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武器系统作战性能评估

来源:互联网 责编:大嘴 作者:赵红艳译 时间:2004-08-10

摘   要:随着综合程度的提高以及随之而来的武器系统日益复杂,系统的性能再也不能仅 仅用“命中”或脱靶来衡量了。为了评估武器系统的性能,细致的作战和技术评估是最 基本的要求。其先决条件是要对传感器,作战系统和操纵装置之间的数据流有一个深刻 的认识。本文重点介绍了德国海军所采用的方法。

关键词:武器系统 性能评估 海军作战


1 采办程序

  在德国,海军军用物资的采购受战术概念和改进的或新式的作战能力的任务需要激励。在作战需求得到批准后,武器系统的研制和采购工作以连续的逻辑步骤进行。目的是为了以完全满足海军要求的高质量的军用物资来装备海军。

  武器系统的技术适用性试验评估以及验收试验由联邦军事技术和采购办公室(BWB)来执行,该机构是国防部下属的文职机构。

  作战效能和适用性测试由德国海军试验司令部执行。与BWB不同,德国海军试验司令部是一个军事研究机构,在某些方面可与美国海军的作战试验和评估部队相提并论。

  作战效能和适用性试验能根据战术任务以及军事和作战要求在尽可能接近实际任务的条件下检验武器系统和设备。

  目的是要确定舰艇及其部件系统在单独使用和与海战其它设备联合使用时的整体作战效能。

  作战效能评估的主要试验内容是战术和生存能力,以及更重要的作战要素,如探测、分类、定位、捕获和杀伤。

  除了对效能进行运行试验以外,还要为以后的增补任务收集额外的数据。按照这些方面进行试验,就可写出作战适用性的报告。

  下面的判断依据对作战适用性的评估很重要:

  ·可靠性
  ·可维修性
  ·可用性
  ·后勤支持能力
  ·兼容性
  ·互操作性
  ·培训
  ·人员因素
  ·安全性
  ·文件编制

  在确认作战适用性以后,系统的寿命周期开始了。

2 分析和评估

  为了评估武器系统的实用性,在作战效能和适用性试验期间以及对抗演习、操练和分配任务的寿命期内,数据的收集、文件的编制、武器系统效能的评估以及人员培训具有突出的重要性。为了分析舰队的任务,对抗演习以及操练,为了评估培训是否有效,以及对军事物资的改善是否可能的分析结果,考虑到该分析的结果来研究战术,战术数据是必需的。由于这个原因,在德国海军中海军武器的操练(导弹、鱼雷)在尽可能逼真的环境下进行。表1所示的是所涉及的武器系统。除了在实弹射击中的命中次数以外,更令人关心的是根据不同的需求而在现实情景中获得的知识。这些知识既与操作人员对作战系统的处理有关,也与系统的技术效能和可靠性有关,比如说,目标捕获,目标跟踪过程,一直到与目标交战的过程。

  对系统的优势和弱点必须加以研究,以对正在进行的系统进行必要的改进,或在战术、程序和条令上作必要的改变,或对训练作必要的改变。

表1

舰空导弹
“标准”I型
“海麻雀”

滚动弹体导弹



“吕特曼斯”Z103B级导弹驱逐舰  
“不莱梅”F122级导弹护卫舰
“勃兰登堡”F123级导弹护卫舰
“吕特曼斯”Z103B级导弹驱逐舰
“不莱梅”F122级导弹护卫舰
“勃兰登堡”F123级导弹护卫舰
S143A高速巡逻艇
舰舰导弹
“鱼叉”

“飞鱼”MM38


“吕特曼斯”Z103B级导弹驱逐舰
“不莱梅”F122级导弹护卫舰
“勃兰登堡”F123级导弹护卫舰
S143A和S148高速巡逻艇
空舰导弹
“鸬鹚”Ⅰ、Ⅱ
PA200 Tomado
轻型鱼雷
MK46/DM4


