李 燁

（海軍裝備研究院 北京 100161）

1 引言

艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)是指艦艇平臺上用于執(zhí)行警戒、跟蹤、目標識別、數(shù)據(jù)處理、威脅估計及控制武器完成對敵作戰(zhàn)功能的各要素及人員的綜合體［1～3］。

本文對美海軍驅逐艦作戰(zhàn)系統(tǒng)的典型代表“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)、DDG1000級艦作戰(zhàn)系統(tǒng)，以及美航母作戰(zhàn)系統(tǒng)的指控系統(tǒng)（NTDS、SSDS）進行了介紹、分析，探討了美海軍艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

2 驅逐艦作戰(zhàn)系統(tǒng)

2.1 “宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)

“阿里·伯克”級的“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)是第二代典型的驅逐艦作戰(zhàn)系統(tǒng)，其原名“先進艦用導彈系統(tǒng)”（ASMS），是美國海軍基于在嚴重干擾下，對前蘇聯(lián)海軍以多枚超音速反艦導彈同時襲擊航母戰(zhàn)斗群的預測，發(fā)展的用于防空指揮和武器控制的作戰(zhàn)系統(tǒng)。

“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)的核心由五大系統(tǒng)組成：SPY－1相控陣雷達系統(tǒng)、MK1 指揮決策系統(tǒng)、MK1 顯示系統(tǒng)、MK1武器控制系統(tǒng)、MK1戰(zhàn)備檢測系統(tǒng)（ORTS）。其中，SPY－1相控陣雷達是作戰(zhàn)系統(tǒng)的核心，其能探測跟蹤200個以上的目標，計算武器的發(fā)射參數(shù)，并向飛行中的SM－2導彈發(fā)送修正指令；MK1指揮決策系統(tǒng)是全艦的指控中心，負責建立戰(zhàn)術原則，顯示處理傳感器數(shù)據(jù)，做出敵我識別、威脅判斷、指定目標優(yōu)先順序和火力分配，協(xié)調(diào)控制整個作戰(zhàn)系統(tǒng)的運行；MK1武器控制系統(tǒng)負責按照MK1指揮決策系統(tǒng)的作戰(zhàn)指令，對武器系統(tǒng)實施目標分配、攔截計算、指令發(fā)射和導彈引導等功能，連接管制MK99導彈火控系統(tǒng)、MK86艦炮火控系統(tǒng)、SQQ－89／MK116 水下火控系統(tǒng)，其所有數(shù)據(jù)也都反饋給指揮決策系統(tǒng)；ORTS主要負責對整個作戰(zhàn)系統(tǒng)的監(jiān)視、自動故障檢測和維護，由小型計算機和顯控臺組成。圖1為“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)信息流程圖。

圖1 “宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)的信息流程

以對空作戰(zhàn)任務系統(tǒng)“AAW MISSION AREA”為例，其是由“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)中與對空相關的傳感器、指揮決策和武器系統(tǒng)組成。其中，傳感器包括AN／SPY－1 系列相控陣雷達、EWS（Electronic Warfare System），指揮決策包括ADS（AEGIS Display System）“宙斯盾”顯示系統(tǒng)、C＆D（Command and Decision）指 揮 與 決 策 系 統(tǒng)、WCS（Weapons Control System）武器控制系統(tǒng)和FCS（Fire Control System）火控系統(tǒng)。武器包括CAP 作戰(zhàn)飛機、SM2（Standard Missile 2）標準導彈、GWS（Gun Weapon System）艦炮武器系統(tǒng)、PWS（Phalanx Weapon System）“密集陣”武器系統(tǒng)［4］。

“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)對空作戰(zhàn)指揮關系是“集中指揮、方面組織、三級管理”，具體如圖2所示。其中，主要參與作戰(zhàn)人員包括：AAWC（對空戰(zhàn)協(xié)調(diào)官）、MSS（導彈系統(tǒng)主管）、AIC（空中攔截操作員）、RSC（雷達系統(tǒng)操作員）、GFCS（火炮控制主管）。

