SMCS/AMCS潛艦指揮系統、SSCS/SM 1水面艦指揮系統

2000年代皇家海軍推出的改良型潛艦指揮系統(SMCS),稱為SMCS-NG,陸續用來升級特拉法加級核能

攻擊潛艦以及先鋒級核能彈道飛彈潛艦。

Type 45飛彈驅逐艦的作戰室(Operation Room),可以看到CMS 1戰鬥管理系統的工作站,顯控台採用

橫向三平面顯示器、鍵盤、觸控面板等介面。

(上與下)Type 45的CMS 1戰鬥管理系統的三平面顯控台佈局。三個顯示器中,中間是LPD,左邊顯示狀態資料,

右邊顯示作戰資料;而中間LPD顯示器下方則是供人員輸入的觸控屏以及QWERTY鍵盤。

 

──by captain Picard


 

潛艦指揮系統(SMCS)

裝備艦艇:特拉法加級、快速級核能攻擊潛艦,先鋒級彈道飛彈潛艦、擁護者級柴電攻擊潛艦

在1980年代初期,皇家海軍發出一個編號為 SR(S)7566的需求案,為現有的快捷級(Swiftsure class)、特拉法加級(Trafalgar class)核能攻擊潛艦以及規劃中的先鋒級(Vanguard class)核能彈道飛彈潛艦發展一種新的整合指揮管理系統。在1983年,皇家海軍同時與Gresham-CAP(由CAP Scientific與Gresham-Lion合資而成)以及佛蘭提(Ferranti)簽約,進行潛艦指揮系統(Submarine Command System,SMCS)的可行性研究。

在1984年,CAP Scientific與佛蘭提都獲得計畫定義合約,並在1985年完成。在1986年12月,皇家海軍在前述兩個公司的提案中選擇了CAP Scientific,SMCS的研製就此展開。皇家海軍在1986年4月就訂購14套SMCS,在1994年5月又進一步訂購9套。在1991年時,CAP Scientific併入了Dowly Sema,成為Dowly-CAP,後來成為阿勒尼亞.馬可尼公司(Alenia Marcon System,AMS), 之後併入BAE System成為BAE Systems整合系統科技(Integrated System Technologies,INSYTE)。

SUCCESSOR系統

SMCS是基於一系列稱為連續作戰需求潛艦/船艦指揮控制評估系統(Submarine/Surface Ship Command and Control Evolutionary System for Successive Operational Requirements,SUCCESSOR)的軟/硬體模組系列構築而成。SUCCESSOR採用分佈式的系統架構,由多個分擔不同工能的節點構成,具有良好的擴充/裁減彈性與可靠度,並提供充裕的計算、顯控能力以及較易於操作的人機介面,系統架構能滿足客戶現有以及日後的需求。SUCCESSOR的系統設計要求能盡可能讓最多的工作同時處理,提功高性能、提高冗餘性並降低系統資源瓶頸(bottlenecks)。

SUCCESSOR的節點由軟體驅動的多功能顯控台(multifunction console,MFC)構成,各節點之間以光纖區域網路(fibre-optic LAN),區域網路使用的傳輸協議是依照IEE 802.5標準(基於Token Ring來決定各節點式否有權力發出信息)的J+S 海軍作戰系統主線(Marine Combat System Highway,CSH),頻寬3MHz(實際使用2MHz)。 此外,SUCCESSOR系統還提供閘道(gateway)作為與艦上感測、武器系統連結的介面,因為並不是每個SUCCESSOR的節點都需要連上CSH;這種閘道功能包含介面轉換、預處理、資料過濾處理等,採用冗餘配置來確保可靠性。

