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(tái)上用于執(zhí)行警戒、跟蹤、目標(biāo)識(shí)別、數(shù)據(jù)處理、威脅估計(jì)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(qū)逐艦作戰(zhàn)系統(tǒng)的典型代表“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)、DDG1000級(jí)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(jìn)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(qū)逐艦作戰(zhàn)系統(tǒng)

2.1 “宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)

“阿里·伯克”級(jí)的“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)是第二代典型的驅(qū)逐艦作戰(zhàn)系統(tǒng)，其原名“先進(jìn)艦用導(dǎo)彈系統(tǒng)”（ASMS），是美國海軍基于在嚴(yán)重干擾下，對前蘇聯(lián)海軍以多枚超音速反艦導(dǎo)彈同時(shí)襲擊航母戰(zhàn)斗群的預(yù)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?yán)走_(dá)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?yán)走_(dá)是作戰(zhàn)系統(tǒng)的核心，其能探測跟蹤200個(gè)以上的目標(biāo)，計(jì)算武器的發(fā)射參數(shù)，并向飛行中的SM－2導(dǎo)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(fù)責(zé)建立戰(zhàn)術(shù)原則，顯示處理傳感器數(shù)據(jù)，做出敵我識(shí)別、威脅判斷、指定目標(biāo)優(yōu)先順序和火力分配，協(xié)調(diào)控制整個(gè)作戰(zhàn)系統(tǒng)的運(yùn)行；MK1武器控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)按照MK1指揮決策系統(tǒng)的作戰(zhàn)指令，對武器系統(tǒng)實(shí)施目標(biāo)分配、攔截計(jì)算、指令發(fā)射和導(dǎo)彈引導(dǎo)等功能，連接管制MK99導(dǎo)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(fù)責(zé)對整個(gè)作戰(zhàn)系統(tǒng)的監(jiān)視、自動(dòng)故障檢測和維護(hù)，由小型計(jì)算機(jī)和顯控臺(tái)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(wù)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(guān)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?yán)走_(dá)、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(jī)、SM2（Standard Missile 2）標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)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(guān)系是“集中指揮、方面組織、三級(jí)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(dǎo)彈系統(tǒng)主管）、AIC（空中攔截操作員）、RSC（雷達(dá)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(guān)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(biāo)搜索、探測，由RSC 雷達(dá)系統(tǒng)操作員／SPA、CSC 作戰(zhàn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)官負(fù)責(zé)；2）目標(biāo)跟蹤，由RSC雷達(dá)系統(tǒng)操作員／SPA 負(fù)責(zé)；3）目標(biāo)識(shí)別與威脅評(píng)估，由IDS目標(biāo)識(shí)別主管負(fù)責(zé)；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(fù)責(zé)；5）武器發(fā)射，由MSS導(dǎo)彈系統(tǒng)主管／WCS（武器控制系統(tǒng)）、CIWS負(fù)責(zé)；6）攻擊效果評(píng)估，由WCS、RSC雷達(dá)系統(tǒng)操作員、CIWS負(fù)責(zé)；7）攻擊效果判斷，由AAWC 對空戰(zhàn)協(xié)調(diào)官、CIWS負(fù)責(zé)［5］。

2.2 DDG1000級(jí)艦作戰(zhàn)系統(tǒng)

DDG1000級(jí)艦是美海軍為適應(yīng)21世紀(jì)海上作戰(zhàn)需求于21世紀(jì)初開始研制、建造的一型側(cè)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(hào)計(jì)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(jí)艦作戰(zhàn)系統(tǒng)采用開放式結(jié)構(gòu)，由S／X 雙波段雷達(dá)、艦殼傳感器基陣、光電／紅外設(shè)備、電子支援設(shè)備等傳感器，先進(jìn)垂直發(fā)射裝置、先進(jìn)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(jì)算與服務(wù)支持的“全艦計(jì)算 環(huán)境”（TSCE，Total Ship Computing Environment）和構(gòu)建在其上的全艦指揮控制中心組成，如圖4 所示。

