水下戰場UUV偵察與監視研究＊

楊 波 李敬輝 吉順東

（1.海軍工程大學電子工程學院 武漢 430033）（2.92858部隊63分隊 寧波 315812）

1 引言

水下戰場由于自身的復雜性，與陸上戰場相比具有以下特點：水下作戰平臺難以高效通信；能源極難保障；水下節點易受海水侵蝕損壞。因此，世界各國海軍一直希望建立持久有效的水下戰場監視［1～2］。近年來，無人水下航行器（Unmanned Underwater Vehicle，UUV）技術發展迅速，世界各國正在開發和已經開發出的UUV多達上百型。UUV作為一種新概念武器正呈現出強勁的發展勢頭，由于具有作戰用途廣、智能化程度高、隱身性能好、機動能力強、效費比高等特點，因此UUV正在成為新一類的水下作戰平臺。2005年美國海軍發布的《無人水下航行器總體規劃》中按艦隊和國家需求，將UUV執行情報、監視與偵察作為最優先的任務［3］。美軍認為，UUV未來將補充和擴展現有的情報、監視與偵察能力，并將擴大到極淺水域和常規平臺難以抵達的地區；UUV通過自身攜帶的傳感器，可以完成收集重要的聲場、光電和電磁等數據任務。美軍試圖利用UUV并結合先進的水下信息網絡達到水下戰場“單向”透明的目的。而我國發展基礎比較薄弱，主要依靠岸基和天基力量，難以完成水下戰場的監視任務［4］。

2 UUV常見通信偵察傳感器類型

UUV攜帶的通信偵察傳感器類型主要有偵察設備、探測設備、測量設備和通信設備［5～6］等。按使用的工作狀態，可將這些傳感器分為水面通信偵察設備和水下通信偵察設備，如表1所示。受人工智能技術水平、信息存儲和信息處理技術的限制，UUV難以實時處理大量信息，部分功能需要離線后處理才能實現。

表1 通信偵察設備類型

1）偵察設備

水面偵察設備主要包括光電偵察設備和電子（雷達、通信等）信號偵察設備等，用于對水面以上目標和電子信號實施偵察，獲取信號、電子、測量和圖像情報。光電偵察設備通信包括紅外熱像傳感器和晝光電視傳感器等；電子信號偵察設備包括雷達信號偵察設備和通信信號偵察設備等。偵察設備傳感器部分安裝在UUV的桅桿上，有固定式桅桿和升降式桅桿兩種。升降式桅桿在使用時，需UUV浮到水面或近水面升起桅桿，桅桿上的傳感器在UUV控制下，觀察或偵察水面以上目標或電子信號。

水下偵察設備主要包括成像聲納、水下電視、海洋調查用高頻成像聲納等，主要用于對敵近岸海域和敏感海域的水下目標探測、海底地形地貌測量和繪制等。

2）探測設備

水面探測設備主要包括雷達和光學探測設備，用于探測水面和近岸目標［7］。由于雷達功耗大、使用暴露，UUV上通常不會配置雷達；光學探測設備與光學成像偵察設備為共用設備。

水下探測設備主要包括成像聲納、被動探測聲納和水下電視等，用于對水下目標的探測、分類、識別和定位。成像聲納是探測近距離目標的高頻聲納，利用主動聲納工作原理探測目標，探測距離為一百至幾百米級。按照其在UUV上的布置位置，分為前視聲納和側掃聲納；按照工作原理分為單波束聲納、多波束聲納和合成孔徑聲納等。前視聲納既可用于探測目標，也可用于導航避障。側掃聲納主要用于探測水中目標，如用于水雷探測和定位、搜救和打撈、海底管線和電纜勘測、水下結構物勘測等，可為使用者提供真實的圖像。被動探測聲納為探測遠距離目標的低頻聲納，利用被動聲納工作原理探測艦艇等機動目標，探測距離為幾千米至十幾千米，甚至更遠。按照其在UUV上的位置，分為舷側陣聲納和拖曳陣聲納。水下電視是探測近距離目標的高分辨光學設備，探測距離為幾米至幾十米，用于搜救和打撈、探雷、海底管線和電纜勘測等。其攝像機和水下燈可安裝在UUV前部或底部等位置，以便獲取目標圖像。

3）測量設備

海洋調查用測量設備包括海底地形地貌測量設備、氣象水文和海洋水聲監視設備等。

溫鹽深傳感器、海流剖面儀和水聽器主要用于海洋氣象水文和海洋水聲測量。海底地形地貌測量設備包括多波束測深聲納、淺層剖面儀和側掃聲納等設備。主要用于海底地形地貌測量和繪制等，還可用于危險水域的地質、地球物理的勘測，搜救和打撈，掩埋管線和電纜的定位等。多波束測深聲納的測深數據可用于水下自主地形匹配導航。