“吕特曼斯”Z103B级导弹驱逐舰
“不莱梅”F122级导弹护卫舰
“勃兰登堡”F123级导弹护卫舰
MPA“布雷盖大西洋”  
重型鱼雷
DM2A3
DM2A1

U206A潜艇
S143高速巡逻艇

图1 SASIE的演变(所有图表由作者提供)

  对相关武器系统的数字数据的记录由子系统和子系统的接口来完成,同时也由岸上 的遥测站进行遥测记录。另外,显示的战术态势由视频摄像机记录。这样,以后操作人 员的行动就可以与战术态势发生联系。

  在舰上快速检查一遍以后,以简报的形式告知指挥小组最早的结果,然后在随后的 演习中考虑这些结果。

  在德国海军试验司令部对海军武器的演习进行完以后,要进行更广泛的并且更彻底的深入评估。

  评估报告包括与下列项目相关的结果:

  ·舰艇/武器系统
  ·作战指挥系统(CDS)
  ·武器/弹药(导弹,鱼雷)
  ·作战方面
  ·战术
  ·培训/操作人员错误

  对所有战斗的系统性评估要求具有如下功能:

  ·复现战术行动
  ·复现操纵装置和传感器的操作
  ·来自不同的设备的数据和战术态势进行相关
  ·分析评估详细数据

  通过如下方式实现:

  ·计算机评估,在德国海军试验司令部执行。
  ·一个移动的数据分析和评估设备(DAE),它能复现从潜艇发射鱼雷的过程,并能显示其所有事件的过程。
  ·安装在德国海军试验司令部的驱逐舰和快速巡逻艇(FPB)上备有进一步评估设备的ADAS(见下文)。下文叙述了两种用于作战效能和适用性试验以及海军武器任务中的数据分析系统。

3 STN阿特拉斯电子公司的数据分析和评估设备(DAE)

  DAE是一个单工作站,它可处理的数据来自:

  ·三种型号的DM2A3鱼雷同时发射
  ·U206A型潜艇的作战系统
  ·8个靶船。

  数据记录在不同的数据磁带上,通过接口设备输入到评估设备中,根据评估要求进行删减和选择。

  这些数据最终被送到评估计算机中进行处理。结果可以以数字形式显示,在屏幕上作为图形输出或者以曲线图表的形式显示。

  显示组成:

  ·发射潜艇的航迹
  ·目标的航迹
  ·鱼雷的航迹

  另外,也可显示下列数据:时间标记、方位线、航向和航速、安全地带、鱼雷锁定数据、目标捕获数据和瞄准点。

  用功能和状态数据来完善显示。潜艇鱼雷发射的评估在基地港进行。在发射鱼雷的当夜,大约四个小时以后所有事件就可以完全重新建立起来使用。

  对潜艇攻击小组的战术态势的评估可以立即在汇报会议中进行。其间分析技术上的错误并准备下一次鱼雷的发射。

  在每次鱼雷发射操练结束以后,德国海军试验司令部进行一次最终广泛的评估,并完成最终报告。

4 用系统分析仿真评估(SASIE)分析系统性能

4.1 来龙去脉

  当德国海军在1989年购买了Triton-G和Castor雷达系统装备巡逻快艇(FPB)S148级时,Thomson CSF制造公司在德国的子公司提供了额外的设备以验证合同的一致性。位于德国基尔的Thomson-CSF电子公司正以SASIE(系统分析仿真评估)的名称在世界范围内销售,德国海军已经以同义词ADAS(SASIE的德国译名)作为其名称购买了该系统。这是综合数据记录分析和仿真系统的核心。

  以购买FPB雷达过程中获得的对于SASIE令人信服的经验为基础,德国海军在导弹发射操练过程中,为了应付F122级护卫舰上的武器系统的出人意料的表现,从该公司 租用了一个升级型SASIE。

  从1992年以来,SASIE已被用于F122级和F123级护卫舰,Z103B级驱逐舰和S143A级快速攻击艇上进行的导弹发射和其他演习的系统评估。这些演习有的在西班牙的CEDEA的PuertoRico罗斯福路进行,有的在法国的CEL进行,有的在希腊的NAMFI进行,还有的在北大西洋进行。