SUCCESSOR的多功能顯控台由Racal Radar Defence Systems開發,每個顯控台都具有Dowty Maritime Systems的Gresham Division提供的Multibus II 32位元資料匯流排(databus)。此種多功能顯控台擁有資料匯流排、I/O、節點服務卡、兩張圖形顯示卡以及容量60MB的硬碟,最初採用的處理器選項包括商規的Intel 80386/80486、Motorola 68040等,日後實際裝艦(包括英國自用與出口)則通常使用更新、更快速的Pentium I;而對於某些工作負擔較重的顯控台,例如負責目標動態分析(Target Motion Analysis,TMA)者,就使用nmos T800高速(指令執行速率10MIPS)transputer處理器陣列來輔助中央處理器。SUCCESSOR的圖形顯示以Motorola 68040微處理器來提供運算能力。SUCCESSOR的顯控台使用單一的20吋(50.8cm)矩型高解析度彩色顯示器,稱為Labelled Plan Display(LPD),可顯示雷達、聲納、光電感測器影像等艦載感測器的資料,而戰術數據以文字、選單等方式呈現。SUCCESSOR的軟體以美國軍方的ADA語言撰寫,軟體架構由SUCCESSOR核心搭配不同的應用軟體、分散式資料庫管理系統構成,使各種資料處理作業快速而可靠。

SUCCESSOR的人機介面(human-machine interface,HMI)採用物件導向設計,整個互動介面設計是基於一系列嚴謹的操作者工作負擔分析。提供操作人員的輸入介面包括一種可觸控的電致發光顯示器(Electroluminescent Display,ELD)、圖形板、QWERTY佈局的鍵盤、特殊功能按鍵、軌跡球等,操作方式包含直接互動(direct interaction)、操作視窗、指示與點擊(point-and-click)選擇、彈出式選單等。

SMCS發展演進

SMCS的開發始於1986年,這是當年規模最大的ADA語言系統研發案。第一套SMCS系統在1990年中安裝在一個岸基設施, 第一套艦載SMCS於1992年安裝於首艘先鋒級彈道飛彈潛艦先鋒號(HMS Vanguard S28)上。SMCS採用多處理器/開放式架構,大量使用商規組件(COTS), 程式由美國軍規ADA語言撰寫;系統核心包括中央處理節點(Central Services Node)以及負責當作感測、武器等次系統介面的輸入/輸出節點(Input/Output Node),中央處理節點擁有多處理器,以二餘度冗餘(dual redundant)模式運作(處理器間以光纖區域網路互相連結),具備故障容忍能力 。相較於過去皇家海軍的潛艦射控系統,SMCS的資料處理系統提高約20倍,而硬體購置費用與壽命週期維護成本卻降低許多。

SMCS系列分為數種構型,其中 為先鋒級提供的是SMCS-V,這是最早的SMCS;為快捷級的構型稱為SMCS-S,為特拉法加級提供的是SMCS-T,為擁護者級(Upholder class)柴電攻擊潛艦提供的是SMCS-U,又稱為KAFS潛艦作戰情報與射控系統 ;為特拉法加級、快捷級提供的SMCS是「快捷級與特拉法加級最終改良計畫」(Swiftsure and Trafalgar Update Final Phase,S&TFP)的主要項目之一。SMCS-V隨著第一艘先鋒級彈道飛彈潛艦先鋒號(HMS Vanguard S28)在1993年8月正式服役;第一艘加裝SMCS-S的是快捷級的皇權號(HMS Sovereign S108),第一艘加裝SMCS-T的特拉法加級是特拉法加號(HMS Trafalgar S107),這兩艦都在1994年完成改裝工程。在1993年,皇家海軍決定放棄柴電潛艦部隊,將四艘擁護者級封存,因此SMCS-U就被取消。

先鋒級使用的SMCS-V為此系統的第一代,使用的中央處理器為Intel 80386,每個處理器都有各自的ADA執行環境。而特拉法加級、快捷級的SMCS版本維持相同的雙冗餘中央處理核心( 仍採用Intel 386處理器)架構,但顯控台採用UNIX Solaris作業系統的SPARC處理器,擴大而了COTS商規組艦的應用範圍;而如何以讓UNIX順利執行原本的ADA程式語言環境並達成足夠的真時性,以及Intel/SPARC處理器並存的整合,就成為技術上的最大課題 。而為了配合戰斧飛彈,特拉法加級、快捷級的SMCS戰術資料系統增加了一個小型介面設備來連接戰戰斧飛彈射控系統(TWCS)。

