美海军舰艇作战系统发展趋势分析＊

李 烨

（海军装备研究院 北京 100161）

1 引言

舰艇作战系统是指舰艇平台上用于执行警戒、跟踪、目标识别、数据处理、威胁估计及控制武器完成对敌作战功能的各要素及人员的综合体［1～3］。

本文对美海军驱逐舰作战系统的典型代表“宙斯盾”作战系统、DDG1000级舰作战系统，以及美航母作战系统的指控系统（NTDS、SSDS）进行了介绍、分析，探讨了美海军舰艇作战系统的发展趋势。

2 驱逐舰作战系统

2.1 “宙斯盾”作战系统

“阿里·伯克”级的“宙斯盾”作战系统是第二代典型的驱逐舰作战系统，其原名“先进舰用导弹系统”（ASMS），是美国海军基于在严重干扰下，对前苏联海军以多枚超音速反舰导弹同时袭击航母战斗群的预测，发展的用于防空指挥和武器控制的作战系统。

“宙斯盾”作战系统的核心由五大系统组成：SPY－1相控阵雷达系统、MK1 指挥决策系统、MK1 显示系统、MK1武器控制系统、MK1战备检测系统（ORTS）。其中，SPY－1相控阵雷达是作战系统的核心，其能探测跟踪200个以上的目标，计算武器的发射参数，并向飞行中的SM－2导弹发送修正指令；MK1指挥决策系统是全舰的指控中心，负责建立战术原则，显示处理传感器数据，做出敌我识别、威胁判断、指定目标优先顺序和火力分配，协调控制整个作战系统的运行；MK1武器控制系统负责按照MK1指挥决策系统的作战指令，对武器系统实施目标分配、拦截计算、指令发射和导弹引导等功能，连接管制MK99导弹火控系统、MK86舰炮火控系统、SQQ－89／MK116 水下火控系统，其所有数据也都反馈给指挥决策系统；ORTS主要负责对整个作战系统的监视、自动故障检测和维护，由小型计算机和显控台组成。图1为“宙斯盾”作战系统信息流程图。

图1 “宙斯盾”作战系统的信息流程

以对空作战任务系统“AAW MISSION AREA”为例，其是由“宙斯盾”作战系统中与对空相关的传感器、指挥决策和武器系统组成。其中，传感器包括AN／SPY－1 系列相控阵雷达、EWS（Electronic Warfare System），指挥决策包括ADS（AEGIS Display System）“宙斯盾”显示系统、C＆D（Command and Decision）指 挥 与 决 策 系 统、WCS（Weapons Control System）武器控制系统和FCS（Fire Control System）火控系统。武器包括CAP 作战飞机、SM2（Standard Missile 2）标准导弹、GWS（Gun Weapon System）舰炮武器系统、PWS（Phalanx Weapon System）“密集阵”武器系统［4］。

“宙斯盾”作战系统对空作战指挥关系是“集中指挥、方面组织、三级管理”，具体如图2所示。其中，主要参与作战人员包括：AAWC（对空战协调官）、MSS（导弹系统主管）、AIC（空中拦截操作员）、RSC（雷达系统操作员）、GFCS（火炮控制主管）。

图2 “宙斯盾”作战系统对空作战指挥关系示意图

图3 “宙斯盾”作战系统对空作战指挥控制流程

“宙斯盾”作战系统对空作战指挥控制流程如图3 所示，其主要流程为：1）目标搜索、探测，由RSC 雷达系统操作员／SPA、CSC 作战系统协调官负责；2）目标跟踪，由RSC雷达系统操作员／SPA 负责；3）目标识别与威胁评估，由IDS目标识别主管负责；4）武器选择，由AAWC 对空战协调官、WCS（武器控制系统）／RCP（CIWS）负责；5）武器发射，由MSS导弹系统主管／WCS（武器控制系统）、CIWS负责；6）攻击效果评估，由WCS、RSC雷达系统操作员、CIWS负责；7）攻击效果判断，由AAWC 对空战协调官、CIWS负责［5］。

2.2 DDG1000级舰作战系统

DDG1000级舰是美海军为适应21世纪海上作战需求于21世纪初开始研制、建造的一型侧重对陆攻击和水面打击能力的多用途舰，首舰“朱姆沃尔特”号计划2017年服役，采用内倾穿浪船型和综合电力系统，满载排水量超过14000吨，最大航速超过30节［6］。