4）通信設備

圖1 法國“阿利斯特”UUV（上）及其通信偵察傳感器（下）

UUV的通信設備包括水聲通信、無線電通信、衛星通信和光纖有線通信設備等，主要用于UUV與UUV、UUV與其它平臺的通信，以實現信息的雙向傳輸。水下使用水聲通信，通信距離近、信息量小；水面使用無線電通信和衛星通信，通信距離遠、信息量大；水面和水下均可使用光纖通信，通信距離遠、信息量大，傳輸數據可靠。圖1是法國“阿利斯特”UUV攜帶的通信偵察傳感器［8］。

3 UUV可提供的情報類型

對利用UUV偵察與監視設備收集的有用信息，進行處理、綜合、分析、評價和解釋后可以得到的情報類型有圖像情報（IMINT）、信號情報（SIGINT）、測量和特征情報（MASINT）等［9］，它們分別包括的具體情報如圖2所示。

圖2 UUV可提供的情報類型

圖像情報是指利用UUV的水下電視、聲納等獲取自目標的圖像，并對這些圖像進行解讀、分類和評估所得到的情報信息。配備側掃聲納、多波束回聲測深儀、視頻攝像機以及輔助燈光的UUV可以執行敏感海域測深、探雷和海防安全等任務。利用最新的合成孔徑聲納技術，通過高質量的圖像可以分辨幾平方厘米的物體。水下戰場的圖像情報主要用來完成對水雷、水下障礙等的識別和標繪，為戰場準備和戰后評估提供依據。

信號情報是指UUV利用通信偵聽、雷達信號截獲、聲納探測等獲取的信號，經過操作人員的分析綜合后取得的通信、雷達和聲納裝備等技術信息和情報。美軍設想，利用裝備了可伸縮天線的UUV進入接近敵方的通信塔的敏感海域進行通信偵聽，以達到獲得通信情報的目的。

測量和特征情報是指UUV對來源于特定傳感器的數據進行測量，操作人員事后進行定性和定量分析獲得的技術信息和情報。UUV利用自身的探測聲納可以實現對艦船、潛艇等作戰平臺，以及魚雷發射、航行時的輻射噪聲的測量存儲，也可以對水下信標、應答機以及水聲數據鏈等發出的信號進行收集，這是聲學情報。UUV利用溫度、鹽度、深度和密度傳感器及流速計，完成對航行水域的海洋環境情報的收集。

4 UUV情報、監視與偵察體系結構

一般情況下，UUV偵察與監視到情報保障的工作過程是：由ISR UUV完成對水下戰場的監視與偵察任務，利用無線（射頻或水聲）網絡或光纖鏈路將收集到的信息數據向岸基、天基、水下和水面等指控中心分發，經過操作人員的分析、處理、研究和管理，并與情報資源數據庫比對后生成戰場情報，以供決策者使用；最后，利用情報分發系統完成情報服務平臺對各作戰單元的情報保障任務［9］。UUV情報、監視與偵察體系結構如圖3所示。單個UUV的偵察或監視過程可以分為以下四個過程：發現（感知目標，并對其信息進行采集）、區分（由于目前的UUV智能程度有限，僅能通過在本身計算機中存儲的目標信息進行對比）、識別（UUV通過區分之后，可以對一部分目標如海底管道、水下障礙物進行識別）、定位（在一定的精度下，給出目標的位置）。UUV能夠通過自身的傳感器，如探雷聲納、電視攝像機，并結合導航裝置和深度傳感器，利用計算機輔助軟件進行數據融合后完成對錨雷的識別和標繪工作。當這些經過簡單處理的信息傳給指控中心后，會大大減輕操作員的工作量。

圖3 UUV情報、監視與偵察體系結構

5 結語

水下戰場是進行水雷戰與反水雷戰、潛艇戰和反潛戰的舞臺，也是軍事強國力圖保持軍事優勢的關鍵之處。隨著我國經濟的穩定快速發展，未來發生海上沖突的可能性正在逐步增大，應充分利用UUV的特點，實現對水下戰場的偵察與監視，為未來海戰提供可靠高效的情報保障。

［1］胡悅.水下通信系統綜述［J］.探測與定位，2011，12（4）：61－68.

［2］李耐和.外軍構建水下作戰網絡［J］.現代軍事，2007（12）：46－50.

［3］陳強，張林根.美國軍用UUV現狀及發展趨勢分析［J］.艦船科學技術，2010（7）：129－134.

［4］趙良明，劉衛東.水下網絡中心戰概念與框架研究［J］.聲學技術，2009（12）：136－139.

［5］陳強，董鵬.國外UUV載荷配置分析［J］.論證與研究，2010（6）：41－40.

［6］陳堯，林平.國外反水雷UUV聲納配置及發展趨勢［J］.海軍學術研究，2011（9）：86－88.

［7］喻劍.多國海軍已將輕型UUV應用于未知水域探測［J］.水雷戰與艦船防護，2011（8）：55－59.

［8］傅金祝.法國“阿利斯特”自主水下航行器［J］.艦船知識，2010（10）：66－67.

［9］雷厲.偵察與監視［M］.北京：國防工業出版社，2012，2：1－46.