在1996年,皇家海軍對特拉法加級與快捷級展開壽命中期升級(Mid-Life Update)計畫,其中分別將SMCS的軟體升級為5.1與5.2版。在2000年,英國國防採購局(Defence Procurement Agency,DPA)為最後兩艘進行升級的特拉法加級購置二套SMCS系統(軟體為5.0版),以完成這一階段的快捷級、特拉法加級升級作業(稱為SSN Update 1),然而此時SMCS的部分硬體已經面臨過時以及商源消失問題。因此,皇家海軍在2001年初提出SMCS的進一步升級方案,以商規現成產品(commercial, off-the-shelf,COTS)替換原本SMCS中的過時組件;這項概念在2001年底完成驗證,成為SMCS-NG(Next Generation),第一套SMCS-NG在2004年中旬隨著改裝完成的特拉法加級潛艦托貝號(HMS Torbay S90)進入服役,隨後所有先鋒級、特拉法加級都將SMCS升級為SMCS-NG。總計在2004年11月到2005年4月,英國國防部(UK Ministry of Defence)總共與BAE System簽署價值2450萬英鎊(約4300萬美元)的合約,提供至少11套SMCS-NG來裝備皇家海軍的各型核能潛艦。

機敏級戰鬥管理系統(ACMS)

裝備艦艇:機敏級核能攻擊潛艦

皇家海軍發展下一代的機敏級(Astute class)核能攻擊潛艦(最初稱為特拉法加第二批)時,也將SMCS-NG作為開發機敏級戰鬥管理系統(Astute Combat Management System,ACMS)的參考對象。機敏級核能攻擊潛艦的ACMS系統使用UNIX基礎的作業系統,軟體以美國軍規ADA以及商規C來撰寫,顯控台包含兩個大型液晶平面顯示器(LCD)。

AMS由阿勒尼亞.馬可尼公司(Alenia Marconi Systems)研製(爾後成為BAE System),其操縱軟體於2002年7月由廠方接收。ACMS是一種高度整合、採用開放式架構的系統,負責整合所有感測系統傳來的資訊,並將真時的資料顯示於艦上各操控台,此外還整合有射控與武器系統 。原本SMCS的中央處理節點採用多Intel處理器、顯控台為使用Unix Solaris作業系統的SPARC處理器,ACMS則同樣以SPARC處理器取代原本的中央核心(仍維持雙冗餘結構),實現了系統完全Unix/SPARC化,使得整合工作變得更加容易。

水面船艦指揮控制系統(SSCS)

裝備艦艇:Type 23巡防艦、維多利亞堡級快速戰鬥支援艦

Type 23巡防艦的船艦指揮管制系統(SSCS)的模擬訓練設施。可以看到顯控台佈局,

配置了鍵盤、特別功能按鍵、軌跡球等介面。

在1987年4月,皇家海軍提出編號SR(S)7874的需求案,為正在建造的Type 23公爵級巡防艦開發新型的指揮管制系統(Type 23服役初期使用較舊的CACS 4型);然而,獲勝的廠商普萊西海軍系統(Plessey Naval Systems)後來卻宣布無法滿足計畫時程的需求,因此皇家海軍只好在同年8月展開新的投標,爾後由Dowty、Gresham-CAP以及Racal組成的團隊得標。在1989年8月9日,皇家海軍與Dowty、Gresham-CAP以及Racal正式研發和產製合約,開發供Type 23巡防艦使用的水面船艦指揮管制系統(Surface Ship Command System,SSCS),又稱為Outfit DNA1作戰系統(即SSCS-T23) ;此外,也為正在建造的維多利亞堡級(Fort Victoria class)快速戰鬥支援艦提供SSCS-AOR( 當時稱Outfit DNA 2)指揮管制系統,價值1.5億英鎊。 與潛艦使用的SMCS相同,SSCS同樣基於SUCCESSOR軟/硬體架構發展而成。