圖2 “宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)對空作戰(zhàn)指揮關系示意圖

圖3 “宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)對空作戰(zhàn)指揮控制流程

“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)對空作戰(zhàn)指揮控制流程如圖3 所示，其主要流程為：1）目標搜索、探測，由RSC 雷達系統(tǒng)操作員／SPA、CSC 作戰(zhàn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)官負責；2）目標跟蹤，由RSC雷達系統(tǒng)操作員／SPA 負責；3）目標識別與威脅評估，由IDS目標識別主管負責；4）武器選擇，由AAWC 對空戰(zhàn)協(xié)調(diào)官、WCS（武器控制系統(tǒng)）／RCP（CIWS）負責；5）武器發(fā)射，由MSS導彈系統(tǒng)主管／WCS（武器控制系統(tǒng)）、CIWS負責；6）攻擊效果評估，由WCS、RSC雷達系統(tǒng)操作員、CIWS負責；7）攻擊效果判斷，由AAWC 對空戰(zhàn)協(xié)調(diào)官、CIWS負責［5］。

2.2 DDG1000級艦作戰(zhàn)系統(tǒng)

DDG1000級艦是美海軍為適應21世紀海上作戰(zhàn)需求于21世紀初開始研制、建造的一型側重對陸攻擊和水面打擊能力的多用途艦，首艦“朱姆沃爾特”號計劃2017年服役，采用內(nèi)傾穿浪船型和綜合電力系統(tǒng)，滿載排水量超過14000噸，最大航速超過30節(jié)［6］。

DDG1000級艦作戰(zhàn)系統(tǒng)采用開放式結構，由S／X 雙波段雷達、艦殼傳感器基陣、光電／紅外設備、電子支援設備等傳感器，先進垂直發(fā)射裝置、先進艦炮（AGS）、近程艦炮等武器和發(fā)射裝置，以及為全艦提供公共計算與服務支持的“全艦計算 環(huán)境”（TSCE，Total Ship Computing Environment）和構建在其上的全艦指揮控制中心組成，如圖4 所示。

圖4 DDG1000級艦作戰(zhàn)系統(tǒng)結構示意圖

圖5 為DDG1000 級艦作戰(zhàn)系統(tǒng)連接關系示意圖。DDG1000級艦的作戰(zhàn)系統(tǒng)具有下述主要特點：

1）配裝了由S波段有源體搜索相控陣雷達和X 波段有源多功能相控陣雷達組成的雙波段雷達系統(tǒng)，實現(xiàn)了系統(tǒng)在這兩個電磁波頻段上同步工作、資源共享。

圖5 DDG1000級艦作戰(zhàn)系統(tǒng)連接關系示意圖

2）采用開放式體系架構，其全艦計算環(huán)境支持包括警戒探測、作戰(zhàn)指揮、武器控制等在內(nèi)的艦上系統(tǒng)的集成，使各類系統(tǒng)相互支援，相關人員大幅減少，并方便了系統(tǒng)升級。據(jù)報道稱，其相對于阿利·伯克級驅逐艦DDG79人員減少63%。同時，該型艦的傳感器、武器、艦船駕控設備也趨于小型化、標準化和自動化。

3）配裝的MK－57先進垂直發(fā)射系統(tǒng)采用創(chuàng)新性的舷側安裝布置方式，有效提高裝載能力；垂直發(fā)射系統(tǒng)舷側安裝在內(nèi)外層艦體間，遠離艦體重要區(qū)域，提高了艦艇生存能力；該系統(tǒng)以4管為一個模塊，提高了布置的靈活性。

4）該級艦在機庫頂左右舷各布置了1 座具備反導和反快艇能力的57mm／70倍徑MK－110艦炮作為近防武器系統(tǒng)，提升了近海作戰(zhàn)時對抗小型艦艇的能力。

5）采用集成復合上層建筑和孔徑結構將雷達和通信等天線集成于一體化上層建筑中，減少了甲板上的暴露物；同時，采用穿浪型內(nèi)傾單體船型，有效增強艦艇隱身性。

3 航母作戰(zhàn)系統(tǒng)

現(xiàn)役航母中以尼米茲級航母作戰(zhàn)系統(tǒng)為例，其指控系統(tǒng)由NTDS／ACDS構成，最新升級為SSDS艦艇自防御系統(tǒng)；探測系統(tǒng)由AN／SPS－48E 三坐標雷達、SPS－49E 對空雷達、MK－23目標獲取系統(tǒng)等組成，將升級為立體搜索雷達、多功能相控陣雷達；武器系統(tǒng)由“海麻雀”點防御系統(tǒng)和MK－15“密集陣”近防武器系統(tǒng)構成，將升級為改進型“海麻雀”導彈和滾動彈體導彈等。由于指控系統(tǒng)是集成武器、通信、探測的核心裝備，體現(xiàn)了作戰(zhàn)系統(tǒng)的集成方式，在此主要介紹NTDS、SSDS兩代指控系統(tǒng)。