圖4 DDG1000級(jí)艦作戰(zhàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

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

1）配裝了由S波段有源體搜索相控陣?yán)走_(dá)和X 波段有源多功能相控陣?yán)走_(dá)組成的雙波段雷達(dá)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)在這兩個(gè)電磁波頻段上同步工作、資源共享。

圖5 DDG1000級(jí)艦作戰(zhàn)系統(tǒng)連接關(guān)系示意圖

2）采用開放式體系架構(gòu)，其全艦計(jì)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(guān)人員大幅減少，并方便了系統(tǒng)升級(jí)。據(jù)報(bào)道稱，其相對于阿利·伯克級(jí)驅(qū)逐艦DDG79人員減少63%。同時(shí)，該型艦的傳感器、武器、艦船駕控設(shè)備也趨于小型化、標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化。

3）配裝的MK－57先進(jìn)垂直發(fā)射系統(tǒng)采用創(chuàng)新性的舷側(cè)安裝布置方式，有效提高裝載能力；垂直發(fā)射系統(tǒng)舷側(cè)安裝在內(nèi)外層艦體間，遠(yuǎn)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(gè)模塊，提高了布置的靈活性。

4）該級(jí)艦在機(jī)庫頂左右舷各布置了1 座具備反導(dǎo)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(shí)對抗小型艦艇的能力。

5）采用集成復(fù)合上層建筑和孔徑結(jié)構(gòu)將雷達(dá)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(shí)，采用穿浪型內(nèi)傾單體船型，有效增強(qiáng)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(jí)航母作戰(zhàn)系統(tǒng)為例，其指控系統(tǒng)由NTDS／ACDS構(gòu)成，最新升級(jí)為SSDS艦艇自防御系統(tǒng)；探測系統(tǒng)由AN／SPS－48E 三坐標(biāo)雷達(dá)、SPS－49E 對空雷達(dá)、MK－23目標(biāo)獲取系統(tǒng)等組成，將升級(jí)為立體搜索雷達(dá)、多功能相控陣?yán)走_(dá)；武器系統(tǒng)由“海麻雀”點(diǎn)防御系統(tǒng)和MK－15“密集陣”近防武器系統(tǒng)構(gòu)成，將升級(jí)為改進(jìn)型“海麻雀”導(dǎo)彈和滾動(dòng)彈體導(dǎo)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(shù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)

NTDS（Navy Tactic Data System）采用集中式體系結(jié)構(gòu)，主要由一個(gè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、一個(gè)顯示器系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳送設(shè)備等構(gòu)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(yù)警飛機(jī)、巡邏機(jī)等采集空中、海上、水下乃至陸上的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)信息，并對此進(jìn)行快速精確的信息處理和顯示，為各級(jí)指揮人員提供戰(zhàn)術(shù)決策依據(jù)；2）指揮和控制艦載飛機(jī)的起、降，并引導(dǎo)艦載飛機(jī)在半徑50海里空域內(nèi)攔截空中、海上來襲目標(biāo)，以及引導(dǎo)反潛直升飛機(jī)對水下敵方潛艇等進(jìn)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(shè)備、導(dǎo)彈等軟硬武器進(jìn)行對作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)目標(biāo)指示和目標(biāo)分配；4）為艦上指揮人員和參謀人員提供實(shí)時(shí)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(shù)特點(diǎn)有以下四點(diǎn)：

1）采用集中式體系結(jié)構(gòu)；2）采用標(biāo)準(zhǔn)化顯控臺(tái)；3）重視軟件的改進(jìn)升級(jí)；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(gè)基于開放體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)環(huán)境（OACE）開發(fā)的系統(tǒng)及最大的優(yōu)先發(fā)展項(xiàng)目，體現(xiàn)了一體化信息基礎(chǔ)設(shè)施和軍事綜合電子信息系統(tǒng)建設(shè)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(dá)、SPQ－9B雷達(dá)），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(shí)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(yīng)交戰(zhàn)能力（Quick Reaction Combat Capability，QRCC）。圖9為SSDS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9 SSDS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

SSDS艦艇自防御系統(tǒng)具備以下特點(diǎn)：

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(qiáng)了全艦的防御能力，縮短了反應(yīng)時(shí)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(shù)和冗余分布式結(jié)構(gòu)，在易用性、容錯(cuò)性、可擴(kuò)展性、系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間及成本方面表現(xiàn)較好。

