SQQ-89水下戰鬥系統

配合神盾Baseline 7的AN/SQQ-89A(V)15反潛戰鬥系統的各感測器示意圖。SQQ-89A(V)15採用

開放式架構,感測器最重要的改進是採用AN/SQR-20(後改稱TB-37U)多用途線性托曳陣列聲納

 (MFTA)取代1980年代服役的AN/SQR-19。

──by Captain Picard


 

在1970年代初期,鑑於前蘇聯查理級等配備反艦飛彈的新潛艦威脅,美國海軍陸續發展了若干措施統,包括提高拖曳陣列聲納、MK-116反潛射控計算機的 性能,此外亦發展LAMPS-3等反潛直昇機系統。爾後,美國海軍決定將艦上所有的反潛偵測、武器系統(包含艦首聲納、拖曳陣列聲納、MK-116反潛射 控計算機、反潛直昇機、魚雷與反潛火箭等)結合成完整的反潛作戰系統,以達到最高的反潛作戰效率。此一計畫始於1976預算年度,命名為AN/SQQ- 89。

在1981預算年度,通用電氣公司(General Electric Company)位於紐約的電子系統部門(Electronic Systems Division,後併入Lockheed Martin)贏得AN/SQQ-89的主承包合約 ,此外西方電器(Westinghouse Electric, Baltimore, Maryland)也有參與。在1984財年,AN/SQQ-89在史普魯恩斯級驅逐艦穆斯布魯格(USS Moosbrugger DD-980)號上進行第一次艦上測試。裝備於派里級飛彈巡防艦的版本是簡化的AN/SQQ-89(V)2,於1985年首度安裝在派里級飛彈巡防艦科特號(USS Curts FFG-38)上進行測試。裝備於史普魯恩斯級的實用化系統是AN/SQQ-89(V)1,於1987年安裝在首艦史普魯恩斯號(USS Spruance DD-963)上。第一種裝備於提康德羅加級神盾巡洋艦的版本是AN/SQQ-89(V)3,首艘裝備的是1988年1月服役的聖賈辛托號(USS San Jacinto CG-56);至於首種裝備於伯克級神盾驅逐艦的則是AN/SQQ-89(V)4。在1990預算年度,西方電氣公司海洋部(Westinghouse Electric Corporation,Oceanic Division)被選為AN/SQQ-89(V)的第二承包商。在1995年時,美國海軍打算在130艘船艦上部署SQQ-89;至今,美國海軍總共訂購了120套左右的SQQ-89。

AN/SQQ- 89(V)是一種整合式水面艦艇反潛作戰系統,結合艦上所有反潛的相關偵測、射控與武器系統,透過多種水下感測器獲得目標情資並實施分類、動態分析,輸入 MK-116進行射控解算,最後指揮控制各反潛武器(含魚雷、ASROC與反潛直昇機)實施攻擊;此外,SQQ-89也可將各聲納傳感器的相關目標航跡資 訊傳遞給船艦的作戰系統,供全件指揮和決策之用。SQQ-89的軟體中,85%以上採用美國海軍軍規CMS-2/CMS-2Y軟體編寫。

