美海軍艦艇作戰系統發展趨勢分析＊

李 燁

（海軍裝備研究院 北京 100161）

1 引言

艦艇作戰系統是指艦艇平臺上用于執行警戒、跟蹤、目標識別、數據處理、威脅估計及控制武器完成對敵作戰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系統的典型代表“宙斯盾”作戰系統、DDG1000級艦作戰系統，以及美航母作戰系統的指控系統（NTDS、SSDS）進行了介紹、分析，探討了美海軍艦艇作戰系統的發展趨勢。

2 驅逐艦作戰系統

2.1 “宙斯盾”作戰系統

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

“宙斯盾”作戰系統的核心由五大系統組成：SPY－1相控陣雷達系統、MK1 指揮決策系統、MK1 顯示系統、MK1武器控制系統、MK1戰備檢測系統（ORTS）。其中，SPY－1相控陣雷達是作戰系統的核心，其能探測跟蹤200個以上的目標，計算武器的發射參數，并向飛行中的SM－2導彈發送修正指令；MK1指揮決策系統是全艦的指控中心，負責建立戰術原則，顯示處理傳感器數據，做出敵我識別、威脅判斷、指定目標優先順序和火力分配，協調控制整個作戰系統的運行；MK1武器控制系統負責按照MK1指揮決策系統的作戰指令，對武器系統實施目標分配、攔截計算、指令發射和導彈引導等功能，連接管制MK99導彈火控系統、MK86艦炮火控系統、SQQ－89／MK116 水下火控系統，其所有數據也都反饋給指揮決策系統；ORTS主要負責對整個作戰系統的監視、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”作戰系統信息流程圖。

圖1 “宙斯盾”作戰系統的信息流程

以對空作戰任務系統“AAW MISSION AREA”為例，其是由“宙斯盾”作戰系統中與對空相關的傳感器、指揮決策和武器系統組成。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、C＆D（Command and Decision）指 揮 與 決 策 系 統、WCS（Weapons Control System）武器控制系統和FCS（Fire Control System）火控系統。武器包括CAP 作戰飛機、SM2（Standard Missile 2）標準導彈、GWS（Gun Weapon System）艦炮武器系統、PWS（Phalanx Weapon System）“密集陣”武器系統［4］。

“宙斯盾”作戰系統對空作戰指揮關系是“集中指揮、方面組織、三級管理”，具體如圖2所示。其中，主要參與作戰人員包括：AAWC（對空戰協調官）、MSS（導彈系統主管）、AIC（空中攔截操作員）、RSC（雷達系統操作員）、GFCS（火炮控制主管）。

圖2 “宙斯盾”作戰系統對空作戰指揮關系示意圖

圖3 “宙斯盾”作戰系統對空作戰指揮控制流程

“宙斯盾”作戰系統對空作戰指揮控制流程如圖3 所示，其主要流程為：1）目標搜索、探測，由RSC 雷達系統操作員／SPA、CSC 作戰系統協調官負責；2）目標跟蹤，由RSC雷達系統操作員／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 對空戰協調官、WCS（武器控制系統）／RCP（CIWS）負責；5）武器發射，由MSS導彈系統主管／WCS（武器控制系統）、CIWS負責；6）攻擊效果評估，由WCS、RSC雷達系統操作員、CIWS負責；7）攻擊效果判斷，由AAWC 對空戰協調官、CIWS負責［5］。

2.2 DDG1000級艦作戰系統

DDG1000級艦是美海軍為適應21世紀海上作戰需求于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，采用內傾穿浪船型和綜合電力系統，滿載排水量超過14000噸，最大航速超過30節［6］。

DDG1000級艦作戰系統采用開放式結構，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，先進垂直發射裝置、先進艦炮（AGS）、近程艦炮等武器和發射裝置，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級艦作戰系統結構示意圖

圖5 為DDG1000 級艦作戰系統連接關系示意圖。DDG1000級艦的作戰系統具有下述主要特點：

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，實現了系統在這兩個電磁波頻段上同步工作、資源共享。

圖5 DDG1000級艦作戰系統連接關系示意圖

2）采用開放式體系架構，其全艦計算環境支持包括警戒探測、作戰指揮、武器控制等在內的艦上系統的集成，使各類系統相互支援，相關人員大幅減少，并方便了系統升級。據報道稱，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先進垂直發射系統采用創新性的舷側安裝布置方式，有效提高裝載能力；垂直發射系統舷側安裝在內外層艦體間，遠離艦體重要區域，提高了艦艇生存能力；該系統以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，提升了近海作戰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，采用穿浪型內傾單體船型，有效增強艦艇隱身性。