3）SSDS系統(tǒng)符合開放體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)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(gòu)的LynxOS系統(tǒng)。

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

5）SSDS系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)換規(guī)則和貝葉斯置信網(wǎng)絡(luò)作為武器調(diào)度的戰(zhàn)術(shù)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(tái)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(shù)

DDG1000級(jí)艦作戰(zhàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)、通信、電子偵察等裝備的一體化設(shè)計(jì)，據(jù)報(bào)道其S＋X 雙波段雷達(dá)可實(shí)現(xiàn)以往艦上6～10部雷達(dá)的功能，能夠完成態(tài)勢感知、空中控制、跟蹤識(shí)別、炮位探測、水面搜索、武器控制和著艦引導(dǎo)等多種任務(wù)。

通用共架垂直發(fā)射系統(tǒng)具有發(fā)射率高、儲(chǔ)彈量大、全方位發(fā)射、通用性好、生存力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。Mk41垂直發(fā)射系統(tǒng)可發(fā)射“標(biāo)準(zhǔn)”、“海麻雀”、“戰(zhàn)斧”和“阿斯洛克”等多種導(dǎo)彈，提升了履行多任務(wù)的作戰(zhàn)能力。同時(shí)，其垂直發(fā)射系統(tǒng)和導(dǎo)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(jí)別的艦艇，以及十余種武器進(jìn)行了一體化設(shè)計(jì)，成為最廣泛應(yīng)用的通用垂直發(fā)射系統(tǒng)；DDG－1000的MK－57“先進(jìn)垂直發(fā)射系統(tǒng)”（Advanced／Peripheral Vertical Launch System，AVLS／PVLS），有以下五點(diǎn)優(yōu)勢：（1）開放式結(jié)構(gòu)，易于新導(dǎo)彈上艦；（2）具有發(fā)射大型、重型導(dǎo)彈能力；（3）大量采用電子模塊；（4）廢氣管理系統(tǒng)先進(jìn)；（5）系統(tǒng)安裝在DDG－1000級(jí)艦的舷側(cè)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(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)集成，其硬件標(biāo)準(zhǔn)化、軟件構(gòu)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(jié)合在一起。DDG1000級(jí)艦作戰(zhàn)系統(tǒng)采用開放式體系結(jié)構(gòu)作為共同技術(shù)架構(gòu)進(jìn)行集成，將軟件從硬件中分離，易于系統(tǒng)升級(jí)。全艦計(jì)算環(huán)境實(shí)現(xiàn)了開放式體系結(jié)構(gòu)的最高階段，全部的運(yùn)算機(jī)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(dǎo)航、武器、動(dòng)力電機(jī)、管理、損管等，均由整合在一起的同一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)，形成艦上共同的運(yùn)算環(huán)境，提升了任務(wù)系統(tǒng)集成能力和自動(dòng)化水平，減少了人員配置，并在“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了探測、指揮控制、交戰(zhàn)集成在指揮中心的相應(yīng)臺(tái)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(hào)等級(jí)上并和集成本艦雷達(dá)、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(dòng)進(jìn)行威脅判斷并按照標(biāo)準(zhǔn)的交戰(zhàn)原則進(jìn)行目標(biāo)分配，指揮控制飛機(jī)和艦上武器完成對敵方目標(biāo)的攔截，從而將作戰(zhàn)過程最初的任務(wù)計(jì)劃編制到最后任務(wù)的執(zhí)行（包括戰(zhàn)斗損失評(píng)估）都納入指揮控制中，達(dá)到了指揮控制本艦各種資源，消除通信、雷達(dá)、敵我識(shí)別（IFF）、電子戰(zhàn)（EW）、聲學(xué)、紅外及光電等方面沖突，資源、武器分配最優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)和近乎實(shí)時(shí)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(jì)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(jì)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(luò)中心戰(zhàn)中的發(fā)展及展望［J］.海軍工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，5（2）.

［4］張明德.成功級(jí)、紀(jì)德級(jí)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(qū)護(hù)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.