SSCS以Ferranti公司的FM2400電腦架構為基礎,取代舊型CACS-4的FM 1600電腦架構。SSCS的應用處理器為Intel 80386(後來則升級為80486),並搭配Motorola 80386顯示處理器,軟體由美軍軍規ADA語言撰寫。SSCS/Outfit DNA的多功能顯控台(MFC)整合了通用服務節點( common service node),人機介面包含QWERTY鍵盤、軌跡球、特殊功能按鍵以及顯單顯示等。一般而言,Outfit DNA1系統總共擁有280個處理器,軟體有150萬行。

Type 23巡防艦的Outfit DNA系統由12個多功能顯控台組成,包括主要水下/水面作戰(Principal Warfare Officers Underwater and Above Water)、反潛圖像處理指揮(ASW Picture Compiler and Director)、航空管制( Aircraft Controller)、空中圖像監視與處理(Air Picture Supervisor and Compiler)、戰術圖像監視(Tactical Picture Supervisor)、水面圖像監視(Surface Picture Supervisor)、水面圖像低階監視(Surface Picture Junior Compiler)、電子作戰指揮(Electronic Warfare Director)、飛彈/火砲指揮(Missile/Gun Director)等,各顯控台之間直接以雙冗餘度光纖乙太網路(Ethernet)連結。在Type 23巡防艦的作戰室(Operations Room)中還有Mk.8 4.5吋艦砲顯控台、魚叉反艦飛彈顯控台、兩個Type 2050型聲納顯控台、一個彩色戰術顯示器等,但這些並不在Outfit DNA系統中。之後作戰室還增加了一個指揮輔助系統的終端。

第一艘完工時就裝備Outfit DNA1的Type 23巡防艦是威斯敏斯特號(HMS Westminster F237),而第一艘在回廠維修時加裝Outfit DNA1的Type 23巡防艦是在1994年上半進行改裝的蒙塔羅斯號(HMS Montrose F236)。在1997年,Type 23的Outfit DNA1作戰系統軟體完成Phase 3,整合了艦上的軟殺(電子戰)與硬殺(武器系統)能力,包含GWS.26海狼防空飛彈系統的自動化作業程序 (取代原本海狼飛彈系統的獨立顯控台);接下來的Phase 4則在1997年底於Type 23的蘭開斯特號(HMS Lancaster F229)進行測試,此階段結合雙向的Link 11資料鏈,並與被動聲納系統完成整合。Outfit DNA1達成全功能的Phase 5軟體在1998年進行了測試, 具備完整的指揮訓練與計畫功能,能紀錄每一個動作並重播。隨後的Issue 2軟體在2004年交付,將SUCCESSOR敵我識別(SUCCESSOR Identification Friend-or-Foe,SIFF)系統整合入Outfit DNA1中。

在2003年9月,AMS宣布獲得價值1370萬英鎊的合約來升級Type 23的Outfit DNA1作戰系統,升級後稱為Outfit DNA2。此項工作在2005年1月完成工程發展,與新的Type 2087低頻主/被動拖曳陣列聲納以及Outfit DLH主動式誘餌系統,在2006年部署。Outfit DNA2引進新的COTS商規組件來汰換過時硬體,並新增狀況分析(situation assessment)、戰術圖像編輯( tactical picture compilation)、平台/武器系統整合指揮控制、整合導航/航行操控能力(含零視線駕駛操作能力)、更新人機介面等,新版的軟體稱為Issue 3,以ADA 95程式語言撰寫。Outfit DNA 2升級作業分階段更新硬體,最先的Batch 1安裝於基於Pentium D處理器,此項改良涵蓋Type 23的蒙塔羅斯號(F236)與威斯敏斯特號(F237),以及位於費爾漢(Fareham)的海上作戰學校(Maritime Warfare School)的水面艦訓練設施科林伍德號(HMS Collingwood);Batch 2使用Core™2 雙核心處理器,並使用AMS提供的COTS商規硬體升級,加強了與Type 45飛彈驅逐艦的作戰系統(CMS-1)組件的通用性,安裝於Type 23的HMS Argyll等。

