第五部分：無人潛航器研究報告

（四）

無人潛航器

水中作戰平臺關鍵技術

目前，世界各國都在積極發展水中無人平臺技術，特別是近幾年來隨著計算機技術和通信技術的高速發展，在水中無人平臺領域引入這些高新的科技大大推進了水中無人平臺的發展進程。水中無人平臺是水中無人作戰平臺的主要載體，它的發展決定了水中作戰平臺的技術水平。發展水中無人平臺是一門多學科綜合性的問題，從它的整體的框架到其搭載的硬件裝備，再到其配套的軟件技術，都需要相應的科學技術去支撐。下面就對發展水中無人作戰平臺所需的關鍵技術進行分析。

（一）任務模塊技術

發展水中無人作戰平臺的目的就是利用其去執行各種不同的任務，它的任務使命決定了它的用途和功能。如果僅僅為了簡單的一項任務就建造一個專用的無人作戰平臺，那將是資源的浪費。如果將各種任務進行分類，然后根據任務的需求建造相應的任務模塊，這些模塊可以執行任務的不同進行不同的搭配，在平臺上自由的拆裝，這將大大的提高了無人作戰平臺的通用性，同時降低了整體的建造成本。

發展任務模塊技術首先要設計還載體的結構，并為整個模塊化的系統訂立一個標準。整體的結構要適合模塊的更換，同時也要盡量適合航行體的基本結構要求等，例如總體結構的壓力要求，水密性能，載荷等基本條件都必須要得到滿足。并且在整個結構中要盡可能的使用標準化的接口，以便于其它設備及模塊的接入。模塊中的設備應選用兼容性好的設備，這樣有利于新設備的替換，同時擴展性也比較好。

（二）高度智能化

由于水下的工作環境的復雜化和不可預知性，因此水中作戰平臺系統應該不斷的改進和完善自身的智能體系結構，加強系統的應對變化的能力，提升系統的自主學習的能力，使無人作戰平臺擁有更好的自主性和適應性。水中無人作戰平臺的自主性和適應性主要由系統的人工智能技術、集成控制技術和軟件系統的性能決定的。目前，人工智能技術主要是人工神經網絡技術和基于符號的推理技術，兩項技術各有優缺點，因此，將兩項技術結合開發利用可以提高系統的學習和適應能力。對于系統軟件的設計和系統集成控制方面，很多國家都在進行研發，主要集中在以下幾個方面：多傳感器信息的融合和識別，兼容性好的軟件結構體系，潛水器的閉環運動控制技術等等。

（三）動力推進與能源開發

目前的水中無人作戰平臺的工作范圍受動力能源的影響很大，續航能力決定了它們的工作范圍，能源的效率決定它們的動力性能。目前的無人作戰平臺的航速普遍較低，一般都在10節以內，并且工作范圍也比較小，工作時間短，這都是受到了動力性能的限制。因此要提高無人作戰平臺的能力，提高其動力性能是十分必要的。現在大多數的水中無人平臺的能源主要是：銀鋅電池，鋰電池，堿性蓄電池，鋁氧半燃料電池等，這些電池雖然應用比較廣泛，但是也都存在一定的不足。為了提高無人作戰平臺的續航力，應開發發電效率更高、費效比高、可反復使用的新的能源來提高其動力性能。

（四）導航與定位技術

水中無人作戰平臺上的探測與導航設備就是平臺的“眼睛”，平臺在水中工作時完全依靠探測和導航設備的收集的信息來進行航行和定位的。無人作戰平臺能否航行到指定地點進行作業和完成指定的任務，導航技術起到了至關重要的作用。目前的水中無人作戰平臺的導航設備主要有慣性導航系統、GPS系統、多普勒速度儀等。目前的水中無人作戰平臺多采用多種技術組合的導航方式，即利用GPS定位系統結合水下聲波定位的方法進行定位，利用慣性導航系統、多普勒速度儀和卡爾曼濾波器等等設備結合聲納和攝像機拍攝的圖像數據進行導航。但是，目前在多種設備的數據融合方面還存在著不足，需要繼續的完善。同時一些國家在開發新型的導航技術，如海底地形匹配導航和重力磁力導航技術等等，都是發展導航技術的新的方向。

（五）通信技術

水中無人作戰平臺的通信聯絡是多個平臺之間信息交換的主要方式。目前水下無人作戰平臺的通信方式主要有水聲通信和光纖電纜通信兩種，其中利用光纖電纜通信屬于有線通信，它是利用電纜和光纜作為傳輸媒介來傳遞信息，它的特點是傳輸信號速度快、可靠性高，但是需要有光纜和電纜來連接兩個工作單位，這就限制水中平臺的作業范圍和靈活性；而水聲通信屬于無線通信方式，它的作用距離取決于使用設備的載波頻率和發射功率，它的傳輸速度比較低，傳輸信息的距離也十分有限，同時水聲通信受到環境的影響也很大。研究水聲通信是目前各個國家的發展的重點，他們主要集中于研究水聲高速度、遠距離傳輸技術和傳輸安全性等問題。目前美國還研制成功了利用激光在水中進行通信，其主要利用的是藍綠激光通過空中單位發射與水下100米左右深度的潛水器進行通信，但是距離應用到水下作戰平臺上還有一定的距離。