DDG1000级舰作战系统采用开放式结构，由S／X 双波段雷达、舰壳传感器基阵、光电／红外设备、电子支援设备等传感器，先进垂直发射装置、先进舰炮（AGS）、近程舰炮等武器和发射装置，以及为全舰提供公共计算与服务支持的“全舰计算 环境”（TSCE，Total Ship Computing Environment）和构建在其上的全舰指挥控制中心组成，如图4 所示。

图4 DDG1000级舰作战系统结构示意图

图5 为DDG1000 级舰作战系统连接关系示意图。DDG1000级舰的作战系统具有下述主要特点：

1）配装了由S波段有源体搜索相控阵雷达和X 波段有源多功能相控阵雷达组成的双波段雷达系统，实现了系统在这两个电磁波频段上同步工作、资源共享。

图5 DDG1000级舰作战系统连接关系示意图

2）采用开放式体系架构，其全舰计算环境支持包括警戒探测、作战指挥、武器控制等在内的舰上系统的集成，使各类系统相互支援，相关人员大幅减少，并方便了系统升级。据报道称，其相对于阿利·伯克级驱逐舰DDG79人员减少63%。同时，该型舰的传感器、武器、舰船驾控设备也趋于小型化、标准化和自动化。

3）配装的MK－57先进垂直发射系统采用创新性的舷侧安装布置方式，有效提高装载能力；垂直发射系统舷侧安装在内外层舰体间，远离舰体重要区域，提高了舰艇生存能力；该系统以4管为一个模块，提高了布置的灵活性。

4）该级舰在机库顶左右舷各布置了1 座具备反导和反快艇能力的57mm／70倍径MK－110舰炮作为近防武器系统，提升了近海作战时对抗小型舰艇的能力。

5）采用集成复合上层建筑和孔径结构将雷达和通信等天线集成于一体化上层建筑中，减少了甲板上的暴露物；同时，采用穿浪型内倾单体船型，有效增强舰艇隐身性。

3 航母作战系统

现役航母中以尼米兹级航母作战系统为例，其指控系统由NTDS／ACDS构成，最新升级为SSDS舰艇自防御系统；探测系统由AN／SPS－48E 三坐标雷达、SPS－49E 对空雷达、MK－23目标获取系统等组成，将升级为立体搜索雷达、多功能相控阵雷达；武器系统由“海麻雀”点防御系统和MK－15“密集阵”近防武器系统构成，将升级为改进型“海麻雀”导弹和滚动弹体导弹等。由于指控系统是集成武器、通信、探测的核心装备，体现了作战系统的集成方式，在此主要介绍NTDS、SSDS两代指控系统。

3.1 NTDS海军战术数据系统

NTDS（Navy Tactic Data System）采用集中式体系结构，主要由一个数据处理系统、一个显示器系统和数据传送设备等构成［7］。NTDS系统的组成及输入输出如图6、图7所示。

图6 NTDS系统组成示意图

图7 NTDS系统输入输出示意图

NTDS系统的主要功能包括：1）通过各种探测器、预警飞机、巡逻机等采集空中、海上、水下乃至陆上的动态、静态信息，并对此进行快速精确的信息处理和显示，为各级指挥人员提供战术决策依据；2）指挥和控制舰载飞机的起、降，并引导舰载飞机在半径50海里空域内拦截空中、海上来袭目标，以及引导反潜直升飞机对水下敌方潜艇等进行搜索和攻击；3）组织和协调对战斗群的电子战设备、导弹等软硬武器进行对作战区域内目标指示和目标分配；4）为舰上指挥人员和参谋人员提供实时指挥控制手段。图8为NTDS系统信息流程图［8］。

NTDS系统的技术特点有以下四点：

1）采用集中式体系结构；2）采用标准化显控台；3）重视软件的改进升级；4）重视数据传输链。

图8 NTDS系统信息流程图

3.2 SSDS舰艇自防御系统

舰艇自防御系统SSDS（Ship Self－Defense System），是美军目前舰艇新型综合防御系统的典型代表，是美国海军首个基于开放体系结构计算机环境（OACE）开发的系统及最大的优先发展项目，体现了一体化信息基础设施和军事综合电子信息系统建设的思想。

广义的SSDS系统包含传感器系统（IRST 和TISS系统、MFR 多功能雷达、SPQ－9B雷达），指控系统，武器系统（软杀伤武器、硬杀伤武器）等［9］。装备形态的SSDS系统是新型的指挥控制系统，包括控制模块、识别模块、跟踪模块和决策模块［10］，由软件和商用成品硬件（COTS）组成，具有快速反应交战能力（Quick Reaction Combat Capability，QRCC）。图9为SSDS系统结构示意图。

