美国潜艇作战系统发展历程

来源：电波之矛(ID:RadarEW)授权转载

1.CSS MK-1

在1980年代初期，由于美国潜艇陆续装备如战斧巡航导弹、鱼叉反舰导弹等超视距攻击武器，加上MK-48 ADCAP鱼雷即将问世，因此美国海军需要一种集成度更高的潜艇火控系统，以适应新武器带来的资料处理量。 美国海军首先以搭配AN/BQQ-5声纳系统的MK-ll7数字水下火控系统为基础，扩充硬件并提高电脑运算能力，并使用新的软件，推出作战控制系统（CCS MK -1），并在1983年6月率先装备在洛杉矶（(Los Angeles class)级核潜艇巴尔的摩号(USS Baltimore SSN-704)号上，此系统随后安装于新造的同级舰，并陆续改装于已经完工服役的同级舰上，最后总共生产了一百套以上，包括用于潜艇与陆地训练、软件开发维护单位。

CCS MK-l的核心仍是于MK-ll7水下火控系统，保留原本的主要硬件，包括一部双处理器版AN/UYK-7数字电脑、两部MK-81武器控制台、一部MK-92攻击显控台和一些周边设备，其中UYK-7电脑专门用来处理AN/BQQ-5集成声纳系统与导航系统的数据；此外，CCS MK-l也新增了一些硬件，包括两部AN/UYK-44来处理武器火控（此部分原由UYK-7电脑处理），并再增加一部MK-81武器控制台，用于处理超视距目标数据，并与无线电室连接。 相较于MK-117，CCS MK-1 Mod 0型增加了控制从鱼雷管发射的战斧巡航导弹（含对地与反舰型）的能力，MK-1 Mod1型进一步增加MK-48 ADCAP鱼雷的运用能力， MK-1 Mod 2型用于加装MK-36垂直发射系统（装填战斧导弹）的洛杉矶-2级（SSN-719起），最终的MK-1 Mod3则集成了Mod1/2型的全部功能。

2.AN/BSY-1

在1970年代后期，由于采用计算机控制的BQQ-5集成声纳系统（含球型阵列声纳与适形被动阵列声纳等）与拖曳阵列声纳的问世，美国核潜艇的声纳性能（尤其是被动听音）获得大幅提高，信号处理量也大为增加，而体积更小、性能更好的数字电脑也进一步问世；同时，苏联也推出了更安静的胜利-III级等核潜艇。 为此，美国海军展开一项与当时规划中水面舰使用的AN/SQQ-89相似、供潜艇使用的集成作战/声学（CC/A）系统，将舰上所有的声纳传感器结合在一起统一运作处理，并直接连结潜艇上各个火控、武器系统，大幅提高整体作战效率。 在1980年4月，美国海军提出潜艇先进作战系统(SubACS)方案，发展一种采用分散式架构的集成作战系统，以光纤资料汇流排连接各声纳传感器、资料处理器与显控台；此方案在1981年正式提出，并于1983年展开招标；经过三个月后，IBM公司联邦系统分部获得国防部价值68340万美元的研发合约，进行工程研发与初期生产。 依照原定计划，SubACS分成三阶段组成：第一阶段基本系统于1983至1985年度装备于新造的第一批改良型洛杉矶级（688-I）核潜艇（SSN-751~759），第二阶段的A型系统于1986预算年度开始装备于后续剩下的688-I级潜艇（SSN-660~772），第三阶段B型系统用于更新一代的海狼级核潜艇。

然而由于SubACS是美国军方第一个分散架构战斗系统的计划，在分散架构处理网络和光纤资料汇流排/接口等关键技术面临严重瓶颈，经费超支85000万美元。 于是此一计划被迫停止，并1985年5月重新分成两个阶段，首先为688-I型潜艇开发AN/BSY-1战斗系统，接着才为新一代海狼级攻击潜艇开发AN /BSY-2。 AN/BSY-1继续由IBM主导研制，而AN/BSY-2则由IBM与RCA（后成为GE航太的潜艇做战系统分部）竞争。 在1986年9月，IBM开始生产第一套功能经过简化的初期版AN/BSY-1 ，并安装于首艘688-I型潜艇圣硫磺(USS San Juan SSN-751)上，该舰于1988年8月服役，此时某些较大型的硬件还没有到位。 第一套完整的AN/BSY-1装备于688-I的迈阿密号(USS Miami SSN-755)上，该舰于1990年6月服役，并在四个月之后完成系统评估。 美海军总共订购25套AN/BSY-1系统，装备于688-I潜艇与以及某些陆地训练或软件开发维护单位。 最初的洛杉矶改进型（SSN-751~755）的AN/BSY-1采用AN / UYK-7计算机，日后则逐步改用更新型的AN/ UYK-43。

