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水面舰艇新一代作战指挥与火控系统发展趋势  

2005-03-14 12:40:22|  分类: 战法理论 |  标签: |举报 |字号 订阅

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摘要:本文综述了国外海军水面舰艇新一代指控系统的发展趋势。重点评述了综合指控系统、综合近程防空战系统、综合反潜战系统和火控系统的发展。

关键词:水面舰艇 指挥和控制系统 火控系统



1 概述

  水面舰艇是各国海军部队的核心力量。90年代以来,一些主要国家的海军都致力于发展新型水面舰艇。北约几个主要国家的下一代护卫舰计划目前已全面启动,包括英、法、意三国的“地平线”级护卫舰和荷兰、德国与西班牙三国的另一型护卫舰。这些新的大型护卫舰均装备以多功能相控阵雷达为核心的防空导弹武器系统以及先进的作战指挥与火控系统。这些舰艇将于21世纪初服役。瑞典和挪威等海军目前正在发展小型隐形水面舰艇并将装备最先进的综合指控系统或综合作战系统。

  美国海军目前正在计划建造一系列21世纪的新型水面舰艇。其中即将实施的有DD21级新型隐形驱逐舰,计划于2008年交付使用。DD21级舰将是以网络为中心的数字化作战平台,将装备128个导弹垂直发射单元、先进的155毫米垂直发射舰炮、新型127毫米舰炮、高度综合的C4ISR系统、全综合的水下作战系统以及空中、水面和水下无人驾驶运载器等最先进的武器和设备,可以有效支持网络和信息战,实现传感器到射击武器的连通性。无疑,DD21级舰将是21世纪初叶最先进的大型水面舰艇。

  目前各国海军都很重视老舰的现代化改装。现代化改装主要体现在更新作战指控系统、火控系统和作战系统上。例如英国的航母和驱逐舰上的ADAWS综合指控系统和美国宙斯盾舰作战系统都在用新技术进行改造。

2 综合指控系统的发展

  发展综合指控系统(即综合的作战指挥与火控系统)是缩短反应时间、提高总体作战效能的重要途径。特别是在空间狭窄的中小型水面舰艇上,传感器数量不断增加并且性能日益提高,因此迫切需要系统综合。自80年代中期以来。国外发展了很多综合指控系统,例如瑞典的9LVMK3系统、德国的COSYS系统和以色列的“萨尔-5”护卫艇作战系统等。这些系统主要装备小型水面舰艇和某些中型水面舰艇。

  综合指控系统综合了作战指挥和武器控制多种功能,包括传感器数据处理、作战指挥辅助和各种武器火控功能。

  在这些系统中最著名的是瑞典9LVMK3系统,它是一个系列化的综合指控系统。其基本系统包括由40个68020/40单板微处理机组成的计算机系统、6个垂直的多功能控制台、两个水平控制台以及10兆位/秒的以太网。其软件有50万行的Ada编码并可扩充到100万行。其战术功能包括:战术数据处理、战术态势显示、作战指挥辅助、导航与数据链管理、多种武器火控(40毫米、57毫米、76毫米舰炮,舰对舰导弹、鱼雷、舰对空导弹)。

  最近瑞典在该系统的基础上又发展了9LVMK3E系统,采用了最新技术,计划装备新的小型水面舰艇。

3 大型舰艇作战系统综合的新趋势

  美国海军一直致力于解决大型水面舰艇作战系统的综合问题。由于大型水面舰艇传感器和武器种类繁多,作战指挥系统和火控系统也很复杂,因此将它们综合成一个有机的作战系统是很困难和复杂的。

  美国海军CG-47级巡洋舰和DDG-51级驱逐舰上的宙斯盾作战系统是一个很先进的作战系统,但也是一个非常复杂和庞大的系统。该系统除了包括所有传感器、数据链和各种武器与火控系统外,还包括SPY-1多功能相控阵雷达、指挥与决策系统、武器控制系统、MK99防空导弹火控系统、显示系统和ORTS战备状态测试系统。到目前为止,已经发展了6个基线型号,均已装舰。虽然在基线-6中用附加商用处理机的方法对作战系统进行了改造,但仍未脱离“联帮式”计算机系统结构形式。这种结构严重限制了计算机处理能力的提高,不能满足新的作战要求。

