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军贸舰艇雷达分布式操控应用技术探讨

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摘要:针对军贸舰载雷达采用“两级多战位操控”技术现状,为满足外方操作使用习惯,提出“一级分布式操控”技术解决方案。通过军贸工程项目进行试验验证,该项技术可在作战系统领域进行推广。

关键词:水面舰艇;舰载雷达;分布式操控

0引言

典型护卫舰作战系统一般由警戒探测设备、作战管理系统(或指挥控制系统)、武器系统、导航系统、通信系统等分系统或设备组成。[1]警戒探测设备作为作战系统的直属设备一般包括多部雷达,按作战区域分为远程警戒、中远程警戒、中近程搜索等多种功能。这些雷达为作战系统提供了满足作战使用区域要求的对空、对海的警戒搜索能力,是舰艇作战能力的重要组成部分。本文针对当前军贸水面舰艇在雷达操控方面的使用需求,提出“一级分布式操控”技术方案,发挥了中西方国家装备的集成优势,提升了作战系统的整体作战能力。

1舰艇作战系统雷达操控技术现状

现阶段,作战系统中雷达的操作控制多采用功能差异的“两级多战位控制”方式,即采用功能有差异的作战指挥层和设备控制层两个层次进行控制,并可在作战管理系统或雷达操控台位的多个战位实施。[2-3]指挥层主要面向方面战指挥,是顶层指挥控制,由作战管理系统(或指挥控制系统)来实施。对雷达传感器的操作控制主要侧重于对舰艇整体作战能力有重要影响的功能控制,如控制传感器的辐射、重点区域的检测等功能。表现在雷达的操作控制上,主要包括雷达的开关机、开断高压、重点区域检测等作战命令。同时,按照控制级别,指挥层不直接对雷达进行操作控制,只将相关控制命令发往雷达操控台,由雷达操控台具体操作实施各项操控命令。由于作战管理系统是有多个显控台构成,每一个显控台的软硬件配置相同,可按作战需要设置不同的战位,而每一个战位均有发布雷达操控命令的能力,因此形成了多战位的控制能力。对雷达设备的完整操作控制则由雷达操控台来完成。雷达操控台除执行作战管理系统所关注的操控命令外还包括显示搜索雷达的原始视频、搜索提取点迹航迹、跟踪目标位置,并且完成雷达的各种发射、接收参数设置、对点航迹数据进行滤波等数据处理等一系列完整操作控制、目标解算。[4-5]雷达操控台一般包括两部计算机,一部执行参数设置、内外交互等人机接口命令,对于实时性要求并不苛刻;另一部执行雷达的专用数据处理功能,包括点航迹提取等功能,该功能为雷达的专属功能,需要根据雷达的各项参数设置动态提取雷达视频图像的点迹和航迹,对航迹进行滤波等。

2外方的分布式控制需求

当前国际军贸市场上,船舶军贸产品的采购需求主要来自北非、东南亚等传统的军贸出口国家,如阿尔及利亚、厄瓜多尔、泰国等。这些国家一般为第三世界国家。由于技术基础薄弱,海军人员数量少,他们自身不具备完整的训练体系和技术装备体系。舰员的培训一般委托西方发达国家进行高级综合培训。技术装备也采用了相匹配的西方装备体系。这些国家受西方使用习惯影响,军贸采购装备也多提出了西方标准。在阿尔及利亚护卫舰军贸项目中,外方就明确采用SMART-S三坐标雷达,并且要求中方作战系统进行有效集成。SMART-S三坐标雷达是一部工作频段在S波段、集搜索和跟踪功能为一体的多功能雷达。该雷达在方位上采用机械扫描,在俯仰上采用多波束进行测量,能够得到较高的距离、方位、俯仰探测精度。该雷达采用固态发射机上置天线的方式,功率损耗大幅度减少,可靠性得到较大幅度的提高。该雷达远程警戒探测能力强,具备直升机精确识别、RCS动态估计等优异性能,是该护卫舰的主战雷达。外方同时提出了明确的分布式操控的需求,即功能相同“一级分布式操控”要求。作战管理系统和雷达操控台各操控节点应具备完全相同的功能,都对雷达整机具有完全控制的功能,不仅包括雷达开关机、高低压控制等传统的指挥控制功能,还包括雷达各项参数设置、点航迹发送等一系列功能。

3分布式雷达控制的集成方案

(1)在总结分析两级多战位操控的设备逻辑图的基础上,分析作战系统主战雷达SMART-S的功能性能和操控模式,结合作战系统的作战任务和需求,提出分布式雷达操控功能的设备逻辑图,并提出对雷达操控台、作战管理系统的通用要求。

