挥员快速了解各类目标的整体分布情况,以此评估水雷障碍的密度和布放特点,以对反水雷兵力的使用做出合理的分配和调整。

2.2 局部态势

局部态势的作用在于辅助编队指挥员掌握某一作战兵力(如猎雷舰、反水雷直升机、反水雷UUV或USV)的任务执行情况,和全局态势相比,局部态势更侧重于反映当前兵力的反水雷效果,从而便于指挥员对其作战能力进行动态评估。

指控信息系统在显示局部态势时,首先应显示当前兵力的作战行动要素,包括有效搜扫宽度、搜扫航线数量、搜扫航线间隔、搜扫速度、搜扫顺序和次数、声呐俯角和扇面范围、任务计划完成时间等信息。其次,应根据战术需要显示所发现的水雷目标、疑似目标、非水雷目标,以及对比使用的数据库目标。各目标的性质、姿态、发现次数、顺序和目标定位线,应使用相应的图标、颜色或序号标示,以便于进行区分和筛选。此外,指控信息系统还应根据战术需求显示搜扫平台的航迹曲线,并根据航迹偏离计划航线的情况,对不同区域的实时搜扫次数和漏探漏扫面积进行标绘,以辅助作战能力和作战效果的评估。

2.3 战术环节态势

战术环节态势是当某一反水雷兵力对目标实施特定战术动作时,用于实时反映该反水雷兵力和目标对抗过程的详细信息,以辅助指挥员对该战术环节进行指挥控制。由于反水雷作战是一个较为缓慢的行动过程,各兵力和水雷对抗时,通常不需要在短时间内做出反应,因此在反水雷作战行动初期,特别是对水雷特点、分布规律、障碍样式、抗扫抗猎能力尚未掌握时,编队指挥员有必要、有条件对作战过程中的重要战术环节(如目标比对、目标辨识、投弹灭雷、辨别灭雷效果等)进行实时掌控。

战术环节态势的显示内容、形式,取决于反水雷兵力的战术动作,不同的战术动作,指挥员所关注的信息内容大不相同。指控信息系统应根据战术需求,对战术环节态势进行有针对性的显示,要防止不相关、不重要的信息干扰指挥员的观察和判断。例如,在对单个目标或多个目标进行连续规避时,舰艇的安全范围信息、各目标的方位距离信息、告警等信息最为重要,应始终以标图配列表的形式标示于显示界面的显著位置,且指控信息系统应预先在电子海图上显示计划规避航线,以为舰艇操纵提供参照。在对某一目标进行识别或比对时,识别阵位信息、新旧目标位置信息、声呐图像信息、目标尺寸等信息,均应在显示界面上以直观的方式予以显示,且显示界面上还应留有数据库信息查询窗口,以便于操作人员对相关数据进行查找调用。

以上三类态势信息的显示,均会使用到大量的标图符号和数据窗口。因此,指控信息系统需针对不同的态势,选择合适的显示设备和比例尺连续可调的电子海图。一方面所有文字、数值、符号和图形图像信息要避免覆盖、重叠,要便于各级指挥员观察和审阅;另一方面要结合战术环节和意图,突出、直观地显示关键信息,不同层次的作战态势要能够便于操作人员的选择和切换,各类信息数据要能够便于查询。

3 作战数据的动态统计分析

传统的指控信息系统或武器显控设备,仅能按固定的作战流程记录、存储数据,或者将相关数据进行解算后,辅助战场态势的实时显示[4]。在编队反水雷作战中,各型声呐、水下航行器及相关设备均能够记录大量的、不同类别的数据,对各类数据按特定的战术要求进行集中处理和动态统计分析,提炼出数据中潜在的、有价值的信息,则可为战术决策和效果评估提供依据,从而提高反水雷的作战效率。

当某一水下目标被声呐发现或识别后,其平台指控系统或武器显控装置通常会记录目标的斜距(或平距)、方位、性质和目标的声呐图像等数据。随着所发现目标数量的增多,结合不同型号的声呐,反水雷编队指控信息系统应至少对以下数据进行动态统计:

·各类目标的发现距离;

·各类目标的发现方位;

·某一距离条件下,各类目标的声呐回波强度;

·声呐平台发现目标时的航速、航向、舷角、水深;

·不同声呐平台定位同一目标的位置偏差量;

·潜水员或航行体处理水雷时的接近距离;

·雷体的姿态、外形尺寸、掩埋程度;

·水雷、似水雷目标的数量和密度;

根据数据统计结果,指挥员可以评估掌握声呐在当前海区对目标的发现概率、定位精度、声呐操作员搜索识别目标的能力、搜索航线配置的有效性、水雷的布放特点和散布规律。声呐操作员可以根据数据统计结果优化声呐参数设置,并从中总结目标的探测规律,以便于更有效地发现、辨识目标,以此提高探测效果。

此外,作战数据的统计结果应通过柱状图、靶状图、饼状图等形式,以及不同颜色的线条和数值进行系统、直观、实时地显示。对于有助于反映作战态势的数据(如水雷数量、密度),统计结果应在态势图上有所标示;对于不同类别但又相互关联的数据(如目标发现距离、发现方位),在显示时应既有所合并又加以区分,从而避免数据统计过于零散、孤立,不便于指挥员研判。

图1 单舰和编队指控信息系统功能区别

数据信息的调用比对、作战态势的分层次显示、作战数据的动态统计分析三种功能,同样适用于单舰指控信息系统,但由于受兵力编成规模和指挥控制方式的限制,适用范围一般限于单舰或同型平台之间,如图1所示。当猎雷舰、扫雷舰、UUV、反水雷直升机等多种兵力平台协同作战时,其数据比对过程需要一定程度的人工干预和相互参考佐证,尚不能全自动化;态势的分层次显示、数据的动态统计分析需要高效的数据传输、监控设备的支持。如果令单舰指控信息系统实现对以上兵力编队的指控功能,一是增加了单舰平台的数据处理分析步骤,二是组织实施过程复杂繁琐,对人员数量、素质和数据维护管理均有较高要求,三是加大了单舰指控信息系统的设计难度。因此,单舰平台受人力、装备条件和战术任务的限制,难以实现编队的指挥控制功能。

4 结束语

数据信息的调用比对、作战态势的分层次显示、作战数据的动态统计分析能够辅助反水雷编队指挥所实施信息支援、战场控制、战术决策和作战评估,是反水雷编队指控信息系统所应具备的三项关键功能。实现上述功能,要求各型反水雷装备对信息的获取、传输、处理不能仅限于自身兵力平台内部,各类信息应通过网络和数据库实现共享,并通过战术大屏对相关信息进行集中显示,提高信息的利用程度和指挥控制的自动化水平,从而进一步提高反水雷的作战效率。