无人水面艇的作战使命和关键技术
第三届无人机大会征文
无人水面艇的作战使命和关键技术
徐舸李全国
海军信息战研究教育中心，南京 211800
摘要平流层无人飞艇可以执行预警探测、通信中继、导弹防御和电子对抗等作战使命，能最大程度地发挥武器系统的实时信息化能力，是信息化条件下理想的海上作战平台。平流层无人飞艇主要发展先进的艇身材料技术、再生燃料电池技术、雷达天线集成技术和超低能发射/接收模块。平流层无人飞艇发展前景看好。，但仍有许多技术难题等待解决。
关键词无人水面艇作战使命关键技术
近年来，无人战车、无人战机风头频出，无人舰艇却鲜有人知。实际上，各国海军在后者的研发上同样投入了很大精力。如美国海军的“斯巴达侦察兵”、“海狐”和“猫头鹰”系列无人水面艇，以色列海军的“保护者”和“银枪鱼”无人遥控巡逻艇，法国Sirehna公司开发的Rodeur无人水面船等。美国还制定了专门的《海军无人水面艇主计划》，作为美国海军无人艇发展的指南。
无人艇的研发较无人机落后的原因，一是无人艇面对的环境更复杂。一般来说，无人机的巡航高度为几千米，飞行过程中的大气环境相对平稳。而无人艇则不一样，海浪不断地拍打，光线在水面反射造成的干扰以及近海较多的障碍物都会对传感器形成很大影响。二是在于海上目标一般距离较近，而诸如激光、红外等传感器的优势在于探测较远的目标，这又对无人艇传感系统的准确性和可靠性提出更大的挑战。
1 无人水面艇的作战使命
同其他无人平台一样，无人水面艇主要用于执行特别危险、特别枯燥以及其他不适于有人舰船执行的任务。目前无人水面艇的发展主要侧重于军事应用，通过配备先进的指挥控制系统、传感器系统、通信系统以及武器系统，无人水面艇可广泛执行扫雷、反潜、信息作战、侦察监视、目标指示、通信中继和反恐攻击等任务。
1.1 反水雷战
无人水面艇可用于浅海和极浅水域的水雷侦察和扫雷行动。这种无入水面艇采用两台柴油机直接驱动喷水推进器，在平静水面可获得37节的最高航速，可连续工作6—7小时，其负载能力可达2吨左右。它将主要搭载在两栖舰艇上，成为海军未来制式反水雷装备的一部分。如美国洛克希德·马丁公司开发的遥控灭雷系统（Remote Minehunting System，RMS）是一种装备在水面舰艇上的高续航力、半潜式无人系统，拖曳一套水下声纳系统，可执行水雷探测与分类任务。由于是半潜式，RMS 有些时候被认为是无人潜航器。美国海军已经采购6套RMS系统，装备于6艘“伯克”级导弹驱逐舰上。
另外，RMS系统还装备在美国海军的濒海战斗舰上。如配备反水雷模块的“斯巴达侦察兵”无
人水面艇以11米长的刚性充气艇为基础，执行远程施放、拖曳、回收猎雷声纳；清查航道，提供海底图像的细节；将视频图像和声呐数据传给反水雷舰，为反水雷舰艇进出港口提供港口护卫；以遥控或半自主的模式作业，并将数据实时传递出去。反水雷模块除可配备猎雷声纳之外，还可换装侧扫声纳。模块还可经过扩展，配备扫雷设备，如在两个滑撬上安装声扫和一种开环磁扫设备。承担扫雷任务的“斯巴达侦察兵”无人水面艇安装燃气轮机，以提供扫雷所需的动力。使用反水雷模块的“斯巴达侦察兵”无人水面艇最高航速为20节，可在任务海面持续作业6小时。
1.2 反潜作战
研制无人水面艇的目的是通过派遣这种无人艇最大限度的扩展海军探测敌方潜艇的能力，这种无人艇利用声纳来探测可能隐藏在海军舰船或商船周围的潜艇。美国海军希望能够拥有32艘这种无人艇，每艘无人艇配置先进的指挥和控制系统，装备先进的声纳探测任务模块。该任务模块将包括单基地声纳或拖曳阵声纳、吊放式声纳、声纳浮标以及其他声学设备作为载荷，执行反潜战任务。
近海战斗舰上的反潜战水面无人艇可以执行海上防御，通道保护，港口侦查以及保护海军水面战斗群的反潜任务等。