  为了在宙斯盾作战系统中应用高性能商用计算机,提高数据处理能力,美国海军将在DDG-51级的DDG-91型舰上装备新的基线-7作战系统。基线-7系统将按“系统中的系统”方法和“探测-控制-交战”原理,通过多个计算机局域网对作战系统进行综合。整个计算机系统由6个功能局域网组成,包括:指挥与决策局域网(C&DLAN),防空战局域网(AAWLAN),反潜战局域网(ASWLAN),先进的战斧导弹武器控制系统局域网(ATWCSLAN),显示局域网(DISPLAYLAN),战备状态测试局域网(ORTSLAN)。每个局域网都采用FDDI光纤局域网技术。各局域网之间由商用高速路由器连接。各功能局域网都执行较完整的作战功能。例如:防空战局域网连接所有与防空作战有关的传感器、武器控制系统、火控系统和武器;反潜战局域网则连接所有与反潜战有关的传感器、火控系统和武器,形成独立的反潜战系统(详情见下面的综合反潜战系统的发展)。ATWCS局域网不仅连接所有与战斧巡航导弹对陆和对海作战有关的传感器、武器控制系统和有关设备,而且连接其它对陆和对海攻击武器系统,例如127毫米舰炮和鱼叉反舰与对陆攻击导弹武器系统,构成一个独立的、具有对陆与对海作战指挥协调和武器控制功能的综合系统,并将装备基线-7的DDG-91型驱逐舰。



图1 宙斯盾基线-7作战系统

  经过多次系统原型试验,证明基线-7系统的处理能力比现有系统提高了6倍,航迹处理能力超过了现有系统的700条航迹。

  基线-7系统是美国海军从1991年开始的宙斯盾“高性能分布式计算”(Hiper-D)计划的一部分。该系统虽然用商用计算机和局域网技术对“联帮式”结构进行了改造,但它只是一个部分分布式系统。目前该计划正在进行下一代全分布式作战系统的研究与开发。

  按着“系统中的系统”方法和“探测—控制—交战”原理将作战系统构成由若干功能局域网组成的分布式系统有许多优点。首先,每个功能局域网都具有较高的数据吞吐量,不仅能保证实时性,而且能支持未来增加传输量的要求。第二,有利于系统设计师控制本局域网上的数据数量和类型。第三,便于由每个功能局域网组成的系统独立研制和试验。第四,多个局域网可提高作战系统的生存能力。最重要的是有利于实现“探测—控制—交战”全过程自动作战,提高快速反应作战能力。据报导,“系统中的系统”设计方法也将应用于21世纪的DD21级新型驱逐舰作战系统的设计中。

4 综合近程防空战系统的发展

  对于没有装备多功能相控阵雷达和区域防空导弹的大中型水面舰艇,发展综合近程防空战系统是提高舰艇自防卫能力的主要途径。美国海军为了提高“非宙斯盾”舰艇防御快速、低空反舰导弹的作战能力,于1988年开始实施“舰艇自防卫系统”(SSDS)计划。所研制的SSDSMKI系统已于1997年6月完成了海上运行鉴定试验并将首先装备两栖登陆舰。

  SSDSMKI系统综合了舰上与防空作战有关的多种传感器和软、硬武器系统,包括SPS-49对空搜索雷达、SLQ-32电子战系统、SAR-8红外搜索与跟踪系统,两个“密集阵”近程火炮武器系统,一个“拉姆”(RAM)近程防空导弹系统和两个UYQ-70多功能控制台。所有的这些系统由FDDI光纤局域网连接,构成分布式系统。该系统中的每个传感器、武器系统和控制台(即监视工作站)均通过一个处理机(即局域网访问装置)与FDDI局域网相连。

  SSDS计划的基本设计思想是:通过分布式结构和多传感器数据融合技术来综合舰上与防御反舰导弹作战有关的所有传感器和武器,使其能同时、协调和自动地与多个威胁目标作战,实现从探测到交战几乎不干予的作战能力。试验表明,该系统已基本上实现了设计目标。1997年6月在美国海军“阿希兰”号登陆舰上对该系统进行了海上运行鉴定试验并获得了成功。在试验期间共向该系统提供了200多个目标,SSDS成功地探测和跟踪了每一个目标。在试验中还进行了“拉姆”近程防空导弹和“密集阵”近程火炮武器系统的自动实弹射击,命中了多枚进攻导弹。

  SSDS下一步计划是进一步综合改进的“海麻雀”导弹系统、SPS-48E与SPQ-9B对空和对海搜索雷达,用最新研制的综合电子战系统(AIEWS)更换SQL-32电子战系统,以进一步提高作战能力并适合装备航母等各种非宙斯盾舰艇。

  美国海军于90年代中期已开始发展先进的自防御作战系统原型,将采用多种人工智能技术,包括模糊逻辑、黑板系统、基于情况的推理和基于知识的系统,并计划将这些技术转移到SSDS系统中。

  SSDS系统的研制试验成功和装舰使用,表明美国海军在软、硬武器综合、多种武器综合及反舰导弹防御作战领域取得了重大发展。

5 综合反潜战系统的发展

  80年代中期,美国海军发展了AN/SQQ-89综合反潜战系统,标志着美国海军在反潜技术方面取得了重大突破。至今这一系统仍然是水面舰艇最先进的反潜战系统,已有多种型号装舰使用。该系统包括MK116反潜战控制系统、SQS-53舰壳声呐、SQR-19拖曳声呐和SQQ-28直升机声呐信号处理系统等。MK116反潜战控制系统是整个反潜战系统的核心,其功能包括多传感器航迹相关和航迹管理、自动或人工目标运动分析、反潜战术辅助、反潜导弹和鱼雷射击诸元解算。SQQ-89反潜战系统实现了多部声呐与火控系统的综合,缩短了反应时间,实现了舰艇和直升机协同反潜作战。



