第五部分：無人潛航器研究報告

（四）

無人潛航器

水中作戰(zhàn)平臺關(guān)鍵技術(shù)

目前，世界各國都在積極發(fā)展水中無人平臺技術(shù)，特別是近幾年來隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)的高速發(fā)展，在水中無人平臺領(lǐng)域引入這些高新的科技大大推進了水中無人平臺的發(fā)展進程。水中無人平臺是水中無人作戰(zhàn)平臺的主要載體，它的發(fā)展決定了水中作戰(zhàn)平臺的技術(shù)水平。發(fā)展水中無人平臺是一門多學(xué)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(shù)，都需要相應(yīng)的科學(xué)技術(shù)去支撐。下面就對發(fā)展水中無人作戰(zhàn)平臺所需的關(guān)鍵技術(shù)進行分析。

（一）任務(wù)模塊技術(shù)

發(fā)展水中無人作戰(zhàn)平臺的目的就是利用其去執(zhí)行各種不同的任務(wù)，它的任務(wù)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(wù)就建造一個專用的無人作戰(zhàn)平臺，那將是資源的浪費。如果將各種任務(wù)進行分類，然后根據(jù)任務(wù)的需求建造相應(yīng)的任務(wù)模塊，這些模塊可以執(zhí)行任務(wù)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(zhàn)平臺的通用性，同時降低了整體的建造成本。

發(fā)展任務(wù)模塊技術(shù)首先要設(shè)計還載體的結(jié)構(gòu)，并為整個模塊化的系統(tǒng)訂立一個標(biāo)準(zhǔn)。整體的結(jié)構(gòu)要適合模塊的更換，同時也要盡量適合航行體的基本結(jié)構(gòu)要求等，例如總體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中要盡可能的使用標(biāo)準(zhǔn)化的接口，以便于其它設(shè)備及模塊的接入。模塊中的設(shè)備應(yīng)選用兼容性好的設(shè)備，這樣有利于新設(shè)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(huán)境的復(fù)雜化和不可預(yù)知性，因此水中作戰(zhàn)平臺系統(tǒng)應(yīng)該不斷的改進和完善自身的智能體系結(jié)構(gòu)，加強系統(tǒng)的應(yīng)對變化的能力，提升系統(tǒng)的自主學(xué)習(xí)的能力，使無人作戰(zhàn)平臺擁有更好的自主性和適應(yīng)性。水中無人作戰(zhàn)平臺的自主性和適應(yīng)性主要由系統(tǒng)的人工智能技術(shù)、集成控制技術(shù)和軟件系統(tǒng)的性能決定的。目前，人工智能技術(shù)主要是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和基于符號的推理技術(shù)，兩項技術(shù)各有優(yōu)缺點，因此，將兩項技術(shù)結(jié)合開發(fā)利用可以提高系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和適應(yīng)能力。對于系統(tǒng)軟件的設(shè)計和系統(tǒng)集成控制方面，很多國家都在進行研發(fā)，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(jié)構(gòu)體系，潛水器的閉環(huán)運動控制技術(shù)等等。

（三）動力推進與能源開發(fā)

目前的水中無人作戰(zhàn)平臺的工作范圍受動力能源的影響很大，續(xù)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(zhàn)平臺的航速普遍較低，一般都在10節(jié)以內(nèi)，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(zhàn)平臺的能力，提高其動力性能是十分必要的?，F(xiàn)在大多數(shù)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(yīng)用比較廣泛，但是也都存在一定的不足。為了提高無人作戰(zhàn)平臺的續(xù)航力，應(yīng)開發(fā)發(fā)電效率更高、費效比高、可反復(fù)使用的新的能源來提高其動力性能。

（四）導(dǎo)航與定位技術(shù)

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

（五）通信技術(shù)

水中無人作戰(zhàn)平臺的通信聯(lián)絡(luò)是多個平臺之間信息交換的主要方式。目前水下無人作戰(zhàn)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(yè)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(shè)備的載波頻率和發(fā)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(huán)境的影響也很大。研究水聲通信是目前各個國家的發(fā)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(shù)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(fā)射與水下100米左右深度的潛水器進行通信，但是距離應(yīng)用到水下作戰(zhàn)平臺上還有一定的距離。

（六）布放與回收技術(shù)