早期的SQQ-89的MK-116數位計算機以一具UYK-7電腦為核心(後來換成UYK-43), 結合三部AN/UYS-1(V)先進信號處理器(Advanced Signal Processor,ASP),整合艦上AN/SQS-53艦體聲納、AN/SOR-19戰術拖曳陣列聲納 、LAMPS-3的AN/SQQ-28直昇機聲納浮標信號處理系統、AN/UYQ-25A(V)2聲納操作環境評估系統(Sonar In-situ Mode Assessment System,SIMAS)、MK-116水下射控系統等五項次系統 ,後端使用AN/UYQ-21(CY-8571)先進顯示處理器(Advanced Video Processo,AVP)。其中,兩部UYS-1信號處理器負責處理SQR-19拖曳陣列聲納的信號, 第三部處理SQQ-28傳來的直昇機聲納浮標信號,全系統能同時追蹤99個水下目標,並對這些目標持續維持3小時的軌跡紀錄。 UYQ-25A(V)2聲納操作環境評估系統(Sonar In-situ Mode Assessment System,SIMAS)能根據各種水文參數,預測每個聲納系統在當前水域環境下的運作效能,進而分析出最適合的操作模式,以發揮出最佳系統效能。AN/SQQ- 28聲納浮標信號處理系統是LAMPS-3反潛直昇機系統的一部份,SH-60B反潛直昇機灑佈聲納浮標作業時,聲納浮標回傳的資訊回傳直昇機後,透過機上ARQ-44(機載)/SRQ-4(艦載)雙工數據鏈傳送到艦上,並由艦上AN/ARR-75聲納浮標信號接收機來接收 。在配備AN/SQR-19的艦艇上,SQQ-28的資訊將分享至所有的資料處理與信號處理系統,反潛直昇機回傳的信號與AN/SQR-19用同一部AN/UYQ-21彩色顯控台;而如果單獨使用,SQQ-28則以AN/UYK-20電腦進行處理。早期SQQ-28的每個AN/UYS-1信號處理器(尚未採用商規組件)的運算能力為每秒60萬個定點指令(60 MOPS),並提供8個定向信號分析記錄(Directional Frequency Analysis and Recording,DIFAR)通道以及4個先進聲納浮標通信資料鏈(Advanced Sonobuoy Communications Link,ASCL)通道,能同時處理8個被動聲納浮標(透過DIFAR通道)或四個指向性主/被動聲納浮標(透過ASCL通道)的資訊, 而SH-60B直昇機上搭載的UYS-1聲納浮標信號處理系統則擁有五個ASCL通道,能同時處理5個指向性被動聲納浮標的資料。在1990年代,使用COTS組件升 級的AN/UYS-1A處理器出現,DIFAR與ASCL通道數量都增為32個,運算能力也大幅增為每秒19.2億個浮點指令(1920 MFLOPS)。

在1986年展開的SQQ-89改進計畫(SQQ-89 Improvement,又稱Q-89I或SQQ-89 (V) 10),包括引進AT&T的AN/UYS-2強化模組信號處理器(Enhanced Modular Signal Processor,EMSP)取代UYS-1;然而,此項計畫由於範疇經常變動(包括威脅分析、系統規格、平台定義等),加上許多技術問題(尤其是ESMP),導致進度大幅落後,結果這項計畫在1992年遭到取消。

整套SQQ-89運作的自動化程度極高 ,能根據各種聲納系統回傳的資料,同時對多個水下接觸信號進行自動化的目標動態分析(Target Motion Analysis,TMA),將人工介入程度降至最低。 為了進行訓練作業,雷松還特地研製一套名為AN/SQQ-89(V)T訓練模擬器,利用硬體模擬的信號與處理系統代替真實的聲納、反潛武器與直昇機,提供 反潛作戰訓練的各種目標情境與戰術模擬;SQQ-89(V)T由訓練控制台、LAMPS直升機導航模擬器、信號產生器/處理器及各種周邊設備等等。

以下分別簡介提康德羅加級飛彈巡洋艦、柏克級飛彈驅逐艦與派里級飛彈巡防艦使用的SQQ-89版本:

提康德羅加級:提 康德羅加級使用的SQQ-89包括(V)1/2/3/6/12,(V)1到(V)3擁有一具UYK-7主電腦(後來改良時換為UYK-43)以及MK- 116Mod6反潛射控系統,使用SQS-53A/B艦首聲納(後來以COTS組件改良)以及SQR-19(V)1/A(V)1拖曳陣列聲納 ,並結合LAMPS 3反潛直昇機系統的SQQ-28聲納浮標資料鏈。改良後的(V)6以一具UYK-43主電腦取代UYK-7,換裝改良後的MK-116 Mod7反潛射控系統,使用SQS-53C(V)1艦首聲納以及SQR-19B(V)1拖曳陣列聲納。