由于法国参与了反潜型“斯巴达侦察兵”无人水面艇的研制，法国国防采办局已授命泰利斯水下系统公司向美国提供包括吊放声纳及其绞车、核生化探测设备和避碰声纳的设备。反潜型“斯巴达侦察兵”无人水面艇可能装备于法国和意大利联合研制的FREMM级多功能护卫舰上。
1.3 支持水面舰艇作战
无人水面艇通过作战实践，可以为海上舰艇提供保护，以及在非对称战斗中应对小型舰艇的威胁。作为一种低成本多功能产品，无人水面舰艇在网络中心环境中提升了传感覆盖，并允许快速建立海战场空间优势，且降低了不必要的人员及海军舰艇的伤亡风险。美军目前正在发展一项计划，以加快向美海军舰队部署“斯巴达侦察兵”无人舰艇系统，以加强部队的自我保护作战能力，并且在作战实验中成功验证了其情报、侦察和搜索能力，以作为舰载保护系统项目的一部分。
由于无人水面艇是用特殊材料制成的，难以被敌发现，行动隐蔽，不易遭敌攻击。可以在无人水面艇上安装高能炸药（或加装遥控武器），制成海上无人攻击艇，在条件允许的情况下，选择有利时机，摧毁敌海上作战平台。
1.4 支持特种部队作战
无人水面艇支持特种部队作战，被用于执行打击海盗和恐怖分子的任务。
无人水面艇由其他空中平台和水面舰艇进行远程遥控，它们可以成为水面舰队的耳目，同样也能保卫港口和船坞。无人水面艇将大大降低部队人员执行任务时所冒的风险，可以使部队更有效地完成任务，无人水面艇还能执行一些载人舰艇无法完成的任务，可以用于水面反恐行动。它以新型低成本武器系统拓展海上巡逻区域，为舰队提供反恐怖偷袭的防御能力。
在美国海军的无人水面艇研究中，支持特种部队作战是其重要使命。如美国海军“斯巴达侦察兵”无人水面艇可用于水文调查或其它侦察和欺骗任务。该艇可以配备“海尔法”等导弹进行精确打击，协助特种部队在内陆湖泊地带作战。由于“海尔法”是一种发射后不管的导弹，特别适合装备于探测跟踪能力相对较差的无人水面艇。“海尔法”的海军型重约45千克，长度不足两米，一艘“斯巴达侦察兵”可以携带数枚这种导弹。“海上拦截者”无人水面艇，其任务包括安全保卫和公众服务，可用于反海盗巡逻、港口保安和海上油井监控。除了用于中东和索马里地区之外，该艇还
可以保护“滨水区设施……海水淡化工厂和能源设施”。此外“海上拦截者”可通过多种手段部署，能利用舰艇和直升机部署，还可依靠降落伞空投，可到“地球任意角落”执行任务。“海上拦截者”没有装备武器，但可以追逐或是撞击海盗船，也可装备超声波发射器、强光灯、激光炫目装置和水炮等非致命武器，执行非战争军事行动。美海军另外一种比较有特点的无人水面艇就是“海狐”，也是在刚性充气艇的基础上设计，可用于蛙人探测（浅海作战时防止蛙人袭击被美国海军当作兵力保护的重要内容）、核生化武器探测、ISR和搜救。
1.5 支持海上信息作战
无人水面艇可以拓展舰载信息对抗设备（系统）战斗使用的领域，提高舰艇信息对抗能力，提高海上舰艇编队综合作战能力。如电子侦察、目标指示，水面舰艇雷达观察的距离较近，制约了舰载导弹威力的发挥。使用无人水面艇，采用无源定位引导导弹超视距攻击的方法，可提高舰载导弹的作战效能。电子干扰，利用无人水面艇隐蔽性强的特点，携带大功率干扰设备，抵近敌信息平台，采取无源或者有源干扰等多种手段，干扰其通信链路和雷达波束，成本低廉，使用方便，可以获得较好的干扰效果。除此之外，无人水面艇还能担负战场观察、通信中继、海上反辐射攻击等多种作战任务。发挥通信中继的功能，无人水面艇能够向飞机、舰艇和潜艇传输通讯信号。
2 无人水面艇的关键技术
2.1 自主航行技术
无人水面艇通过它的控制系统实现自主航行。它的控制系统装有激光雷达、K／A频段雷达和360度宽视野立体光学系统各一部，依靠GPS导航，在执行特殊任务时可配备侧翼扫描声纳，设计人员还计划为它加装红外传感器。在实际战斗任务中，众多探测设备足以形成一帧帧清晰的图像，这样操作员就可以根据情况准确操作，整个过程与控制无人机相似。