图2 装备惠德比岛号两栖登陆舰的SSDS系统

  为了满足浅海反潜战需要,美国海军对SQQ-89系统进行了一系列改进。在SQQ-8910型系统中,改进了声呐,采用了商用处理机和开放式系统结构,引入了信号局域网和显示局域网,改善了水下目标管理、分类和跟踪能力并能提供一个统一的水下战战术图象。此外,还更新了火控软件,用于小目标跟踪。该型系统已装备基线-6的DDG-79型驱逐舰。

  目前刚开始生产的SQQ-8914型系统,将装备基线-6的DDG-85型驱逐舰。该型系统引入了“多传感器鱼雷识别和报警处理机并用UYQ-70多功能控制台和商用处理机更换所有军用规范的显控台和处理机。目前正在开发的SQQ-8915型系统将装备基线-7的DDG-91型驱逐舰。该型系统将增加遥控猎雷指挥与控制功能并进一步改善声呐浅海探测能力。

  美国海军目前正在为下一世纪的DD21级新型驱逐舰研究与开发IUSW-21综合水下战系统模型。该模型系统将以SQQ-8915型系统为基础,采用舰壳和舰尾多功能声呐,提供360°跨层声呐探测复盖。还将采用最新的商用处理机、显示器和局域网技术。该系统将是一个高度综合的水下战系统,在数据融合的基础上将舰上和舰外声探测、水下战作战指挥、武器火控与发射、直升机反潜等所有功能综合于一体,形成一个反潜、反水雷和反鱼雷综合水下战系统。该系统被认为是水下战的创新。

6 火控系统的发展

  近些年来国外在发展综合作战指挥与火控系统的同时,也发展了许多新型火控系统。由于光电传感器技术不断进步,促使光电火控系统有了较大发展。以色列的MSIS光电传感器系统,其稳定的跟踪器仅60公斤,在三级海况下跟踪精度可达到0.8毫弧。荷兰的Mirador多传感器光电火控系统的跟踪器包括5个光电传感器,重量仅有55公斤。该系统从目标探测到以最大精度射击的反应时间仅为4秒。

  80年代中期后,以跟踪雷达为传感器的火控系统在技术和性能上不断提高。例如瑞典的“海贼”舰炮火控系统和意大利的NA-25火控系统都具较高的性能。“海贼”火控系统在3公里距离上对空中目标射击,总系统精度小于2毫弧;在6—7公里距离上对小艇射击,命中率达50%以上。这些新型火控系统均采用了高性能微处理机、多功能控制台等新技术。

  火控原理也有了新的发展。瑞典“博福斯”公司目前正在研究使用57毫米和40毫米预编程近炸引信炮弹的新火控算法。意大利正在研究使用76毫米航向校正炮弹的火控原理。德国研制的“万发”近程火炮反导武器系统,采用了“命中窗口”预测原理,即预测反舰导弹通过的“窗口”面积,并发射炮弹填满这个面积。

  对岸火力支援是水面舰艇大、中口径舰炮武器系统的主要作战使命。美国海军非常重视提高舰炮武器系统对岸火力支援的能力。目前正在实施海军水面火力支援(NSFS)近期计划,即改进MK45型5英寸/54倍口径舰炮和研制EX-171新型增程制导炮弹(ERGM),称为MK45-Mode4型舰炮系统。该炮将加长到62倍口径,射程可达到63海里(117公里)。ERGM制导炮弹采用全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)联合制导。该舰炮系统计划于2000年装备DDG-81宙斯盾驱逐舰。EX-171型制导炮弹在装定引信阶段就可从卫星、空中和陆地传感器接收目标数据。舰载火控计算机根据GPS坐标为炮弹提供到达目标的三维飞行路线(包括经度、纬度和高度),还计算炮弹通过整个路线的分段点以及炮管仰角。通过无人驾驶飞行器进行对陆火炮射击校正。设计的圆误差概率为10—20米(未改进的MK45/54舰炮,圆误差概率为400米)。

  美国海军已经起动了NSFS远期计划,目前正在研究一种装备新型水面舰艇的155毫米垂直发射舰炮系统(VGAS),射程可达到100海里以上,并能发射未来先进技术的增程制导炮弹。该系统将包括一个新型火控系统,可以从“海军水面火力支持战控制系统”(NWCS)接收目标数据。NWCS系统负责海军水面火力支持战的指挥与控制,控制所有舰载对陆攻击武器(包括战斧巡航导弹),完成海军水面火力支援任务规划并能与陆军和海军陆战队野战炮兵战术数据系统互操作。VGAS系统将于2002年进入工程设计和制造开发阶段,2008年装备新型DD-21级驱逐舰。
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