图9 SSDS系统结构示意图

SSDS舰艇自防御系统具备以下特点：

1）提供一体化的从探测到交战的能力，并通过集成现有的舰载资源增强了全舰的防御能力，缩短了反应时间。

2）SSDS系统采用基于商用产品（COTS）的UYK－70显示系统、光纤局域网技术和冗余分布式结构，在易用性、容错性、可扩展性、系统反应时间及成本方面表现较好。

3）SSDS系统符合开放体系结构的计算机环境（OACE）要求，自身的软件也是由C、C＋＋和Ada的分布式软件模块组成，操作系统是基于X86架构的LynxOS系统。

4）SSDS系统采用多传感器集成算法综合多个不同传感器的输入信息，建立目标航迹。

5）SSDS系统采用转换规则和贝叶斯置信网络作为武器调度的战术决策引擎。

4 美海军舰艇作战系统发展趋势分析

根据对上述美海军舰艇作战系统和指控系统的分析，归纳其发展趋势为：

1）单平台多传感器向一体化方向发展，多型武器采用通用共架垂直发射技术

DDG1000级舰作战系统实现了雷达、通信、电子侦察等装备的一体化设计，据报道其S＋X 双波段雷达可实现以往舰上6～10部雷达的功能，能够完成态势感知、空中控制、跟踪识别、炮位探测、水面搜索、武器控制和着舰引导等多种任务。

通用共架垂直发射系统具有发射率高、储弹量大、全方位发射、通用性好、生存力强等优点。Mk41垂直发射系统可发射“标准”、“海麻雀”、“战斧”和“阿斯洛克”等多种导弹，提升了履行多任务的作战能力。同时，其垂直发射系统和导弹布置在甲板下，便于舰艇提升隐身性能和生存能力。Mk41垂直发射系统已经与十余种不同级别的舰艇，以及十余种武器进行了一体化设计，成为最广泛应用的通用垂直发射系统；DDG－1000的MK－57“先进垂直发射系统”（Advanced／Peripheral Vertical Launch System，AVLS／PVLS），有以下五点优势：（1）开放式结构，易于新导弹上舰；（2）具有发射大型、重型导弹能力；（3）大量采用电子模块；（4）废气管理系统先进；（5）系统安装在DDG－1000级舰的舷侧周边，可以降低系统遭受攻击后对本舰的危害。

2）基于开放式体系结构进行系统集成，其硬件标准化、软件构件化

NTDS、“宙斯盾”作战系统是紧密耦合的，其软件和硬件结合在一起。DDG1000级舰作战系统采用开放式体系结构作为共同技术架构进行集成，将软件从硬件中分离，易于系统升级。全舰计算环境实现了开放式体系结构的最高阶段，全部的运算机能，包括侦察探测、武器发射控制、指挥控制、通信、电子战、导航、武器、动力电机、管理、损管等，均由整合在一起的同一个计算机网络负责，形成舰上共同的运算环境，提升了任务系统集成能力和自动化水平，减少了人员配置，并在“宙斯盾”作战系统的基础上进一步实现了探测、指挥控制、交战集成在指挥中心的相应台位完成。

3）指挥控制趋于智能化

SSDS采用多传感器集成算法，在原始信号等级上并和集成本舰雷达、电子战、数据链等各种传感器资源，生成综合态势图像，自动进行威胁判断并按照标准的交战原则进行目标分配，指挥控制飞机和舰上武器完成对敌方目标的拦截，从而将作战过程最初的任务计划编制到最后任务的执行（包括战斗损失评估）都纳入指挥控制中，达到了指挥控制本舰各种资源，消除通信、雷达、敌我识别（IFF）、电子战（EW）、声学、红外及光电等方面冲突，资源、武器分配最优化，实现实时和近乎实时资源与交战管理等要求，其指挥控制趋于智能化。

［1］姜来根.21世纪海军舰船［M］.北京：国防工业出版社，2011：104.

［2］蒲林科，赵宗贵.美军的联合指挥控制系统（JC2）计划［J］.现代电子工程，2005（2）.

［3］石章松，王航宇.未来海军指控系统在海军网络中心战中的发展及展望［J］.海军工程大学学报，2008，5（2）.

［4］张明德.成功级、纪德级与神盾系统舰之战斗系统与作战能力分析［J］.尖端科技军事，2009，（2）.

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

［6］江南.战后美国驱护舰发展史（下）［J］.现代舰船，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］本书组.现代舰艇火控系统［M］.北京：国防工业出版社，2010：78－90.

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