皇家海軍也計畫引進新的共享計算環境(Shared Computing Environment,SCE),成為所有水面艦艇指揮控制系統的共同運算處理架構。SCE使用各系統能共通的計算硬體來執行不同的處理工作,能有效降低船艦計算硬體的成本。SCE之中的一項子計畫是Outfit DNA 2的行動資料自動武器系統(Action Data Automated Weapons System,ADAWS)。第一艘引進SEC的是海洋號(HMS Ocean L12)兩棲攻擊艦,隨後則裝備於兩艘阿爾賓級(Albion class)船塢登陸艦上,之後會陸續推展到Type 23巡防艦、Type 45飛彈驅逐艦、CVF伊莉莎白級航空母艦以及Type 26巡防艦上。

戰鬥管理系統一型(CMS 1)

裝備艦艇:Type 45飛彈驅逐艦、百眼巨人號航空訓練/醫療船、克萊德河號巡邏艦

勇敢級的CMS 1作戰系統的三平面顯示器工作站。

在1997年9月皇家海軍與英國陸軍裝備展(Royal Navy & British Army Equipment Exhibition)上,BAe-SEMA (後來成為BAE Defence Systems) 提出一種以SSCS為基礎的自費研究新系統,稱為SSCS-21,使用COTS硬體。爾後,BAE繼續以SSCS-21為基礎,開發供Type 45勇敢級(Daring class)飛彈驅逐艦使用的戰鬥管理系統一型(Combat Management System 1,CMS 1)。CMS 1由BAE System旗下的戰鬥與雷達系統公司(Bae System Combat and Radar System)與義大利阿勒尼亞.馬可尼公司(Alenia Marcon System,AMS,後成為BAE Systems Insyte),合約價值5000英鎊。CMS 1由指揮系統(Command System,CS)與其他若干戰鬥系統裝備(Combat System Equipment,CSE)等部件組成,採用分散式架構,透過BAE System與AMS開發的資料傳輸系統(Data Transfer Systems,DTS)與艦上各系統連結,作業系統也是商規的Microsoft Windows。 這套戰鬥系統將擁有極高的整合度,把全艦所有的武器與感測器整合在一起運作,獲得最高的戰鬥效率。

隨後,皇家海軍又在2005年與BAE簽約發展簡化版的CMS-1,隨後配合2007年百眼巨人號(RFA Argus A135)航空訓練/醫療船的中期維修工程裝上該艦,此外也用於2007年服役的修改版河流級(River class)巡邏艦克萊德號(HMS Clyde R257)。此後,BAE也以DNA 2/CMS-1為基礎,開發Type 26全球作戰船艦(Global Combat Ship)的作戰系統。

在2003年8月,AMS公司首度首度交付CMS的功能軟體給Type-45主合約辦公室。CMS 1的軟體交付計畫分為8個階段,每個階段間隔約6至9個月;其中,在2005年初交付的2.1.0版首度具備全部PAAMS與長程搜索雷達(Long Range Radar,LRR)功能,而在2005年11月交付的2.2.0版軟體則用於整合開發工作。在測試階段的指揮系統(CS)包含8個迷你顯控台,使UKAMS能進行PAAMS的指揮管制與武器控制功能的整合開發工作。CMS軟體原訂在2005年6月進行最終交付,但這個進度延遲了約2年。在2003年9月,AMS將資料傳輸系統(DTS)的軟體交付Type-45主合約辦公室,以配合其他戰鬥系統組件的測試工作;除了交付UKAMS進行開發工作之外之外,也交給 朴次茅茲的海事整合與支援中心(Maritime Integration & Support Centre,MISC)地面測試設施。在2003年下旬,氣象與導航系統(meteorological and navigation systemMETOC)軟體交付MISC,不過部分系統在2003年9月仍在廠方驗收測試(Factory Acceptance test),導致交付進度落後。原訂系統整合開發工作應在2003年10月完成,並在2004年交付。

