水面艦艇水下防御任務系統研究＊

李莉麗 邵紅偉 潘 俊

（中國艦船研究設計中心 武漢 430064）

1 水下防御作戰需求

水面艦艇面臨的水下威脅通常有三種：潛艇、魚雷、水雷，因此，水面艦艇對水下防御任務主要有三方面：消滅來襲敵潛艇、攔截來襲魚雷和清除威脅艦艇航行安全的水雷［1］。

潛艇與水面艦艇相比，具有較遠的探測能力和良好的隱身性。水面艦艇自噪聲大，目標特征明顯，易被潛艇發現，另外，海洋水文條件復雜性和多變性也降低了水面艦艇聲納設備對潛艇的探測性能，使得水面艦艇在對潛艇作戰中往往處于劣勢。我水面艦艇編隊面臨的潛艇威脅主要有臺灣“海象”級、“海龍”級潛艇，日本“親潮”、“春潮”級潛艇等常規動力潛艇和美國“洛杉磯”級、“弗吉尼亞”級核動力潛艇。

以日本最新型潛艇“親潮級”為例［2］，水面航速12kn，水下航速20kn，具有較強隱蔽能力。該艇裝備了綜合艦殼聲納、舷側陣及拖曳被動聲納，被動探測距離可達50n mile。該潛艇裝備89型輕型智能化魚雷，適合淺海作戰使用，制導方式為線導＋主動／被動聲自導，航速40kn／70kn，航程30km／46km。

目前魚雷發展趨勢是遠航程、高航速、破壞力強、智能化程度高。隨著魚雷輻射噪聲的降低和抗干擾能力的提高，魚雷對水面艦艇的威脅將日趨嚴重。當前水面艦艇自身防御體系中，對于水線以下部分的防御能力相對薄弱，影響水面艦艇作戰能力和生存能力。在未來可能發生的海上戰爭中，我國水面艦艇可能面臨來自敵方水下潛艇和魚雷的多批次、多方位的攻擊。

水雷是一種低成本、破壞威力大的水下兵器，水下防御作戰中更加重視對水雷的應用。由于水雷武器目標小，隱蔽性強，效費比高，嚴重威脅水面艦艇航行安全。

從裝備發展角度看，水面艦艇水下防御能力必須達到探測更遠、攻防更強、反應時間更短、信息多元化等要求，具體體現在以下幾點：

1）利用艦、機、岸等組成情報信息監測網絡，全面了解敵方信息，獲取信息優勢；

2）利用機載、艦載的反潛武器對潛艇進行多層次攔截；

3）防御時，能夠生成多種干擾和對抗手段，以提高對潛艇和其發射的魚雷目標的抗飽和攻擊能力；

4）做到遠程告警、自動決策、快速發射武器，縮短武器通道的反應時間；

5）具備對水雷探測、清除能力。

2 國外水下防御裝備的發展趨勢

AN／SQQ－89綜合反潛作戰系統是美海軍水面艦艇完成水下反潛任務裝備的代表。AN／SQQ－89系統由AN／SQS－53艦殼聲納、AN／SQR－19戰術被動拖曳陣聲納、AN／SQQ－28LAMPSⅠ／Ⅲ直升機信號處理機、MK116反潛火控設備和UYQ－25水聲傳播預報數據處理設備五個主要部分構成［3］。該系統按照完整的傳感器—武器通道思路，把機載和艦載的各型聲納、信號處理機和機載／艦載攻潛武器綜合起來，自動進行水下目標探測、識別、跟蹤、定位以及目標攻擊。該系統裝備在“阿利·伯克”級導彈驅逐艦、“佩里”級導彈護衛艦以及“提康德羅加”級導彈巡洋艦上。為了滿足網絡中心戰的作戰需求，提高水下防御作戰能力，美海軍成立了作戰系統集成項目執行辦公室組織相應工業部門開展了開放式體系結構項目的研制，就是把現役驅逐艦按照方面作戰系統組織研制的設備，進行一體化設計，提高資源共享利用程度。例如通過開發開放式體系結構，采用模塊化的信號處理器和標準顯控臺。

上世紀90年代初，美海軍設立了專門主管機構負責SC21（面向21世紀開發的水面作戰艦艇的計劃代號）項目技術開發工作。研制系列水面戰艦以代替現役的驅逐艦、護衛艦以及巡洋艦。其中DD（X）代替斯普魯恩斯級驅逐艦，由于美海軍戰略及經費調整，2006年4月，DD（X）項目代號改為DDG1000。DDG1000計劃分為系統設計和10個工程開發模塊（Engineering Development Module，EDM）。美國海軍在DDG1000上營造了全艦計算機網絡環境（Total Ship Computing Environment，TSCE），其特點是全艦所有作戰設備、平臺設備由網絡連接，盡可能采用民用成熟技術和標準化軟件，這也是美國海軍開放式結構策略的首次大規模應用［4～5］。據報道，美海軍新一代航母CVN－21也將采用DDG1000計劃的全艦計算網絡環境先進技術。