在1994年中,裝置於柏克級飛彈驅逐艦的AN/SQQ-89 (V) 6完成第三階段F作戰測評(OT-IIIF),整體而言作戰測試評估(Operational Testing and Evaluation ,DOT&E)階段認為AN/SQQ-89 (V) 6有效而足以擔負作戰任務(在17次跟友軍合作並與核能潛艦交戰中有,7次判定成功摧毀敵方),而且1992年的OT-IIIE測試階段出現的問題都獲得 解決,軟體成熟度達到海軍要求門檻(此時海軍已經修正之前幾個被認定不合理的要求門檻),不過之後仍須繼續提升各項功能才能滿足船艦生存需求,因為此時 DOT&E測試結果顯示在與敵方核能潛艦的一對一交戰中不能提供足夠的生存優勢。

在2010年代,SQQ-89(V)6也開始進行升級,包括魚雷警戒升級(Torpedo Alertment Upgrade,TAU),整合入魚雷辨識與警戒功能段(Alertment Functional Segment,TRAFS),改進操作能力的相關技術如系統層級紀錄器(System Level Recorder)並結合信號區域網路(Signal LAN,S-LAN),戰術決策輔助系統(Tactical Decision Support Subsystem,TDSS),以COTS商規組件技術為基礎的聲納戰況模式評估系統二(Sonar In-situ Mode Assessment system,SIMAS II),以及共同整合戰術態勢圖(Common Integrated Tactical Picture ,CITP)能力等等。

SQQ-89(V)12則將AN/SQS-53B艦首聲納升級為AN/SQS-53D(V)2,並同樣進行魚雷警戒升級(TAU),包括TRAFS、SIMAS II、SLR、TDSS等。
 

柏克級:柏 克級使用的SQQ-89包括(V)4/6/10/14/15等版本,(V)4/6除了省略了SQQ-28聲納浮標訊號處理系統(因為這批柏克級並未配備 LAMPS-3反潛直昇機系統)之外,其餘與提康德羅加級的(V)6版本相似。SQQ-89(V)10版則是為配備反潛直昇機的柏克級Flight2A設 計的 ,前六艘柏克Flight 2A(DDG 79-84)都使用(V)10,擁有SQQ-28,但不具備SQR-19拖曳聲納;此外,SQQ-89(V)10擁有改良的UYS-2增強型模組化信號處 理器(Enhanced Modular Signal Processor,EMSP)、USQ-132戰術決策輔助系統(TDSS)以及基於商規技術的UYQ-65先進影像處理顯示系統(AIDS)。SQQ-89(V)14裝備於柏克Flight 2A的DDG-85~90,是SQQ-89(V)10到(V)15的過渡型改採開放式的分散系統架構,整個系統分為10個獨立的部分,並開始引進COTS 商規科技 ,包含TAC3工作站等;相較於(V)10,(V14)唯一的新增功能是增添魚雷辨識與警戒功能段(TRAFS)。

從DDG-91起的柏克Flight 2A(使用神盾Baseline 7)配備SQQ-89(V)15,引進商規組件取代老舊的封閉軍規電腦 ,後端運算與顯控單元採用開放式的AN/UYQ-70顯控台,並與歷年不斷改良的周邊聲納、直昇機系統整合,包括基於SMP多重處理器與Linux作業系統的系統架構、SQS-53D艦體聲納、MK-116 Mod7反潛射控計算機、SQQ-28 Block2反潛直昇機聲納浮標系統、MK-50/54先進輕型魚雷、AN/SLQ-25B魚雷反制系統,以及新一代的AN/SQR-20(後改稱TB-37U)多用途線性托曳陣列聲納 (MFTA)等,並具有聲納追蹤識別(Echo Tracker Classifier,ETC)能力來擴展艦體聲納與拖曳陣列聲納在主動模式下的整合工作能力。AN/SQQ-89A(V)15運用了商規的非同步傳輸模式(Asynchronous Transfer Mode,ATM)的內部網路,使傳輸速率能輕易達到19.2Mb/sec。AN/SQQ-89A(V)15拖曳式主動接收系統(Towed Active Receive System ,TARS)採用商規科技,結合光纖傳輸信號的拖曳陣列聲納、一個中頻多基(bistatic,接收端處理不同的發射端的信號)處理器以及新型寬頻數位波束生成器(wideband Beamformer)。數位波束生成器包含德州儀器(Texas Instruments)的TMS320C40數位信號處理器(DSP)PowerPC、SPARCStation等硬體以及SPOX、VxWorks與Solari作業系統,都是商規產品;多頻道的DSP節點由200個組件構成,能能提供300個波束頻道。處理器之間的通信使用IP定址,提供可靠的異質(heterogeneous)處理器與作業系統環境。SQQ-89(V)15的應用軟體層能便利而頻繁地進行後續的功能擴充與軟硬體升級。

