無人水下航行器裝備配置分析

【裝備理論與裝備技術】

無人水下航行器裝備配置分析

秦東興1，周勝2

(1.海軍裝備部裝備采購中心，北京100071； 2.海軍陸戰學院，廣州510430)

摘要：無人水下航行器是海軍水下作戰的一個重要發展方向。根據無人水下航行器擔負的軍事任務和具備的相應功能，結合現役裝備，給出了無人水下航行器的裝備配置方案，同時根據目前裝備性能，分析了完成作戰使命的可行性，為無人水下航行器發展提供參考依據。

關鍵詞：無人水下航行器；裝備配置；反潛

收稿日期：2014-10-12

作者簡介：秦東興(1976—)，男，工程師，主要從事兵器裝備研制、采購管理與保障研究等研究。

doi:10.11809/scbgxb2015.01.011

中圖分類號：U674.941

文章編號：1006-0707(2015)01-0038-03

本文引用格式：秦東興，周勝.無人水下航行器裝備配置分析[J].四川兵工學報，2015(1):38-40.

Citationformat:QINDong-xing,ZHOUSheng.AnalysisonUnmannedUnderwaterVehicleEquipmentConfiguration[J].JournalofSichuanOrdnance,2015(1):38-40.

AnalysisonUnmannedUnderwaterVehicleEquipmentConfiguration

QINDong-xing1, ZHOU Sheng2

(1.EpuipmentProcurementCenteroftheNavyEquipmentDepartment,Beijing100071,China;

2.NavyCommandAcademyofPLA,Guangzhou510430,China)

Abstract:Unmanned underwater vehicle is one of the important development directions in the Naval Undersea warfare. According to the military tasks and the corresponding function of the unmanned underwater vehicle, we proposed the reasonable configuration combined with the existing equipment. At the same time, according to the current equipment performance, we discussed the feasibility of the combat mission to provide reference to the development of unmanned underwater vehicle.

Keywords:unmannedunderwatervehicle;equipmentconfiguration;antisubmarine

無人水下航行器(UUV)是在水下承擔情報收集、導航、偵察、水下武器對抗、通信、反潛、應急救生與打撈、海洋勘探、危險條件下作業等多種任務的自主式航行器，包括無需操作員監視和操控的海上自主航行器(AUV)和需要操作員通過光纖電纜或聲學通信進行遙控的水下航行器(ROV)，具有很強的實用性和靈活性。因而無人水下航行器已經成為當前世界各國海軍裝備的一個重要的研究方向[1]。

在美國海軍于2005年1月公布的修訂版《海軍UUV主計劃》中，提出了在UUV未來可以擔負九項軍事任務，即：情報偵察、反水雷、反潛艇、水下運載、反恐、通信和導航、通信對抗、信息戰和聲誘餌、遠程火力攻擊等[2]。綜合國內外文獻[1-5]，UUV所擔負的軍事任務按水下防御、水下主動自主式攻擊和戰斗支援3種樣式，可以分為情報收集、目標監視和偵察任務；反水雷、反潛和反魚雷；作為通信和導航網絡節點。

根據以上的任務分析，結合現有的海軍武器裝備，可以認為UUV兼具了以下幾種裝備的特征和功能：水雷、魚雷、潛艇、水聲通信設備、獵雷和掃雷裝備、聲誘餌等。本文的裝備配置分析以此為參考依據并結合目前國外研制和使用的部分UUV裝備配置現狀。