Type 45飛彈驅逐艦作戰室,可看到多個CMS-1戰鬥管理系統的工作站。

Type 45驅逐艦的火砲、光電射控系統顯控台。

CMS-1的工作站使用三平面顯示器佈局(中間是LPD,左邊顯示狀態資料,右邊顯示作戰資料),處理器設置在與顯控台獨立的機櫃中,各節點以三重冗餘的光纖快速乙太(Ethernet)區域網路連結。此外,CMS-1每個工作站的人機介面包含正面一個較小的觸控屏,位於中央。

Type 45的CMS 1系統在作戰室(Operations Room)裡至少有25個顯控台,包含PAAMS防空飛彈系統的武器顯控台。 而在百眼巨人號上,簡化的CMS-1只有五個顯控台,而克萊德河號的CMS-1只有一個顯控台。

 

韓國版:SSCS Mk 7(KDCOM-I/II)

裝備艦艇:KDX-1廣開土大王級驅逐艦、KDX-2忠武公李舜臣級飛彈驅逐艦

在1994年5月,BAe-SEMA宣布獲得韓國海軍的合約,提供三套SSCS Mk.7戰鬥系統給韓國的三艘KDX-1廣開土大王級驅逐艦, 合約價值8848萬美元;其他參與競標的包括德國STN Atlas電子公司的COSYS 200K1系統等。在這項合約中,BAE將SSCS MK.7技術轉移給韓國,並授權韓國三星生產以及進一步修改,並稱為KDCOM-I。依照合約,裝備於KDX-1首艦的第一套KDCOM-I的戰系軟硬體仍由英國原廠產製,而第二套系統開始會 引進韓國三星電子生產的硬體(三星電子後來成為三星-特拉斯(Samsung Thales Co Ltd))。

在1999年2月,BAE System宣布獲得韓國價值4600萬英鎊(7400萬美元)的合約,與韓國合作開發KDCOM-II作戰系統,安裝在三艘KDX-2忠武公.李舜臣級飛彈驅逐艦上。在2002年10月,BAE System又獲得韓方價值3500萬英鎊的合約,為KDCOM進行升級。

KDCOM-I採用全分散架構,包含8個多功能顯控台,透過光纖區域網路連結各顯控台與艦上各種偵蒐、射控、武器系統連結,並整合美規Link-11資料鏈;2個荷蘭Signnal提供的MOC顯控台(屬於SIGHT系列)結合艦上的Signnal STIR射控雷達系統,用來導引艦砲與防空飛彈。SSCS Mk 7全系統總共有約100個分散的處理器,其I/O節點與原版SMCS相似,但不只與多功能顯控台連結,也能與其他週邊設備連結,包括檢測維護設施、接觸評估繪圖等,此外還有一個艦橋顯示器。在應用處理器中,17張卡裡有13張與SMCS共通。BAe-SEMA表示,韓國的KDCOM與皇家海軍使用的Outfit DNA系統的軟體共通性達60%。SSCS Mk 7戰系的軟體採用美國軍規ADA語言編寫,程式總共有100萬行左右。

供KDX-1廣開土大王級使用的KDCOM-I系統的節點,包括指揮/主要作戰官( Commander/Principal Warfare Officer)、防空作戰官(AAW Officer)、空中圖像監視(Air Picture Supervisor)、水面作戰官(Anti-Surface Warfare (AsuW) Officer)、水面圖像監視(Surface Picture Supervisor)、反潛作戰官(Anti-Submarine Warfare (ASW) Officer)、航空管制員(Aircraft Controller)以及戰術繪圖、資料鏈伺服器(Tactical Plot/Datalink Server)等,全部由Signnal的高速資料總線(Signaal Data Highway)連結。在KDX-2飛彈驅逐艦使用的KDCOM-II又增加兩個專門用於控制標準SM-2防空飛彈系統的顯控台,以及一個獨立的反潛顯控台;標準SM-2飛彈顯控台以模擬卡來執行SM-2飛彈的武器指揮系統(WDS)MK-14的軟體,並結合飛彈中途導引階段所需的資料上/下鏈傳輸功能。