3 航母作戰系統

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

3.1 NTDS海軍戰術數據系統

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

圖6 NTDS系統組成示意圖

圖7 NTDS系統輸入輸出示意圖

NTDS系統的主要功能包括：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、靜態信息，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術決策依據；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）組織和協調對戰斗群的電子戰設備、導彈等軟硬武器進行對作戰區域內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系統信息流程圖［8］。

NTDS系統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）重視數據傳輸鏈。

圖8 NTDS系統信息流程圖

3.2 SSDS艦艇自防御系統

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

廣義的SSDS系統包含傳感器系統（IRST 和TISS系統、MFR 多功能雷達、SPQ－9B雷達），指控系統，武器系統（軟殺傷武器、硬殺傷武器）等［9］。裝備形態的SSDS系統是新型的指揮控制系統，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，具有快速反應交戰能力（Quick Reaction Combat Capability，QRCC）。圖9為SSDS系統結構示意圖。

圖9 SSDS系統結構示意圖

SSDS艦艇自防御系統具備以下特點：

1）提供一體化的從探測到交戰的能力，并通過集成現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系統采用基于商用產品（COTS）的UYK－70顯示系統、光纖局域網技術和冗余分布式結構，在易用性、容錯性、可擴展性、系統反應時間及成本方面表現較好。

3）SSDS系統符合開放體系結構的計算機環境（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，操作系統是基于X86架構的LynxOS系統。

4）SSDS系統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系統采用轉換規則和貝葉斯置信網絡作為武器調度的戰術決策引擎。

4 美海軍艦艇作戰系統發展趨勢分析

根據對上述美海軍艦艇作戰系統和指控系統的分析，歸納其發展趨勢為：

1）單平臺多傳感器向一體化方向發展，多型武器采用通用共架垂直發射技術

DDG1000級艦作戰系統實現了雷達、通信、電子偵察等裝備的一體化設計，據報道其S＋X 雙波段雷達可實現以往艦上6～10部雷達的功能，能夠完成態勢感知、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。

通用共架垂直發射系統具有發射率高、儲彈量大、全方位發射、通用性好、生存力強等優點。Mk41垂直發射系統可發射“標準”、“海麻雀”、“戰斧”和“阿斯洛克”等多種導彈，提升了履行多任務的作戰能力。同時，其垂直發射系統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垂直發射系統已經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射系統；DDG－1000的MK－57“先進垂直發射系統”（Advanced／Peripheral Vertical Launch System，AVLS／PVLS），有以下五點優勢：（1）開放式結構，易于新導彈上艦；（2）具有發射大型、重型導彈能力；（3）大量采用電子模塊；（4）廢氣管理系統先進；（5）系統安裝在DDG－1000級艦的舷側周邊，可以降低系統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集成，其硬件標準化、軟件構件化

NTDS、“宙斯盾”作戰系統是緊密耦合的，其軟件和硬件結合在一起。DDG1000級艦作戰系統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，易于系統升級。全艦計算環境實現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、武器發射控制、指揮控制、通信、電子戰、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絡負責，形成艦上共同的運算環境，提升了任務系統集成能力和自動化水平，減少了人員配置，并在“宙斯盾”作戰系統的基礎上進一步實現了探測、指揮控制、交戰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、數據鏈等各種傳感器資源，生成綜合態勢圖像，自動進行威脅判斷并按照標準的交戰原則進行目標分配，指揮控制飛機和艦上武器完成對敵方目標的攔截，從而將作戰過程最初的任務計劃編制到最后任務的執行（包括戰斗損失評估）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（EW）、聲學、紅外及光電等方面沖突，資源、武器分配最優化，實現實時和近乎實時資源與交戰管理等要求，其指揮控制趨于智能化。

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

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

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

［4］張明德.成功級、紀德級與神盾系統艦之戰斗系統與作戰能力分析［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.戰后美國驅護艦發展史（下）［J］.現代艦船，2010（10B）：49－51.

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

［8］JANE’S C4ISYSTEM 2000－2001.

［9］本書組.現代艦艇火控系統［M］.北京：國防工業出版社，2010：78－90.

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