（六）布放與回收技術

水中無人作戰平臺的布放和回收也是研究水中平臺所不可忽略的技術。目前水中無人作戰平臺多采用潛艇布放的技術，這樣能夠既能夠擴大水中無人作戰平臺的活動范圍，又能夠保持它的隱蔽性。各國對水下平臺的回收裝置的設計和回收方法方面的研究比較少，而且進展緩慢。美國在這個方面進行了大量的研究，并進行了一系列的實驗。

如在2005年“圣保羅-明尼阿波利斯”號（SSN-708）攻擊型核潛艇上裝載了AN/BLQ-11水雷偵察系統，在制定海域進行了布放和回收實驗，并取得了成功。解決好無人作戰平臺的布放和回收的問題，將極大地提高UUV的使用效率。

（七）平臺協作技術

多水中無人作戰平臺協同作戰技術作為無人平臺的新的應用方式出現，得到了很多國家的重視。多無人作戰平臺協同工作可以更可靠、更快速地完成但平臺難以完成的任務。多個平臺協同工作涉及到各個平臺之間的通信交互、信息融合、協同控制等等方面的問題，下面就這些關鍵技術進行分析。

1．多平臺系統的體系結構問題

多個水中無人平臺構成的系統的結構十分復雜，不僅僅是將多個平臺簡單的集合起來形成一個整體，而是要建立起一個合理有效的系統體系結構，使各個平臺能夠充分的發揮它們各自的效能，使得系統的整體效能之和大于各平臺效能的總和。選擇合適的體系結構是研究整個無人平臺系統的前提，它的結構框架和控制機制決定了整個系統的構成和功能，是整個系統的基礎。多平臺系統的結構研究主要包括兩個方面：一是系統中單個平臺的結構，而是多個平臺間的組織結構。這兩個方面也是未來研究多平臺系統的兩個主要方向。

2．傳感器管理技術

多個水中無人作戰平臺可以攜帶多種不同的傳感器，在協同執行任務的時候可以利用多個傳感器去進行探測，然后將各個傳感器收集的信息進行整合可以得到更多、更全面的探測信息。那么如何協調管理這些傳感器，充分利用他們收集的信息資源是研究多平臺協同工作的一項關鍵技術。多個平臺協同工作時能夠利用通信網絡將各個傳感器收集的信息共享給網絡中的每個單元，這樣可以擴大整個系統的探測范圍，提升了每個平臺的觀測能力。將這些傳感器合理的分配和管理，將極大地提高整個多無人平臺系統的作戰能力。傳感器的管理包括空間管理、時間管理和模式管理。對于傳感器的管理，首先是根據作戰的任務將傳感器的任務進行合理的規劃，即是根據任務內容決定傳感器的分配和任務的分配；然后利用控制指令指導各個傳感器去完成任務。

3．水聲通信網絡技術

水聲通信網絡技術是整個多個水中無人平臺系統構建的關鍵技術，也是目前很多機構研究的主要方向。多水中無人作戰平臺能否成功的組成協同作戰系統以及能否順利的完成既定的任務都取決于是否擁有良好的水聲通信網絡技術。由于水下環境的復雜多變，使得水下通信受到了很多的限制。作為水下主要通信手段的水聲通信的傳輸的距離、傳輸效率和可靠性都受到了水下環境的影響，因此設計良好的通信方案和合理的水下網絡結構都是克服水聲通信不足的必要方法。這些問題都需要進一步的研究。

4．智能協調與控制技術

多水中無人作戰平臺一起執行任務的時候，如何管理多個單元，多個單元之間如何協調工作，這些問題都需要有效的協調與控制技術來解決。管理這些協同的單元涉及到任務的分配機制、資源沖突的解決方案、協調控制方案等等問題，將這些問題合理的解決將使整個系統資源得到合理的配置，各個單元之間協調地工作，整體效能得到很大的提升。

在整個多平臺系統中研究智能協調與控制技術的目的就是為了使多個平臺能夠組合成一個整體，在這個體系中能夠協調的配合工作。多無人平臺能夠順利地合作需要是明確的組織方式，而運動和工作中能夠協調地運作需要的是合理運作機制。只有解決好這兩個基本點，才能夠真正地提高多平臺系統的協調與控制技術水平。

5．多水下平臺數據融合技術

多水中無人平臺作戰系統的最明顯的優勢就是能夠將多個平臺的傳感器的信息共享給整個系統中的各個單元，使得戰場更加透明化。如何將多個作戰平臺共享的信息融合，形成每個平臺都能夠識別的信息數據則是實現信息共享所必須要解決的問題。這個問題涉及到數據描述的一致性、多數據融合技術、計算機數據庫技術和信息過濾技術等等問題，這些都是解決這個問題的關鍵。對于同構系統來說，他們采用的是相同的探測設備，在該問題上比較容易解決；但是，對于異構系統來說，系統中的多個平臺的結構不同，使用的設備收集的信息模式也不同，如何將多種模式的數據信息融合過濾形成能被所有平臺識別的數據是必須要解決的問題。同時，水下的特殊環境也給水中數據傳輸制造了很大的麻煩，這也為多水下無人作戰平臺的數據融合早成了很大的困難。

文章來源：《武器與裝備研究選編》國際防務科技叢書（2015年第5期，總第15期）中國電子科學研究院管理研究中心編譯/ 圖片來自于原報告或互聯網。

第一部分：美國航母研究報告

第二部分：國外預警機研究報告

國外預警機研究報告（一）：發展歷程+預警機地圖

國外預警機研究報告（二）：美國E-3系列“望樓”預警機

第三部分：無人機研究報告

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第四部分：無人海上艦船研究報告