3.1 NTDS海軍戰(zhàn)術數(shù)據(jù)系統(tǒng)

NTDS（Navy Tactic Data System）采用集中式體系結構，主要由一個數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、一個顯示器系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳送設備等構成［7］。NTDS系統(tǒng)的組成及輸入輸出如圖6、圖7所示。

圖6 NTDS系統(tǒng)組成示意圖

圖7 NTDS系統(tǒng)輸入輸出示意圖

NTDS系統(tǒng)的主要功能包括：1）通過各種探測器、預警飛機、巡邏機等采集空中、海上、水下乃至陸上的動態(tài)、靜態(tài)信息，并對此進行快速精確的信息處理和顯示，為各級指揮人員提供戰(zhàn)術決策依據(jù)；2）指揮和控制艦載飛機的起、降，并引導艦載飛機在半徑50海里空域內(nèi)攔截空中、海上來襲目標，以及引導反潛直升飛機對水下敵方潛艇等進行搜索和攻擊；3）組織和協(xié)調(diào)對戰(zhàn)斗群的電子戰(zhàn)設備、導彈等軟硬武器進行對作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)目標指示和目標分配；4）為艦上指揮人員和參謀人員提供實時指揮控制手段。圖8為NTDS系統(tǒng)信息流程圖［8］。

NTDS系統(tǒng)的技術特點有以下四點：

1）采用集中式體系結構；2）采用標準化顯控臺；3）重視軟件的改進升級；4）重視數(shù)據(jù)傳輸鏈。

圖8 NTDS系統(tǒng)信息流程圖

3.2 SSDS艦艇自防御系統(tǒng)

艦艇自防御系統(tǒng)SSDS（Ship Self－Defense System），是美軍目前艦艇新型綜合防御系統(tǒng)的典型代表，是美國海軍首個基于開放體系結構計算機環(huán)境（OACE）開發(fā)的系統(tǒng)及最大的優(yōu)先發(fā)展項目，體現(xiàn)了一體化信息基礎設施和軍事綜合電子信息系統(tǒng)建設的思想。

廣義的SSDS系統(tǒng)包含傳感器系統(tǒng)（IRST 和TISS系統(tǒng)、MFR 多功能雷達、SPQ－9B雷達），指控系統(tǒng)，武器系統(tǒng)（軟殺傷武器、硬殺傷武器）等［9］。裝備形態(tài)的SSDS系統(tǒng)是新型的指揮控制系統(tǒng)，包括控制模塊、識別模塊、跟蹤模塊和決策模塊［10］，由軟件和商用成品硬件（COTS）組成，具有快速反應交戰(zhàn)能力（Quick Reaction Combat Capability，QRCC）。圖9為SSDS系統(tǒng)結構示意圖。

圖9 SSDS系統(tǒng)結構示意圖

SSDS艦艇自防御系統(tǒng)具備以下特點：

1）提供一體化的從探測到交戰(zhàn)的能力，并通過集成現(xiàn)有的艦載資源增強了全艦的防御能力，縮短了反應時間。

2）SSDS系統(tǒng)采用基于商用產(chǎn)品（COTS）的UYK－70顯示系統(tǒng)、光纖局域網(wǎng)技術和冗余分布式結構，在易用性、容錯性、可擴展性、系統(tǒng)反應時間及成本方面表現(xiàn)較好。

3）SSDS系統(tǒng)符合開放體系結構的計算機環(huán)境（OACE）要求，自身的軟件也是由C、C＋＋和Ada的分布式軟件模塊組成，操作系統(tǒng)是基于X86架構的LynxOS系統(tǒng)。

4）SSDS系統(tǒng)采用多傳感器集成算法綜合多個不同傳感器的輸入信息，建立目標航跡。

5）SSDS系統(tǒng)采用轉換規(guī)則和貝葉斯置信網(wǎng)絡作為武器調(diào)度的戰(zhàn)術決策引擎。

4 美海軍艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展趨勢分析

根據(jù)對上述美海軍艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)和指控系統(tǒng)的分析，歸納其發(fā)展趨勢為：

1）單平臺多傳感器向一體化方向發(fā)展，多型武器采用通用共架垂直發(fā)射技術

DDG1000級艦作戰(zhàn)系統(tǒng)實現(xiàn)了雷達、通信、電子偵察等裝備的一體化設計，據(jù)報道其S＋X 雙波段雷達可實現(xiàn)以往艦上6～10部雷達的功能，能夠完成態(tài)勢感知、空中控制、跟蹤識別、炮位探測、水面搜索、武器控制和著艦引導等多種任務。