SQQ-89A(V)15由八個獨立的功能子系統構成,並分成三大類:

水下作戰聲納與處理段(USW Sensor and Processing Segments):包含三個功能段,分別是聲學聲納功能段(Acoustic Sensor Functional Segment,ASFS)、輕型空載反潛直昇機聲納浮標功能段(LAMPS Sonobuoy Functional Segment ,LSFS)、魚雷識別與警戒功能段(Torpedo Recognition and Alertment Functional Segment,TRAFS)。

接觸管理與射控段(Undersea Warfare Control Functional Segment,UCFS):包含水下作戰控制功能段(Undersea Warfare Control Functional Segment,UCFS)。

支援段(Support Segments):包括艦載訓練功能段(On-Board Trainer Functional Segment,OBTFS)、聲納表現預測功能段(Sensor Performance Prediction Functional Segment,SPPFS)、工作站功能段(Workstation Functional Segment,WSFS)以及通用系統服務功能段(Common System Services Functional Segment,CSSFS)。

 

伯克級Flight 2A驅逐艦從杜威號(USS Dewey DDG-105)開始裝備SQQ-89A(V)15 EC-204/EC-206反潛戰鬥系統,不過這幾艘一開始並未安裝拖曳陣列聲納以及搭配的信號處理器;從2010年代重新開始生產的伯克Flight 2A的DDG-118起,SQQ-89A(V)15就首度加裝AN/SQR-20(TB-37U)拖曳陣列聲納、新的聲納浮標信號接收機來替換ARR-75、以MH-60R反潛直昇機系統為主的LAMPS-3 Block 2、更新聲納室冷卻系統等。

伯克Flight 2A重啟型(DDG-113以後)開始搭載SQQ-89A(V)15,而早期的伯克級飛彈驅逐艦與提康德羅加級飛彈巡洋艦也將透過大規模改良聲納系統(Scaled Improved Sonar System,SIPS)計畫,引進部分SQQ-89A(V)15的新技術來升級原有的SQQ-89。 到2016財年年底,美國海軍已有35套量產型SQQ-89A(V)15裝備於後期型柏克級Flight 2A上。

 派里級巡防艦:先 後配備SQQ-89(V)2/9,其系統較為簡化;由於派里級沒有裝備ASROC反潛火箭,所以SQQ-89(V)2/9省略了MK-116射控 計算機,改為連接一套MK-309反潛射控操控台(Fire Control Panel);運作時,操作人員將水下目標的距離、方位與航線輸入MK-309,配合目標速度資訊求出建議性的魚雷攻擊模式與相關數據,然後發射艦載魚雷 進行接戰。由於結合的次系統較少,SQQ-89(V)2只裝備UYK-20/44中型電腦,而沒有UYK-7/43大型電腦。SQQ-89(V)2整合了LAMPS-3反潛直昇機系統的SQQ-28聲納浮標信號處理器、SQR-19拖曳陣列聲納(只有部分派里級才有安裝)以及UYQ-25聲納操作環境評估系統(SIMAS)等三項次系統,不包括SQS-56中頻艦首聲納(在遠洋反潛任務中,工作距離短、只能以直接聲學通道操作的SQS-56用處不大)。作為對照,SQQ-89(V)1/3/5/8各有五個OJ-452顯控台,SQQ-89(V) 4/6/7則有六個OJ-452顯控台,其中1至2個顯控台由MK-116射控計算機採用;至於派里級的SQQ-89(V)2由於省略MK-116,只有 兩個OJ-452顯控台。

SQQ-89(V)9基本上是SQQ-89(V)2的後續改進型號,更新了許多過時的硬體,例如以採用商規現成組件(COTS)的UYQ-70多功能顯控台取代原本軍規的OJ-452顯控台。