為了提高水下防御作戰能力，DDG1000在艦艏裝備了中、高頻工作的雙波段艦殼聲納，每個陣元可應對兩個不同頻率，中頻聲納用于探測潛艇，高頻聲納用于探測水雷。艦艉可拖放多功能拖曳陣。三聯裝魚雷發射裝置布置在艦體內部，配備MK50／54輕型魚雷。4座MK57舷側導彈垂直發射裝置，可裝載80枚“阿斯洛克”反潛導彈。艦載直升機和無人機將進一步提高反潛作戰能力。由于具備了TSCE技術，美海軍可方便地在DDG1000上集成防御魚雷任務系統［6］。該系統主要由拖曳式魚雷主被動探測聲納陣列、火控計算機、水聲對抗器材和反魚雷魚雷等組成，具備與多枚魚雷交戰能力，可有效地攔截直航魚雷、聲自導魚雷和尾流自導魚雷。

從美國水面艦艇水下防御裝備發展路線可以看出，以前的美國水面艦艇研制思路是按照方面作戰劃分系統并組織工程實施的，對反潛作戰有AN／SQQ－89綜合反潛作戰系統，對空作戰有“宙斯盾”防空作戰系統，不同的方面作戰系統由不同的公司進行承包研制。在一定程度上形成了系統內“煙囪”現象，不利于實現信息全面共享，增加使用費用和維護費用，這種研制思路，勢必造成行業壁壘和技術體制的不一致，不符合美海軍以“網絡中心戰”為核心的裝備發展思路。因此，美海軍在新一代水面艦艇設計中，摒棄了以前的研制思路，以滿足未來網絡中心戰的需求為目的，強調裝備在體系中發揮的重要作用，注重經濟可承受性。建立全艦計算機網絡環境，合理劃分功能模塊化，進行通用功能模塊和特有功能模塊的集成，提升了水面艦艇作戰能力，便于進行升級維護，降低艦船全壽命周期費用，減少人員編制，適應現在和未來作戰任務。

3 構建水面艦艇水下防御任務系統的設想

水面艦艇裝備的聲納、武器系統獨立進行設計研制，探測性能或武器攻擊性能可達到局部最優，但未能達到水下作戰能力整體最優。如武器打擊距離與聲納探測距離的匹配性差，軟硬武器同時使用時相互之間可能存在不良影響等。要解決這些問題，必須采用系統工程管理方法，依據水面艦艇水下作戰需求，開展作戰系統頂層設計，構建水下防御任務系統，以達到減少硬件設備，合理劃分軟件模塊，減少戰位人員，提高平臺有效載荷的目的。這里值得說明的是，水下防御任務系統不是一個實體系統，而是一個邏輯系統或者功能系統。

3.1 水下防御任務系統功能模塊劃分

功能模塊劃分的主要原則有：模塊內部組成部分執行的功能明確、單一；不同的模塊不應該有重復功能；不同模塊間低耦合度；模塊間采用統一的接口標準；模塊能融入作戰系統集成環境。

結合網絡中心戰的思想，從功能層面看，水下防御作戰任務主要通過感知功能、決策功能、交戰功能三個大模塊［7］實現，再將這三大模塊進行細分，提出若干個對應具體可實現功能的模塊。感知功能可分解為聲納基陣、發射信號模塊、接收信號模塊、A／D轉換模塊、目標信號處理模塊、目標識別模塊、目標分發模塊、接口控制模塊等多個模塊。由于潛艇、魚雷、水雷在水下目標特性差別很大，魚水雷反射強度遠遠低于潛艇，因此，上述模塊還可以繼續細化為感知不同目標的模塊，以目標信號處理模塊為例，可再細分為潛艇目標信號處理模塊、魚雷目標信號處理模塊、水雷目標信號處理模塊。其它模塊也可同理細分。從眾多模塊中提取共性部分進行整合，保留特性部分模塊，當模塊整合為適合的“粒度”后，考慮哪些模塊用軟件來實現，哪些模塊用硬件來實現，主要從硬件類的共用性、兼容性以及軟件類的通用性、重用性、開放性方面進行挑選。決策功能和交戰功能模塊劃分方法與感知功能模塊相同，這里不再詳述。功能模塊劃分的基本步驟如圖1所示。