通用共架垂直發(fā)射系統(tǒng)具有發(fā)射率高、儲彈量大、全方位發(fā)射、通用性好、生存力強等優(yōu)點。Mk41垂直發(fā)射系統(tǒng)可發(fā)射“標準”、“海麻雀”、“戰(zhàn)斧”和“阿斯洛克”等多種導彈，提升了履行多任務的作戰(zhàn)能力。同時，其垂直發(fā)射系統(tǒng)和導彈布置在甲板下，便于艦艇提升隱身性能和生存能力。Mk41垂直發(fā)射系統(tǒng)已經(jīng)與十余種不同級別的艦艇，以及十余種武器進行了一體化設計，成為最廣泛應用的通用垂直發(fā)射系統(tǒng)；DDG－1000的MK－57“先進垂直發(fā)射系統(tǒng)”（Advanced／Peripheral Vertical Launch System，AVLS／PVLS），有以下五點優(yōu)勢：（1）開放式結構，易于新導彈上艦；（2）具有發(fā)射大型、重型導彈能力；（3）大量采用電子模塊；（4）廢氣管理系統(tǒng)先進；（5）系統(tǒng)安裝在DDG－1000級艦的舷側周邊，可以降低系統(tǒng)遭受攻擊后對本艦的危害。

2）基于開放式體系結構進行系統(tǒng)集成，其硬件標準化、軟件構件化

NTDS、“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)是緊密耦合的，其軟件和硬件結合在一起。DDG1000級艦作戰(zhàn)系統(tǒng)采用開放式體系結構作為共同技術架構進行集成，將軟件從硬件中分離，易于系統(tǒng)升級。全艦計算環(huán)境實現(xiàn)了開放式體系結構的最高階段，全部的運算機能，包括偵察探測、武器發(fā)射控制、指揮控制、通信、電子戰(zhàn)、導航、武器、動力電機、管理、損管等，均由整合在一起的同一個計算機網(wǎng)絡負責，形成艦上共同的運算環(huán)境，提升了任務系統(tǒng)集成能力和自動化水平，減少了人員配置，并在“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)的基礎上進一步實現(xiàn)了探測、指揮控制、交戰(zhàn)集成在指揮中心的相應臺位完成。

3）指揮控制趨于智能化

SSDS采用多傳感器集成算法，在原始信號等級上并和集成本艦雷達、電子戰(zhàn)、數(shù)據(jù)鏈等各種傳感器資源，生成綜合態(tài)勢圖像，自動進行威脅判斷并按照標準的交戰(zhàn)原則進行目標分配，指揮控制飛機和艦上武器完成對敵方目標的攔截，從而將作戰(zhàn)過程最初的任務計劃編制到最后任務的執(zhí)行（包括戰(zhàn)斗損失評估）都納入指揮控制中，達到了指揮控制本艦各種資源，消除通信、雷達、敵我識別（IFF）、電子戰(zhàn)（EW）、聲學、紅外及光電等方面沖突，資源、武器分配最優(yōu)化，實現(xiàn)實時和近乎實時資源與交戰(zhàn)管理等要求，其指揮控制趨于智能化。

［1］姜來根.21世紀海軍艦船［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2011：104.

［2］蒲林科，趙宗貴.美軍的聯(lián)合指揮控制系統(tǒng)（JC2）計劃［J］.現(xiàn)代電子工程，2005（2）.

［3］石章松，王航宇.未來海軍指控系統(tǒng)在海軍網(wǎng)絡中心戰(zhàn)中的發(fā)展及展望［J］.海軍工程大學學報，2008，5（2）.

［4］張明德.成功級、紀德級與神盾系統(tǒng)艦之戰(zhàn)斗系統(tǒng)與作戰(zhàn)能力分析［J］.尖端科技軍事，2009，（2）.

［5］Jean Yves，Bouteyre.New Architecture Concepts for Naval Combat Systems［J］.Military Technology，2008，（12）.

［6］江南.戰(zhàn)后美國驅護艦發(fā)展史（下）［J］.現(xiàn)代艦船，2010（10B）：49－51.

［7］CIC Conversion／NTDS Improv，RDT＆E Budget Item Justification Sheet（R－2Exhibit），F(xiàn)ebruary，2010，0604518N.

［8］JANE’S C4ISYSTEM 2000－2001.

［9］本書組.現(xiàn)代艦艇火控系統(tǒng)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2010：78－90.

［10］Ship.Self.Defense.System.（SSDS）［EB／OL］.http：／／www.raytheon.com／products／ssds／ref＿docs／ssds.pdf.