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美海军导航系统发展路线图初步分析

军鹰资讯2018-06-28 12:45:25

 

军鹰智库邀请

北京军鹰装备技术研究院平台共建邀请函

 

宋诗平   军鹰智库研究员

 

摘要:导航系统是C4I系统的组成部分,美国海军对包括导航系统在内的C4I系统采取了发展路线图进行管理方法。本文分析了导航系统在C4I系统中的定位、导航系统的采办组织以及导航系统发展路线图的组成和作用,最后提出了对我军导航装备发展的启示。

 

关键词 C4I系统    导航系统    路线图    GPNTS

 

一、美海军对C4I系统发展路线图的要求


按照海军作战部长公告[1],主管信息优势的副作战部长(CNON2/N6))负责发布C4I路线图。主管能力与资源的副作战部长(CNON8))、主管信息优势的副作战部长(CNON2/N6)),在空间与海战系统司令部、海军网络战司令部的支持下,协调相关的项目执行办公室(PEO),负责开发C4I路线图,并按两年一个周期对C4I路线图进行更新。


由于C4I系统将与海军的主要平台舰艇配套部署,研制与采购计划必须做到匹配,因此,美国海军对C4I系统的路线图提出了两条重要的要求,一是限定了纳入路线图配套C4I装备(包括导航装备)的入门条件,要求与新研舰船以及在役舰船的大型改装配套的C4I套件,应该从海军、海军陆战队以及联合项目中按照下述原则选取:由现存的基础设施所支持;②由舰船建造或改装计划经费支持,且时间进度相匹配。二是规定了路线图与财政年度装备发展需求之间的关系,要求C4I系统的基线、项目路线图以及能力计划,应支持军种《项目目标备忘录》的制定过程,而军种《项目目标备忘录》是军种需求在年度军种采办计划中的具体体现。


美军的装备发展路线图具有法律规章的强制性属性,装备发展路线图是与平台、导航装备采购计划紧密相关的,凡在新建舰艇、舰艇现代化改造中,必须从路线图包括的型谱中选择配套的导航产品。从作战需求的角度看,使用方的需求通过参谋部门(作战部牵头)主导作用,体现在装备发展路线图中,并按照每两年一个周期进行更新;平台建设所需选择配套的C4I产品,只能从其路线图中进行筛选,通过这样机制,实现了平台建设以及改造过程中的需求牵引。


C4I系统路线图的作用主要体现在如下几个方面:

1)提供C4I系统交付、维护和迁移计划;

2)构成海军现代化改造计划的基础;

3)确认满足已建在役舰船能力需求的C4I系统;

4)确认满足舰船建造和舰船改装需求的C4I系统,这些需求应与正在按照海军现代化改造计划实施的需求保持一致或者基本相同;

5)防止引入已颁布C4I系统路线图未纳入的专用系统。


二、导航系统在C4I系统中的定位


按照美国海军的划分方法,导航系统是C4I系统的组成部分,C4I系统发展路线图包括导航系统相关内容。


C4I系统路线图来具体内容包括:(1)列出C4I系统产品的目录清单,包括产品的改型;(2)显示系统(产品)随时间迁移的计划;(3)表示迁移的健康状态;(4)对C4I系统划分成能力包(系统族);(5)显示系统与平台的对应部署关系;(6)显示系统(产品)部署的健康状态。


根据C4I项目执行办公室于20103月颁布的C4I系统路线图,C4I系统划分为6个能力包,包括通信、网络、通用计算环境、通用服务、应用服务和跨域服务。对6个能力包继续划分为13个一级分组以及37个二级分组。其中定位、导航与时间服务(英文缩写为PNT)属于通用服务大类,第一级分组名称未公开,第二级分组名称为“定位、导航与时间”。如图1所示。


1 导航系统在C4I系统中的位置


按照2010年版C4I系统路线图,海军水面舰艇和飞机使用的导航装备共7种,其中WRN-6是独立的GPS接收器,以点对点方式工作;NAVSSI3型改型装备,改型2为舰载PNT设备,可接收WRN-6上报的信息,改型3是舰载综合PNT系统,改型4为舰载改进型PNT系统;GPNTS是下一代PNT服务架构,而后面两型装备主要用于海军航空兵。