  在这期间该公司一直不断增加新功能以更新该系统,它表现出技术上的成熟以及有能力满足德国海军的要求。结果,德国海军于1995年为其新建造的F123级护卫舰购买了一套SASIE系统用于系统分析,并于1997年开始购买另外19套系统用于F122和F123级护卫舰以及S143级快速攻击艇(FAC)。

5 德国海军的要求以及系统实现

5.1 总体要求

  德国海军需要购买具有仿真能力的数据记录和评估系统用于舰上培训。规定的组成:

  ·具备在线显示和快速数据分析的实时数据记录部件
  ·综合的离线数据评估功能
  ·实时的子系统仿真

  主要思想是需要一套模块化系统,可用于不同型号的战舰上,易于改造以适用于新的子系统以及改进过的接口。将以商用流行技术(COTS)为基础,易于操作,这样,岸基评估设备就可以用于大量的不同用途的海军装备。

表2

二坐标雷达 WM25、WM27、LW08(信号公司/NL)、SPS40、SPS67(美国)
三坐标雷达 TRS-3D(Dasa/GE)、SMART-S (信号公司/NL)、SPS52(美国)
航迹管理系统 TMSF122(Westinghouse/NordenSystems/美国)
水下传感器 声纳(STN/GE)
火控系统 WM25/STIR、WM27跟踪雷达
WC/STIR(信号公司/NL)
ESM/ECM设备 FL1800(Dasa/GE)
导航设备 全球定位系统、计程仪/罗经(GE)
武器系统 滚动弹体导弹(US-GE)、“鱼叉”(美国)、
“海麻雀”舰舰导弹(美国)、76mm火炮
战术数据链 11号、16号数据链(预制品)
*ESM=电子支持措施,ECM=电子对抗

图2 SASIE数据评估

5.2 实时数据记录

  由于德国的SASIE系统使德国海军具备分析从传感器数据收集到武器使用的整体系统性能的能力,数据记录至少必须在CDS和所有传感器或武器系统之间的接口进行。因此数据记录系统必须处理不同硬件技术的接口,如NTDS,RS—422,以太网或ATM。另外,CDS和专门子系统的内部数据必须能被提取。

  在不改变操作软件和不干扰信息交换的前提下,在接口上设定数据记录点规范化是很重要的。为在某一特定的舰上能对所有的数据进行相关或对不同传感器和武器平台的数据进行比较,对所有记录下的数据进行时间标记是至关重要的。时间标记将以全球卫星定位系统(GPS)时钟为准。

  记录的数据是雷达标图,雷达跟踪数据,电子支援措施(ESM)跟踪数据,数据链数据,导航数据,武器分配命令,武器信息,状态信息以及有关CDS战术图像的信息。

  对所有的德国海军系统来说,SASIE已经具备了从CDS和子系统之间记录数据的功能(见框图1)。框图2给出的是关于可以被收集到的另外的一些内部数据的信息。

  SASIE已经被证实具备处理不同技术的不同接口的能力,这些技术是由许多厂家研制出来的,而且在大多数情况下使用专有接口协议。

5.3 数据评估

  德国海军有双重的需要:

  ·舰上快速数据分析功能,在数据记录过程中有在线数据显示功能和数据回放功能。
  ·为技术和战术目的综合离线数据评估以及显示。快速数据分析是为了给出系统性 能和状态的直接印象,而离线数据评估可以对数据进行深入的和详细的分析,还可以对 从舰船上甚至飞机上的GPS箱收集到的数据进行合并。

  德国要求不同的数据显示,如不同格式的列表、图形、海图以及平面位置指示器( PPI)显示。数据被地理(世界数字海图,DCW)或导航(电子海图显示和信息系统,ECDIS) 图表所覆盖。