AN/BYS-1的系统架构大致区分为BSY-1作战控制系统和AN/USY-1声纳信号集成处理系统；其中，作战控制系统的硬件架构与CCS MK-l的结构相同，保留了UYK-7和两部UYK-44计算机作运算处理设备，并以MK-81武器控制台作为主要人机介面；而其大部分软件也与CCS MK-l的相同（以CMS-2程式语言编写），节省了系统集成的开发时间。 至于声纳集成处理系统则是BSY-1的开发重点，将舰上所有电子装备、声纳传感器、武器系统与火控数据转换器集成成一套完整的侦测与武器系统，在同一个控制介面底下运作，从此各声纳的资料交换或将目标资料输入火控系统等再也不需要运用人工，作战效率大幅增加。 此外，系统中还增加一套集成式潜艇数据系统，将舰上的导航、运作状况等各种数据集成在一起呈现，改进了船舰的运行机能。 AN/BSY-1也新集成了战术资料交换系统（TADIX）与军官战术资料交换系统（OTCIX）来接收来自友舰或地面指挥单位传来的目标讯号，以进行战斧导弹的火控。 配合AN/BSY-1的改进型声纳系统是AN/BQQ-5D，硬件架构与先前的型号大致相同，更新了波束塑形与讯号处理电脑，以提高波束指向能力与目标侦测的正确性，此外也提升了被动声纳的性能，改良了显控台，并新增TB-23拖曳阵列声纳的运用能力。

AN/BSY-1是美国海军第一套大型军用分散式架构系统，资料分别在不同的几部电脑中处理，速度与防瘫痪能力较传统的中央电脑式系统好。 整体而言，BSY-1拥有117个单机（包括64个多功能处理器、 35个专用处理器与数字成波器）、60MB的记忆体与400MB的硬碟，战术软件的指令码达3万6000条左右（许多沿用自NTDS） ，部有120MCOPS的信号处理能力、800MCOPS的拖曳声纳信号处理能力以及2GOPS的主动声纳波束塑型能力，系统总重量约32ton。 根据美国海军的操作经验，AN/BSY-1战斗系统相当好用，但是集成度仍然不够，运算速度也稍嫌不足。

3.CSS MK-2

在1980年代中期，美国海军除了发展AN/BSY-1之外，稍后也规划用来接替CCS MK-l的新一代潜艇火控作战系统，以新的软硬件架构取代原本CCS MK- 1的1960、70年代架构，不仅提高系统的可靠度和效能，也扩充了系统的功能与集成度。 此系统这就是作战控制系统二型(CCS MK-2)，在1988年由雷松(Raytheon)赢得研发生产合约，装备于改良型洛杉矶级核潜艇与俄亥俄级核子动力弹道导弹潜艇上，日后也被海狼级采用。 在1993年初，CCS MK-2完成软硬件集成开发，并进行完整操作试验和评估。 CCS MK-2与AN/BQQ-5E数字化舰载声纳系统的组合称为「QE-2」。

CCS MK-2部有指挥、航行战术控制、武器控制、目标动态分析等功能，并部备对付超视距目标的能力。 CCS MK2将原来CCS MK-l和AN/BSY-1的手动、电脑辅助和拖曳阵列声纳目标运动分析操作方式集成起来，能以集成的单一方式分析目标动态，一次可控制4枚MK-48ADCAP鱼雷进行接战。 硬件方面，CCS MK-2以一部UYK-43与一部UYK-44来取代原本的一部UYK-7和两部UYK-44的架构，软件由CMS-2和ADA语言编写，并引进商规软硬件。 在CCS MK-2中，UYK-43用来处理CCS MK-l中UYK-7的全部功能，以及其中一部UYK-44的武器数据处理工作，这些包括背景处理、分配资料、伺服器、资料连通等。 而CCS MK-2的UYK-44则专门处理攻击超视距目标以及武器火控等工作，以一个CP-2037/UYK平行处理器来协助处理高目标航迹速度。 介面方面，CCS MK-2以四部商规MK-130通用显示器（CDS）取代原本CCK MK-l的MK-81武器控制台。 MK-l30以其矽谷影像公司（SiliconGraphics）的4D/20个人信号工作站为基本架构，处理速率可达8MIPS；其显示器为一部19吋（48.26cm）光栅扫描主显示器，解析度为1280x1024相素，能同时显示来自两个不同感测器的图像和文字、数字信息，并可同时开启16个视窗；而其他的人机介面则包括专用开关、一个小键盘和一个QWKRTY键盘。 。 MK-l30 CDS可互换显示与操控机能，提高了系统交互操作与备援能力，而其中两部CDS则用于超视距目标的定位在CCS MK2中，配套的集成声纳系统系统为BQQ- 5E，新增了基阵更长的TB-29拖曳阵列声纳，并以UYK-43主电脑取代过去的UYK-7。 CCS MK-2节核战斧Block 3巡航导弹、MK-48 ADCAP鱼雷，并支援拖曳阵列声纳目标动态分析（Target Motion Analysis，TMA）。