水中無人作戰(zhàn)平臺的布放和回收也是研究水中平臺所不可忽略的技術(shù)。目前水中無人作戰(zhàn)平臺多采用潛艇布放的技術(shù)，這樣能夠既能夠擴大水中無人作戰(zhàn)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(shè)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(tǒng)，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(zhàn)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(xié)作技術(shù)

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

1．多平臺系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)問題

多個水中無人平臺構(gòu)成的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)十分復(fù)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(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，使各個平臺能夠充分的發(fā)揮它們各自的效能，使得系統(tǒng)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(jié)構(gòu)是研究整個無人平臺系統(tǒng)的前提，它的結(jié)構(gòu)框架和控制機制決定了整個系統(tǒng)的構(gòu)成和功能，是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)。多平臺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)研究主要包括兩個方面：一是系統(tǒng)中單個平臺的結(jié)構(gòu)，而是多個平臺間的組織結(jié)構(gòu)。這兩個方面也是未來研究多平臺系統(tǒng)的兩個主要方向。

2．傳感器管理技術(shù)

多個水中無人作戰(zhàn)平臺可以攜帶多種不同的傳感器，在協(xié)同執(zhí)行任務(wù)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(xié)調(diào)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(xié)同工作的一項關(guān)鍵技術(shù)。多個平臺協(xié)同工作時能夠利用通信網(wǎng)絡(luò)將各個傳感器收集的信息共享給網(wǎng)絡(luò)中的每個單元，這樣可以擴大整個系統(tǒng)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(tǒng)的作戰(zhàn)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(jù)作戰(zhàn)的任務(wù)將傳感器的任務(wù)進行合理的規(guī)劃，即是根據(jù)任務(wù)內(nèi)容決定傳感器的分配和任務(wù)的分配；然后利用控制指令指導(dǎo)各個傳感器去完成任務(wù)。

3．水聲通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

水聲通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是整個多個水中無人平臺系統(tǒng)構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù)，也是目前很多機構(gòu)研究的主要方向。多水中無人作戰(zhàn)平臺能否成功的組成協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)以及能否順利的完成既定的任務(wù)都取決于是否擁有良好的水聲通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。由于水下環(huán)境的復(fù)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?shù)木嚯x、傳輸效率和可靠性都受到了水下環(huán)境的影響，因此設(shè)計良好的通信方案和合理的水下網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(xié)調(diào)與控制技術(shù)

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

在整個多平臺系統(tǒng)中研究智能協(xié)調(diào)與控制技術(shù)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(xié)調(diào)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(xié)調(diào)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(tǒng)的協(xié)調(diào)與控制技術(shù)水平。

5．多水下平臺數(shù)據(jù)融合技術(shù)

多水中無人平臺作戰(zhàn)系統(tǒng)的最明顯的優(yōu)勢就是能夠?qū)⒍鄠€平臺的傳感器的信息共享給整個系統(tǒng)中的各個單元，使得戰(zhàn)場更加透明化。如何將多個作戰(zhàn)平臺共享的信息融合，形成每個平臺都能夠識別的信息數(shù)據(jù)則是實現(xiàn)信息共享所必須要解決的問題。這個問題涉及到數(shù)據(jù)描述的一致性、多數(shù)據(jù)融合技術(shù)、計算機數(shù)據(jù)庫技術(shù)和信息過濾技術(shù)等等問題，這些都是解決這個問題的關(guān)鍵。對于同構(gòu)系統(tǒng)來說，他們采用的是相同的探測設(shè)備，在該問題上比較容易解決；但是，對于異構(gòu)系統(tǒng)來說，系統(tǒng)中的多個平臺的結(jié)構(gòu)不同，使用的設(shè)備收集的信息模式也不同，如何將多種模式的數(shù)據(jù)信息融合過濾形成能被所有平臺識別的數(shù)據(jù)是必須要解決的問題。同時，水下的特殊環(huán)境也給水中數(shù)據(jù)傳輸制造了很大的麻煩，這也為多水下無人作戰(zhàn)平臺的數(shù)據(jù)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(wù)科技叢書（2015年第5期，總第15期）中國電子科學(xué)研究院管理研究中心編譯/ 圖片來自于原報告或互聯(lián)網(wǎng)。

第一部分：美國航母研究報告

第二部分：國外預(yù)警機研究報告

國外預(yù)警機研究報告（一）：發(fā)展歷程+預(yù)警機地圖

國外預(yù)警機研究報告（二）：美國E-3系列“望樓”預(yù)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