圖1 功能模塊劃分步驟圖

3.2 水下防御任務系統的體系結構

為了以最低的全壽命周期成本保證長期的先進性能，要強調水面艦艇水下防御任務系統體系結構的開放性。體系結構的重要開放特性包括［8～9］：提供功能模塊和作戰系統集成環境之間完善的接口規范和標準；具有故障狀態下的動態重構能力；能適應增加新功能的要求；功能／性能升級能與舊的系統組件兼容工作；支持新技術支持下的功能要素的分化和歸并。

圖2給出了水面艦艇水下防御任務系統體系結構示意圖，圖中標準顯控臺、標準機柜均直接接入作戰系統以太網，實現信息交換。滿足開放式體系結構要求的功能模塊才能進入作戰系統集成環境，多個功能模塊可部署在一個標準機柜或者標準顯控臺內，標準機柜和標準顯控臺的最終數量取決于各功能模塊數量及功能聚合的合理性。這種體系結構能夠通過無線網絡接口融入更高層次的作戰體系中，共享戰場信息，把信息優勢變為作戰優勢，最大限度地發揮作戰效能。使水面艦艇成為我方作戰體系中的一個基本作戰單元。這種“融入”主要是由無線網絡接口和相應軟件實現，無需增加硬件設備。

圖2 水面艦艇水下防御任務系統體系結構示意圖

4 水面艦艇編隊水下防御作戰想定

從研究國外海軍水下防御作戰特點，可以看出未來水面艦艇水下防御作戰不再是單平臺的任務，而是集整個水面艦艇編隊所轄艦船、飛機以及岸基支援之力才能完成的作戰任務［10］。因此本文給出水面艦艇編隊進行水下防御的作戰想定。

水面艦艇編隊在某海區航行過程中執行護航反潛任務，使得這一海區成為海上編隊和運輸船隊安全航行的海區。水面艦艇編隊的指揮艦負責編隊作戰指揮與決策，統一協調、指揮編隊內的艦船進行反潛作戰。若需要編隊以外的兵力支援，則由編隊指揮官向上級指揮中心提出申請，通過上級指揮中心與友鄰支援協調解決聯合兵力協同反潛的問題。如岸基直升機起飛、反潛、降落是受岸基航空兵指揮，當執行搜潛和攻潛任務時與海上水面艦艇編隊存在協同關系。

艦載直升機是水面艦艇編隊反潛的主力，作為本艦的一個武器系統，直升機搜潛、攻潛均置于編隊指揮官的領導之下。編隊指揮官命令2～3架反潛直升機執行反潛任務，反潛直升機飛抵預定海區后，測定該區域海水溫度分布情況，使用機載傳感器（如機載聲納浮標、吊放主被動聲納、磁探儀、搜索雷達等設備）搜索潛艇，發現潛艇目標后，將目標信息通過機載數據鏈傳送給編隊指揮艦［11］。編隊指揮艦結合編隊可用反潛資源、戰場態勢和目標威脅判斷情況，制定對潛艇目標的作戰計劃，提供給編隊指揮官決策。由編隊指揮官向反潛直升機或者某一艦船發送攻潛命令，使用機載反潛武器或者艦載反潛武器完成對潛攻擊。編隊內各艦艇應接受編隊指揮官的指揮，在各自負責的區域實施反潛和防御魚雷，并將探測到的目標信息及時上報編隊指揮艦。編隊內艦艇的間隔應保持在艦載聲納的有效作用距離內，相鄰艦艇的反潛防雷區域有部分重疊。由于魚雷目標反射面積小，航速快，防御魚雷過程應該是自動快速反應的。當潛艇突入編隊內發射魚雷，使用編隊內多艘水面艦艇拖曳的被動魚雷報警聲納進行交叉定位或者使用主被動魚雷報警聲納，獲取魚雷目標準確的距離和方位信息，防御魚雷軟件自動完成編隊內軟硬武器資源協調，自動控制發射防雷武器。當艦艇在航行過程中發現水雷，可遙控無人掃雷設備完成對水雷的清除。

5 結語

水面艦艇水下防御任務系統是水面艦艇消除潛艇和魚水雷、提高水面艦艇生存概率的重要功能系統。該系統的研究工作尚處于初步階段，許多實現細節還有待進一步完善，例如：1）多源信息融合；2）多任務沖突協調策略；3）多武器多目標火力分配算法；4）戰術情報庫的建立及完善等等。這也是開展后續工作的重點方向。

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［5］楊紹清，陳鋒，張世燎.新型艦艇作戰系統功能需求［J］.艦船論證參考，2005（2）：5－7.

［6］呂雋，周濤，王廷肖，等.國外水面艦艇魚雷防御新進展［J］.現代軍事，2007（2）：50－52.

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