1反水雷功能

反水雷任務可以分解為探測、分類、識別和滅雷幾種，采用獵、掃、破、炸等手段。目前常用的水雷有錨雷、沉底雷和掩埋雷等。

針對反水雷的現狀，采用自主式的UUV(AUV)擔負反水雷任務，更適用于水雷探測和識別，不適合掃雷滅雷任務。水雷配備的磁感應強度引信，在2nt的強度范圍就能引起觸發動作，而掃雷具在3m處的磁感應強度下可達20nt。因此，要避免與水雷近距離接觸。實際應用中掃雷具不引起的水雷任何引信發生動作的可靠距離為18m。針對錨雷所采取的用割刀割斷錨索的掃雷方式，需要非常精確的定位和控制，目前的AUV還難以達到要求，采用遙控的ROV更為合適。通過獲得的高分辨圖像，由掃雷艦人員對ROV進行遙控操作。另外，采用UUV掃雷還存在被敵方水雷攻擊的問題，即掃雷的成本問題。水雷的成本低則1 500美元到數萬美元，較先進的水雷一般不超過50萬美元，而ROV掃雷具造價為100～600萬美元，能擔負掃雷任務的大型和巨型AUV造價更高。配置的UUV數目有限，一旦受到損傷，將會延誤整個作戰任務的完成。有的文獻考慮采用數艘掃雷具協同掃雷，有的負責探測，有的負責滅雷。但美方所做的海上試驗證明這種多艘UUV協同掃雷方式效果不佳。認為更為適宜的掃雷方式為采用便攜式和輕型UUV，用AUV完成探測任務。具體掃雷由ROV進行炸藥清除，或者使用ROV精確探測定位后，由傳統的掃雷工具完成掃雷工作。

UUV掃雷的基本配置為：用于避障和搜索的前視聲納，如聲學透鏡前視聲納(圖像質量高)或多波束前視聲納(搜索范圍大)；用于水雷探測和分類的側掃聲納，可以選用高頻側掃聲納，得到高質量的圖像；為了廣泛的搜索范圍，則可采用多波束側掃聲納；用于水雷探測和識別的360°旋轉雙頻掃描聲納。高頻聲納分辨率高，覆蓋范圍小。低頻聲納分辨率低，覆蓋范圍大。雙頻聲納兼具兩者的優點；用于對水雷精確探測的合成孔徑聲納，分辨率高，如寬帶合成孔徑聲納；用于探測沉底雷和掩埋雷的低頻寬帶聲納和甚低頻聲色分類聲納，低頻和甚低頻具有較強的穿透性，可用于探測沉底雷和掩埋雷；用于水雷成像的激光線性掃描成像裝置，如彩色/黑白攝像機、微光電視或藍綠激光。用于實現水雷磁探測的磁傳感器，如磁探儀。用于滅雷裝置的割刀或高能效能戰斗部(魚雷、深彈和炸藥包)。其他必要設備還包括用于AUV水下回收的尋的和對接聲納，用于導航的慣性導航設備或多普勒聲納。

2反潛戰和反魚雷

反潛戰的任務可以分為監視和攻擊任務。前者所需的設備類似于被動聲納或被動聲引信。水聲、磁場、水壓場、電場幾種常用的探測設備都是可以配置給UUV。攻擊任務的裝備配置與滅雷和魚雷類似。

UUV反潛有戰略反潛和戰術反潛2種方式。UUV更適合戰略反潛，美軍稱為風險下的控制，即在不升級沖突水平的情況下，通過設置UUV監控點，監視離開港口或通過關鍵點的敵方潛艇。戰略反潛任務與戰場目標、環境探測及信息搜集任務類似，只不過針對潛艇這個具體對象。

UUV戰術反潛，執行海上盾牌或通道保護任務，對航母打擊群區域內和航行通道內的敵潛艇進行硬殺傷。硬殺傷可以采用魚雷、火箭深水炸彈或直接撞擊等。硬殺傷對機動性、自主性和智能性要求很高，UUV實現該項任務難度非常大。也可以采取軟殺傷方式，配置聲誘餌、干擾器或氣幕彈等，模擬本艦輻射噪聲和應答魚雷主動尋的艦艇回波信號。拖曳式聲誘餌系統同樣對UUV的航速提出了要求。連續爆炸式大功率干擾器，通過連續發射炸藥包的爆炸聲所產生的寬頻帶、高功率和長持續時間等特性持續壓制來襲魚雷自導系統的正常工作。瞄準式強功率干擾器，通過方位瞄準或頻率對準方法強化的來襲魚雷的干擾。