在无人水面艇的收放领域，致力于在更高海况和航速下进行收放作业。目前考虑的方案包括采用一个拖曳体辅助无人水面艇的收放，并以自动导航和捕获系统来辅助无人水面艇与回收系统结合，对于无人水面艇的指控系统，研究方向主要是对其它无人平台的指控软硬件进行修改，以适应无人水面艇的要求。
除了对无人水面艇进行总体设计之外，为了加快发展速度，美国海军还专门出资研究解决无入水面艇的稳定、导航和避碰问题。这种系统是在舰载直升机甲板运动预报系统的基础上，结合直升机和水下无人航行器的导航和稳定系统开发。它通过处理雷达和甲板运动数据，指挥无人水面艇的推进装置和姿态控制系统作出反应，从而改变无人水面艇的稳态或航向。使其具有高航速、大负载的能力并具有优秀的适航性。同时具有最新的无人导航和自动控制能力，可以对周围360度的环境进行感知。
2.2 高能量动力源
在无人水面艇的动力方面，由于柴油机的可靠性好，油料热效率高，因而应用比较广泛。美国海军无人水面艇发动机的主要供应商是洋马海事公司。该公司提供一系列柴油机，单机最大输出功率达720马力。该公司最新型柴油机采用电子发动机管理系统监视和调节发动机转速、涡轮增压、冷却温度和节流阀，并调整电喷时间和油料流量，确保工作环境下油料完全燃烧并获得最大的燃油热效率。此外，美国还在研究一种高能量密度动力源，推进柴油机作为混合系统中的一部分，再辅以锂电池组和其它可能的动力源，为无人水面艇提供高可靠性、低维护量的发动机，保证它能够在
海洋环境和恶劣海况下,无需再加油可连续运转15天。这种高功率密度的压燃重油发动机（CIHFE），为无人水面艇提供更大航程、更高负载能力，延长其在航时间，使其获得更高的航速和燃油经济性。
2.3 三维成像技术
在自主海上导航系统中,美国将三维数字成像、人工智能和传感器融合技术集成进来，提高无人水面艇单独作业或与其它平台协作时的自主能力。这种产品使用一些CCD传感器和多维数字处理算法来决定无人水面艇所处的位置,探测和识别附近目标,并提供其它态势感知信息。“斯巴达侦察兵”无人水面艇装有光电／红外监视器、对海搜索雷达、数字图像传输系统和无人指控设施。这些设备使母舰能够通过无人水面艇获得周围的海上图像，对受保护舰艇周围的环境进行实时监视。
此外还有一种被称为VXZ成像的技术,其基础是统称“机器眼”的相关算法。根据数字摄像机提供的信息,“机器眼”能生成三维空间与目标模型。对于从不同角度获取的图像,“机器眼”能够利用视差生成的图像确定与目标的距离。
2.4数字融合技术
无人水面艇的基本传感器包括导航和控制用的摄像机，一部导航雷达，一都全球定位系统接收器以及视距和超视距通信设备。基于传感器的自动化海上态势感知是使无人水面艇能够执行海上作战任务的关键技术。该技术原本用于陆上战斗的自动化系统，目前已成功将该技术转化应用到海军的无人水面艇上。
时至今日，无人水面艇刚步入快速发展的通道。随着技术的不断进步和作战需求的强劲推动，无人水面艇必将引起更多国家的重视，在日渐热闹的近海战场上发挥越来越重要的作用。
参考文献
①姜兰亭：《美军高空飞艇可能改变未来侦察和作战的模式》《中国国防报》2006年8月15日第2版
②黄小波崔忠林：《地理信息系统技术在无人驾驶飞艇中开发应用》《信息与电子工程》2009年第4期
③明远：《飞艇：今日的“空中航母”》《百科知识》2008年第17期
④王凤岭：《多用途军用飞艇将迎来发展繁荣期》《新民晚报》2009年08月20 日
⑤崔玺康：《美国军用无人飞艇的发展与应用》
⑥吕君：《新世纪的飞艇》《航空知识》2003年第3期
作者简介
徐舸（1956—），男，江苏盐城，教授，博士，研究方向信息作战理论与战法
电子信箱：xuge0424@https://www.wendangku.net/doc/6117272487.html,
联系电话：137********