三、导航系统采办的组织机构


由于导航系统覆盖面广,涉及装备类型多,已经成为一种通用应用服务。为在军种内部统一管理导航装备,美国海军将与导航装备相关的机构联合组建了导航联合体(Navigation Wholeness[4],成员包括:水面战部队、水下战部队、空战部队、导航部队、空间与海战系统司令部、C4I执行办公室(PEO C4I)以及综合武器系统项目执行办公室(PEO IWS)下属的项目办PEO IWS 1.0(负责宙斯盾系统)、项目办PEO IWS 2.0(负责海上传感器)、项目办PEO IWS 5.0(负责水下系统)和项目办的PEO IWS 6.0(负责电子导航、航迹管理、通用战术显示)。同时组建了导航高级工作组(Navigation Senior Steering Group)领导导航装备采办、需求生成和训练业务,由海军作战部下属机构—海洋空间海洋意识司与综合武器系统项目执行办公室主管任联合主席,下面划分为3个组:(1)装备组,由集成作战系统项目执行办公室下属的PEO IWS 6.0负责;(2)需求组,由海洋空间海洋意识司负责;(3)训练组,由水面战军官学校负责。


C4I执行办公室作为导航联合体的成员,其下属具体负责导航业务的项目办公室是通信与GPS导航项目办公室(PMW/A 170),该项目办公室任务是:提供和支持可互操作的、具有成本效益的通信与定位、导航与时间服务,为海上力量开展信息战提供支撑。具体组织架构如图1所示。


2 通信与GPS导航项目办公室的组织架构


导航业务主要由项目主任助理—导航负责。由于海军主要负责海军导航应用部分的装备采办,其项目分类都属于Ⅲ类采办项目。按照国防部采办系统的规定,采办类别Ⅲ一般系统[3],对于美国国防采办系统来说, 类、ⅠA类和类采办类别之外的采办项目均属于类。从管理角度看,这几类项目的差别体现在:类采办项目,定义为重大国防采办项目,其里程碑决策人是负责采办、技术与后勤的国防部副部长或者军种部长;ⅠA类项目定义为重大自动化信息系统,其里程碑决策人是国防部首席信息官或者部门采办执行官;类采办项目,定义为重大系统,其里程碑决策人是部门采办执行官,对于海军来说,就是海军助理部长(研究、开发和采办);而类采办项目,定义为一般系统,海军部规定,可以授权海军将级军官、资深军官担任其里程碑决策人。


通信与GPS导航项目办公室管理的导航相关项目包括:

1GPS定位、导航和定时服务(GPNTS);

2)海上导航战(SeaNAVWAR);

3)空中导航战(AirNAVWAR)。


四、美海军导航装备发展路线图构成


通过分析美国海军导航装备的发展路线图可以大略看出其发展趋势。OPNAVNOTE 3090所列的路线图横跨2007财年直至2017财年,本节以OPNAVNOTE 3090文件为主,但由于该文件制定时间较早,因此本节参照有关美国海军军导航装备发展的相关信息,对其发展趋势进行研判。


海军的C4I装备,包括导航装备,是与海军作战平台配套使用的,岸上部署的系统可以把岸基当作特殊的平台看待。因此,在设计系统发展路线图时,关键是要确定C4I产品部署进度与平台研制或改造的进度相匹配。如上所述,C4I系统是按照6大能力包、一级和二级组进行分类的,抽象为系统族(FoS);而海军所使用的平台数量众多,相互差异也很大,为了在路线图中描述方便,对平台也进行了分组,参照参考文献1,美国海军把作战平台划分为6大类,即兵力级、战斗群、单元级、潜艇、岸基、空中和辅助级,作战平台抽象为系统的系统(SoS)。系统族与系统的系统之间的差别体现在,系统族的一类系统中,各个单元功能相同,相互之间可以相互替代;而系统的系统中,各个单元之间功能相互独立,相互之间具有特定的信息接口,不能相互替代。按照文献1,兵力级包括多用途航母、两栖指挥舰、通用型两栖攻击舰、多用途两栖攻击舰等;战斗群包括导弹巡洋舰、导弹驱逐舰、DDG-1000、两栖船坞运输舰等;单元级平台包括导弹护卫舰、濒海战斗舰、LPD-4、船坞登陆舰、反水雷舰以及巡逻舰(PC);岸基类包括航空基地、通信基础设施、通信站、后勤机构、海军陆战队机构、气象水文机构以及机动平台等;空中类包括各种作战飞机以及直升机等;辅助类包括打捞船、潜艇救援舰、医院船、油船、干货/弹药船以及快速支援舰等。


在对C4I系统以及平台分别进行分类的基础上,就可以建立路线图了。路线图一是应当反应系统与平台之间按照一定逻辑或这时间关系进行正确的匹配;二是应确定和表征出系统与平台的状态。在美海军所创建的路线图中,系统的状态按照其所处生命周期的不同阶段来表征,以不同颜色的“条”表示,箭头表示系统的演变或者迁移方向。蓝色表示系统处于研制阶段,以系统形成初始作战能力为结束点;绿色表示系统处于生产或者部署阶段,以系统形成完全作战能力为结束点;灰色表示系统处于维护阶段,以生命周期终点为结束点。平台状态以其在未来年度计划中可能获取资助的情况为标准进行描述,是以不同颜色的“圆点”来表征的,分为4种情况,绿色为已经明确获得90%以上资金;黄色为已经获得50%-90%的资金;红色为已经获得的资金额度不足50%;紫色为资金尚未落实。对于系统应用可能出现的问题,也在路线图中要标注出来,定性地分为两档,即严重问题和中等程度问题,严重问题使用红色标注,中等程度问题使用黄色标注,可能出现系统生命周期的任何阶段。