(2)针对传统雷达控制信息模拟量多、不利于控制功能的分布式实现的问题,提出对雷达前端操作控制命令的数字化、标准化、实时性要求,通过优化雷达的系统构架,将与作战指挥相关的关键信息接口从原有的模拟控制量改为数字控制量,实现了雷达操作控制信息的数字化要求。雷达内部存在两类控制信息,包括模拟信息和数字信息。数字信息易于采用功能对等的多点实现,有利于控制功能的分布式实现。模拟量难于采用功能对等的多点实现,这是由于工程实际由于不同的设备对模拟量数量有明确限制,因此难于将一个模拟信号分为多个相同的模拟量而造成的。

(3)编制了标准控制协议,提出了作战管理系统的不同雷达操控台位的功能备份要求,采用了合理的软件体系架构和功能构件,提高了备份处理能力和冗余性。传统雷达的内部控制命令的信息种类、信息格式均和作战系统通用协议有很大的差异,而设计通用的协议是分布式操控的重要前提。通过分析雷达原有复杂的人机操控命令、作战管理系统相对简单的操控命令的功能、信息特点,提出合理的操作控制功能流程和信息流程,分析其中的信息结构关系,结合装备接口协议的现状,编制完善了雷达操控的标准信息协议,并得到中外双方的共同认可。分析雷达操控台的技术特点,重点需解决作战管理系统软件的技术实现。作战管理系统软件的静态结构采用分层体系结构,共分为4层:系统软件、应用框架、应用总控软件和应用构件。系统软件层包括操作系统、数据库软件、各硬件设备的驱动程序等,为软件提供底层支持。应用框架层包含界面管理、构件管理、数据实体管理等部分,对软件涉及的逻辑和行为进行封装,为应用构件开发提供支持。应用总控软件包括显控总控软件、任务计算总控软件和信息网关总控软件3个可执行程序,提供通用应用功能。雷达操控构件作为一个独立的功能构件是应用构件的一部分,在作战管理系统中的任意一个显控台均可直接调用。任一显控台也可根据操作人员要求释放或独占雷达操控资源。

(4)提出了雷达分布式操控的优先级顺序及统一优先级的前端资源抢占准则,实现无冲突的多节点分布式操控雷达的功能,增强了作战系统的可靠性、抗毁性和组织灵活性。由于雷达操控的节点增多,涉及到操控的优先级顺序和前端资源抢占准则。通过设计确定如下优先级数序:雷达操控台>指控情报指挥台>方面战作战指挥台(对空、对海、反潜)指挥台,并给出同一优先级的资源抢占准则,即针对同一优先级的方面战指挥台,在缺省方式下采用先到先得的方式,在舰长人工干预条件下可以设置任一显控台优先获取雷达前端资源。

4试验结果

在军贸作战系统对雷达操控的试验中,中方组织了中方设备的作战管理系统、SMART-S雷达的联合测试。通过多次测试联调,中方的作战管理系统的任一显控台均能够执行雷达的各项操作控制,实现了对雷达操控台同等的操作控制能力。这说明分布式操控功能在工程上得到成功实现。试验得到了外方的高度认可,认为中方对该型雷达的集成是成功的。

5结束语

通过分析作战系统主战雷达SMART-S的功能性能、技术特点、运行机理和操控模式,结合作战系统的作战任务和需求,在协调确认标准控制协议的基础上重点解决了雷达本地与作战管理系统的分布式深度控制的接口设计、试验验证等技术问题,首次在国内实现了西方SMART-S雷达的多战位分布式深度控制。同时,秉承了SMART-S雷达的远程警戒、探测、精确识别等优异性能,充分发挥了中西方国家装备的集成优势,提升了作战系统的整体作战能力。本舰装备自研的Neza6作战管理系统,采用分层的全分布体系结构,在原有基础上进一步集成了西方的三坐标雷达,实现了对SMART-S雷达的全控制由单点扩展为多点,填补了国内技术空白。本文提出的分布式操控三坐标雷达在原理是可行的,并通过工程试验验证了设计的合理性。该项技术可向作战系统领域进行推广。

参考文献:

[1]戴自立,谢荣铭,虞汉民.现代舰艇作战系统[M].北京:国防工业出版社,1999.8.

[2]穆加艳,罗睿,刘赟,潘丽丽.基于CAN总线的雷达分布式监控系统[J].雷达与对抗,2012,32(1):43-45,56.

[3]陈飞飞.基于CORBA技术的分布式北向系统的设计与实现[D].北京邮电大学硕士学位论文,2012.

[4]漆先虎.基于DirectDraw的雷达操控显示终端设计[D].西安电子科技大学工程硕士学位论文,2010.

[5]漆先虎.Windows操作系统下的雷达操控终端的开发[J].火控雷达技术,2006,35(3):27-31.

[6]王心凌.基于TCP/IP的雷达操控及BIT系统实现方法[J].雷达与对抗,2010,30(4):14-17.

作者:沈远海;贺贺;张昕 单位:中国船舶工业系统工程研究院

传感技术学报责任编辑:张雨    阅读:人次