  主要需求之一是数据格式的编辑工具。这个需求在SASIE中是通过所谓的“信息描述语言”(MDL)来实现的,在万一接口信息格式或CDS内部数据格式发生改变的情况下,德国海军就可以不必依赖生产厂家。这是一种图形编辑器,通过它,分析人员可以改编评估算法,使之适应改变过的数据格式。这个功能对于保持正在使用中的软件的低维修费用很重要。

  由于在演习过程中缺少时间标记以及所记录的数据量太大,过去把记录的数据与不同的记录设备相匹配以及从不同舰船上提取数据一直是十分困难的。有了SASIE,所有这些数据都可以用MDL格式写到数据库中,在数据库中根据它们的时间标记把它们分类。

  在数据库的输入口和输出口,分析人员可以使用过滤器以集中处理某些特定的数据。例如,可以使用过滤器来选择指定的子系统,子系统指定的数据,指定的接口信息或指定的信息字段。在武器系统性能评估过程中,SASIE提供战术和技术数据显示的多种格式。在CDS的软件维护和子系统集成的过程中,有些格式非常适用于测试之用。最大的好处就是不仅CDS数据和子系统数据可以直接相互比较,而且可以与接口数据相比较。因 此在数据丢失或损坏的情况下,找到问题的根源也相对容易些。在这种情况下,MDL起了 很大的作用。

表3

作战指挥系统
三坐标雷达
航迹管理系统
武器系统
SATIR F122和F123、AGIS S143A
TRS-3D(Dasa/AG)、SMART-信号/NL
TMS F122(西屋/Norden系统/美国)
滚动弹体导弹(美国-GE)

图3 F123舰上的数据记录设备

  SASIE具备利用GPS箱数据重新建立空中目标的实际轨迹的能力,因此可以对雷达系 统的性能进行可靠的分析。通过评估曲线和航迹数据,在探测和跟踪阶段,雷达的性能 就变得显而易见了,还可以解释目标丢失的原因。

  评估11号链数据,SASIE输出可判读的STANAG5511格式的可读的形式。如果聪明地使用它,它也能反映出由于使用11号链过滤器而造成战术信息的丢失。

5.4 仿真

  在评估系统效能的时候,必须特别注意操作人员的表现。导弹发射演习表明在培训安装时为操作人员办一次培训班是不够的,有必要对操作人员进行额外的经常的舰上培训。因此,SASIE中也设计了仿真的部分。

  由于SASIE已经具备与所有重要接口的联系,修改系统以向接口中输入仿真的或以前记录过的数据并不是很困难的事。在SASIE中加入一个视频仿真器,它就可以仿真带有仿真目标的雷达系统。因此在F122护卫舰上用仿真的目标在舰上培训整个导弹交战的功能链就成为可能,同时用记录的数据来评价操作人员的表现。在F122舰上,SASIE仿真TRS-3D雷达,ESM系统FL1800,WM25火控系统部件以及导航系统,情景发生器提供仿真的目标数据。

6 德国海军使用SASIE的体会

  许多年来,德国海军一直使用SASIE,已经能够从复杂的武器系统的信息流中收集大量的数据,使整个系统性能透明,并且能详细地评估该系统。显然,以前对子系统进行的单独数据记录对处理系统级的问题是不够的。

  即使F123雷达按规范运行,SASIE也能够准确指出F123雷达系统在某一特定区域所出现的问题。这就导致生产厂家进行重大的改进。用SASIE进行数据评估的结果被转换成对F122护卫舰上雷达升级计划的需求规格书。目前该计划正使用SASIE来验证产品与合同的一致性。SASIE不仅在过去,而且在现在,对于把子系统优化集成到CDS中起很大的作用。

  在用RAM导弹系统进行导弹发射操练的过程中,SASIE发现了一个存在于FACS143A的CDS中的严重的系统软件问题,这个问题在护卫舰上同样必须解决。

  这样,德国海军所使用的SASIE系统已经证明,它在持续不断努力提高系统性能中是 一个主要的因素。SASIE的便携式型号可用于有效地评估系统性能,这也成为显而易见的 事实,但为了不断地在寿命期内进行评估以及为了分析舰船的性能,把SASIE牢固地安装 在舰船上也是必要的。