3通信、導航網絡節點

在提供通信節點服務時，UUV與水下固定設施、艦機平臺、聲納浮標和衛星等實現通信鏈接，采集衛星導航、地面無線電導航和慣性導航校正等數據，進行多向數據交換，為其他平臺提供導航校準和修正信息。目前常見的用于通信和導航的UUV，采用天線進行無線電通信和GPS導航，有的AUV配備了1m或1.5m長的天線、衛星通信的甚高頻系統和GPS導航系統。這種通信和導航方式較為可靠，缺點是隱蔽性較差。UUV也可使用水聲和無線組合浮標，每個組合浮標上部在水面以上，為無線浮標，發射無線信號，下部在水中，發射水聲信號。這種通信方式隱蔽性好，但受到浮標數目的限制。UUV性能的提升和未來發展，依賴水下高速通信能力。水下高速通信須滿足帶寬、傳輸距離和探測能力各項要求。光纖通信優點是數據率高，抗干擾能力強，但存在光纜的流體力學和長度等問題，影響了UUV的作用半徑和操縱性。水聲通信靈活性強，更適合AUV，但數據率低于光纜，存在實時性差、數據量有限的問題。

較為可行的水聲通信方式是采用聲學水下-水聲信息鏈。挪威和澳大利亞已有相應的設備，如挪威的專用高速聲學鏈，聲納信號可以連續傳送，傳輸率為100kbit/s。澳大利亞的類似設備可以使水下的潛艇直接與30km外的指揮艦通信

導航問題是UUV的難點，慣性導航的累積誤差較大，用GPS進行誤差修正，需要天線或上浮完成定位，隱蔽性差。采用聲波定位和水下環境地形輔助的聲學導航，存在相當大的難度。目前，美國考慮采用精確水下地形顯示導航系統，但只能針對特定區域。

由于水下導航和通信存在諸多問題，UUV要實現全自主和協同作戰，難度很大，需要相關技術和實際裝備有明顯的突破。

4戰場目標、環境探測及信息搜集能力

UUV執行戰場環境偵察任務，搜集水文、氣象、水中聲源、目標運動要素等情報信息，可以采用回傳數據，也可存儲數據，待返回后下載。由于UUV受到體積和航速的限制，其探測能力受到明顯的制約，探測距離和精度都是相當有限的。

配置拖曳式聲納能提高探測能力，但由于UUV航速較低，難以拖起拖曳式聲納(需要7節以上的航速)。可以在UUV的四周設有縱向凹槽，水聽器擴展陣就通過支臂布置在凹槽內。支臂展開時，擴展陣工作。高速航行或遠程搜索目標時不打開擴展陣。一旦對目標定位之后，立即展開擴展陣。矢量水聽器線列陣作為試驗樣機，有30m長，可實現遠程探測、通信以及導航的一體化實現(但同樣涉及對UUV航速的要求)。目前這些UUV探測方式大都還停留在理論和樣機階段，未得到實際海洋環境的驗證。

美軍UUV主計劃中將信息作戰列為UUV的一項作戰使命。信息作戰時，將UUV投送到敏感的通信節點附近，進行壓制或注入錯誤數據。這需要保證可靠的通信連接和具有復雜先進的智能性，能自主識別并決定病毒數據的時機。考慮用UUV實現水聲病毒的信息作戰，目前是難以實現的。

5結論

目前對UUV的研究較多，但大多還停留在理論和樣機階段。查閱國外相關文獻，有的UUV配置還是預研結論，并非真實使用情況[6,7]。實際應用UUV還存在相當多的問題，如采用UUV用于長時期、大范圍的水下環境秘密探測，要考慮到由于UUV航速較低，易被漁船當作魚類進行跟蹤和捕撈。UUV布雷過程中還會受到漁網纏繞等現實可能。

這里考慮到實際情況，提出現階段UUV幾種較可行的應用方式，選用便攜式或輕型UUV，由人工或魚雷發射管投放，ROV工作方式，可以用于掃雷和戰場環境監測。AUV可以攜帶戰斗部，低速在重要水道和海港港口游弋，探測裝置為簡單可靠的被動引信或聲納，一旦發現敵方目標，全速撞擊或近距離爆炸。若在電池能耗時間內仍未發現目標，或上浮以便回收，或沉底作為水雷繼續工作。

參考文獻：

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(責任編輯周江川)