在俄亥俄级弹道导弹潜艇上，CCS MK-2搭配的声纳系统为AN/BQQ-6，除了省略主动声纳部件外，大致与BQQ-5相同。 改进后的CSS MK-2系统中的硬件架构包括工作站（人机介面）、区域网路、背板、符合可移植作业系统规范（Portable Operating System Interface of UNIX，POSIX）的作业系统、资料库管理、图形等。

CCS MK-2 Block 1 A/B采用战术先进电脑系统3（Tactical Advanced Computers 3，TAC-3）硬件，可支持SFMPL、NTCS-A、Link-11、ATWCS等子系统

4.AN/BSY-2

作为AN/BSY-1的后继型，继承原RCA的GE航太潜艇系统分部于1988年3月击败IBM，赢得AN/BYS-2的全工程发展合约，并在1993年11月完成第一套原型系统。 由于海狼级的产量大幅缩水至三艘，最后美国海军只订购四套AN/BSY-2。

AN/BSY-2是美国海军第一种真正的一体化潜艇作战系统，结合潜艇上所有的资料数据处理系统、感测系统、操作与武器显控台。 AN/BSY-2采用全分散式系统架构，而CCS MK-2则是其下的一个主要子系统。

AN/BSY-2的核心是AN/UYS-2声学信号处理器，整体处理能力是AN/BSY-1的AN/USY-1的好几倍。 AN/BSY-2总共拥有1000个以上的Motorola商规处理器，其中有300个是UYS-2声学信号处理器的32位元Motorola 68030处理器，构成一个由102个处理器节点的弹性架构；这些处理器用于基本资料处理、输入/输出控制、机柜控制和信号处理，并区分为声学信号处理、指挥控制、武器火控和显示等四个不同的任务类型。 在武器处理器组的类型中，有一个指定的部件相容于所有的四种类型处理器，因此系统中任何一个处理器都可以作为武器类处理器的备援，一但有处理器失效时可由其他处理器递补。 处理器之间部备相互备援功能，如果某一类处理器无法工作，则可由人工介入方式调用其他处理器来递补。

在武器类中有一个指定的备件对所有4类处理器都适用，这样，任何处理器停止工作时都会有备件替换它。 第二个措施是，在同一类处理器中有一台出现故障，其余完好的将作为备件使用；如果某一类处理器不能进行工作，那么可以通过人工干预将备用处理器插到系统中

后端系统还包括示波器、信号处理器与一部可提供4000门通用成波的Vhsic晶片阵列处理器，舰上所有声纳系统获得的数据都透过这个阵列处理器处理并形成波束。 AN/BSY-2以Flexnet区域网路连接所有的传感器、资料计算处理单元、工作站与武器火控系统，全系统硬碟储存容量为4.7GB，随机存取记忆体（RAM）容量则为1.8GB 。 AN/BSY-2使用ADA语言编写软件，全新编写的程式超过200万行，而软件程式总行数则超过300万行。 全系统拥有11部新开发的AN / UYQ-70商规组件工作站，系统可重新对多个执行任务进行编译，因此万一有部分工作站失效，其功能将立刻由其他显控台接手；工作站的人机介面则包括QWERTY键盘、轨迹球和触控屏幕。 显示战术态势的相关系统包括战术态势绘图仪、传输组（transmit group）、大型垂直显示器和大型横向显示器、6个用于显示数据的显示器等。

AN/BSY-2的声纳系统仍为AN/BQQ-5D/E，而在海狼级上新增加的重要感测器是马丁.马里塔(Martin Marietta)公司的宽孔径被动阵列声纳( WAA)，其主要听音单元布置在舰壳之外，舰体两侧各有三组分离的主基阵。 由于海狼级研发当时的电脑技术较为有限，新制订的军规ADA程式语言上路未久，熟悉的工程师不多，而SYS-2又是一种拥有三百万行程式语言的大型复杂系统，采用分散式架构就必须承担运作速率大幅滑落的风险。 由于BSY-2系统十分庞大复杂，平均每分钟需要157加仑的冷却水。

来源：http://www.mdc.idv.tw/mdc/index.htm

“远望智库”聚焦前沿科技领域，着眼科技未来发展，围绕军民融合、科技创新、管理创新、科技安全、知识产权等主题，开展情报挖掘、发展战略研究、规划论证、评估评价、项目筛选，以及成果转化等工作，为管理决策、产业规划、企业发展、机构投资提供情报、咨询、培训等服务，为推动国家创新驱动发展和军民融合深度发展提供智力支撑。