3 GPS导航系统发展路线图


3是从文献1摘录的导航系统发展路线图,为了方便描述,图3只选用了其中从2011财年到2017财年的数据,从时间跨度上,略去了2007财年到2010财年的数据;从内容上略去了与空中平台匹配的两型装备。其中,AN/SSN-6(V)2AN/SSN-6(V)3两型系统分别于2007财年和2008财年由AN/SSN-6(V)4接替,而WRN-6AN/SSN-6(V)4计划于2014财年由GPNTS接替。从图3中可以看出,2014财年以后,美国海军舰载导航系统都迁移到GPNTS上了。


美国海军所负责的装备,集中在导航系统的用户段。其演变策略是[2]:满足导航战的需要,将海军传统上使用的型号繁杂的GPS接受器、NAVSSIAN/WRN-6(V)等装备,转化为通用的抗干扰GPS天线以及GPS定位、导航和时间服务装备(缩写为GPNTS),目标是为海军各级各类平台提供有保证的基于GPS的定位、导航和时间服务。GPNTS是美国海军下一代水面舰艇定位、导航和时间服务系统,其设计功能包括:

1)健壮的、安全、集成和可互操作的网络中心式PNT服务;

2)应用选择性应用反欺骗模块(SAASM)的GPS安全架构;

3)支持向空间信号体制(M码)的顺利迁移;

4)支持可集成其他适用PNT源的开放体系结构(OA);

5)集成多平台GPS信息的可扩展解决方案;

6)可与GPS抗干扰天线配合使用;

7)在GPS失效的环境中扩展时间保持能力。


尽管这里讨论的路线图是依据2010年的文件,但最新的报道证实,美海军业已按照路线图的规定开展装备建设[5]20162月,华盛顿技术网站报道[6],美海军准备签订维护GPNTS软件的合同,该报道介绍,GPNTS系统当时正处于开发阶段,未来计划部署于航母、导弹驱逐舰以及固定翼飞机等多种平台上,可按照用户系统规定的数据格式接收、处理和发布3维位置、速度、加速度、姿态、时间以及频率等数据。


五、对我导航装备发展的启示


通过分析美国海军导航系统路线图管理方法,可以得出如下启示:

一是强化路线图的法规强制作用。美国海军导航系统路线图(包含在C4I系统路线图中)的责任主体是负责信息优势(N2/N6)的作战部副部长,路线图反应了使用方对装备发展的军事需求,而且路线图中所列的项目,是装备采办部门开展C4I系统的依据,凡是未列入路线图中的项目,原则上是不能进行研制和采购的;


二是通过路线图强化导航系统与平台的匹配关系。通过平台可能获取经费情况以及导航系统所处生命周期阶段相互匹配,对导航统的研制、采购和维护提前进行规划,保证系统能够适应平台的建设和改造需求;


三是导航系统渗透到各个领域的装备,涉及装备种类多,平台情况复杂,管理好导航相关的装备采办、作战需求和训练,应该建立起跨越部门的组织协调机构,形成相应的工作机制;


四是导航系统逐渐从独立的、分散发展的状态,逐步过渡到基于服务的统一体制状态,例如GPNTS,定位、导航和时间将作为通用服务为不同类型平台提供服务支持。

 

参考文献

 

[1] OPNAVNOTE 3090  N2N6/10U150005 2010326

[2]Mark GloverNDIA Fall Forum 2016Brief[EB/OL]https://www.ndia-sd.org/.../3.PMW-A170_ NDIA Fall Forum 2016 Brief_OCT16.pdf2016-10-26/2017-06-08

[3]宋诗平等,美国海军采办系统项目分类及启示[J],论证与研究,2010年第1

[4]JoeReasonNavigation technology current statem,future possibilities,gaps andbarriers[EB/OL]onlinepubs.trb.org/onlinepubs/mb/2016spring/.../reason.pdf2016-06-08/2017-06-08

[5]吴小兰等译,雷声公司将为美海军提供GPNTS系统[EB/OL]www.cnshipnet.com2011-08-12/2017-06-09

[6] Matthew WeigeltSPAWAR looksto advance GPS system software[EB/OL]https://washingtontechnology.com/articles/2016/02/10/spawar-gpnts-rfi.aspx2016-02-10/2017-06-09