基于分布式概念的水下无人作战系统发展研究.pdf
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1、第45卷第2 1期2023年11月舰船科学技术SHIP SCIENCEANDTECHNOLOGYVol.45,No.21Nov.,2023基于分布式概念的水下无人作战系统发展研究张杨,周作鹏,田燕妮1(1.海军研究院,北京10 0 16 1;2.中国船舶集团有限公司第七一六研究所,江苏连云港2 2 2 0 0 2)摘要:海上分布式作战是利用海上有人无人平台组成的具备部署分散、信息联通、指控智能、火力集中的作战体系,以较低成本消耗/牵制敌作战力量,对敌形成“非对称”优势。美国是分布式作战概念的提出者及引领者,将其视为应对未来可能发生的大国战争的制胜关键,大力支持DARPA积极开展水下无人平台研制
2、、水下无人体系构建及水下有人无人协同指控等项目。本文以促进水下体系构建、形成有人无人联合作战能力为目标,分析国外典型项目、典型作战模式,总结国外水下无人系统及有人无人协同应用发展趋势,探讨分布式作战概念下的水下有人无人作战新模式,可为水下体系发展及装备研制提供借鉴。关键词:分布式作战;有人无人;水下体系;智能指挥控制中图分类号:E925.2;E7 12文章编号:16 7 2-7 6 49(2 0 2 3)2 1-0 119-0 6Development of distributed underwater unmanned combat(1.Naval Research Academy,Beij
3、ing 100161,China;2.The 716 Research Institute of CSSC,Lian yungang 222061,China)Abstract:The maritime distributed operations system is composed by manned and unmanned platforms on the sea.Thecombat system with decentralized deployment,information connectivity,intelligent command and control,and cent
4、ralizedfirepower,consume/contain the enemys combat forces at a lower cost and form an asymmetric advantage over the enemy.The United States is the proponent and leader of the concept of distributed operations,which is regarded as the key to vic-tory in the future major powers war.It strongly support
5、s DARPA to actively carry out underwater unmanned platform devel-opment,Underwater unmanned system construction and underwater manned unmanned cooperative command and controlproject.In order to promote the construction of our underwater system and form the manned unmanned joint combat capabil-ity as
6、 the goal,this paper analyzes the typical projects and typical operation modes of foreign countries,summarizes the de-velopment trend of foreign underwater unmanned system and manned unmanned cooperative application,and discusses thenew mode of manned unmanned combat under the concept of distributed
7、 operation,which can provide reference for the de-velopment of our underwater system and equipment development.Key words:distributed operation;manned and unmanned;underwater system;intelligent command and control0引言为谋求继续控制全球公海、海要地和咽喉要冲,美国提出“重返亚太”和“亚太再平衡”战略,视西太平洋地区为未来冲突的潜在策源地和主战场,将工作重点转移到应对未来可能发生的大国战
8、争上。2015年,美海军提出“分布式杀伤”概念,即要求“凡舰船,均战斗”(Ifitfloats,itfights),以兵力的分布式部署,形成广域海域的威胁,增加敌方情报、监收稿日期:2 0 2 2-11-2 8作者简介:张杨(19 8 0),女,博士,高级工程师,研究方向为水下作战系统与指挥控制技术。文献标识码:Adoi:10.3404/j.issn.1672-7649.2023.21.022ZHANG Yang,ZHOU Zuo-peng,TIAN Yan-ni!视与侦察(ISR)资源消耗,提升已方战场生存能力,而后被提升为军兵种战略层面,并在2 0 17 年水面部队战略一一重返海上控制战略
9、文件中着重强调。在经过美军的概念研究及战术实践,配合人工智能及无人自主技术的发展,逐渐发展为适应“消耗作战”及“网络中心战”的“分布式作战”概念理论,并在各军种应用推广2.3。为应对“反介人/区域拒止”环境下敌中远程武器打击威胁,美提出“第三次消耗战”,利用相对廉价120的海上无人装备,构建分布式作战能力,对敌形成“非对称”作战优势。水下战场逐渐呈现无人化趋势,美国海军积极实践水下作战概念创新,发布无人潜航器主计划、水下战纲要、下一代无人水下系统、水下战科学与技术目标、保持海上优势的设计2.0 等指导文件,加快水下无人系统实战化,力图显著提升美水下领域的作战能力,确保其水下优势4。分析国外新型
10、海上装备发展及无人作战样式,研究分布式作战概念及有人无人协同指控技术,对掌握行动主动权意义重大。本文基于对海上分布式作战及水下无人装备发展的研究,分析总结发展趋势及未来作战样式,促进水下协同攻防能力形成。1国外重点项目现状分析1.1美美先进海上技术演习先进海上技术演习(ANTX)是美海军联合部队和海军研发机构牵头、工业界和学术界参与的海上先机技术及装备展示活动,主要演示无人潜航器、无人艇、指挥控制原型系统等相关技术,其目的是在低风险的试验环境下对当前海上技术创新水平进行评估,促进科研人员与海军需求的交互,加深作战人员对新兴技术的了解,进一步推动原型系统设计和部署,展示当今海军技术的应用前景5-
11、8。ANTX2017的主题为“对抗环境下的战场准备”,在水下无人协同方面,通用动力公司团队演示了Bluefin-21UUV携带1艘SandSharkUUV和一具BlackwingUAV发射筒,并在水下释放,SandSharkUUV作为水下侦察节点,执行水下情报侦察探测任务,并在任务结束后上浮水面;BlackwingUAV发射筒上浮至水面发射BlackwingUAV,Bl a c k w i n g U A V 可执行水面侦察任务并作为中继节点,岸基指挥中心利用BlackwingUAV获得SandSharkUUV的侦察信息并指挥Sand-Shark UUV执行其他任务9 。ANTX2018主题为
12、“人机交互”,开展了拒止水域的海床战争、自主、协作的海底传感和通信、分布式传感在分层防御中的应用、分布式控制下无人协同系统的指挥与控制、有人/无人协同跨域系统智能C3系统等演示,旨在发掘人工智能、大数据、机器学习、集群控制与决策等新型技术在海上目标探测、定位等方面的应用。澳大利亚Aquabotix公司演示SwarmDiver集群系统,SwarmDiver是一种适于单人操作的小型潜航器,可基于蜂群算法成群部署,执行水文测量、侦察、反水雷、水上及水下通信、港口管理/港口安全等多种任务。ANTX2019主题为“战争准备:水下安全”,开舰船科学技术3.Communicate status+imaged
13、ata toUAV2.Surface1.Ingress&LaunchBluefin-21UUV图1通用动力公司团队水下无人协同演习示意图Fig.1 Underwater unmanned system cooperative exerciseSwarmDiverTechnical Specifications长度:耐压深度:57mm/2.25宽度:0.13m/5.1*吃水线:0.45m/17.7重量:1.7kg/3.716工作深度:50m/164推进:2xbrushless DCmotors速度:Upto2.2m/s/4.3knots续航:Up to 2.5hours/7km/4.3mles通
14、信:Dua radio 900MHz/2.4.GH2)传感器扩展:212C2xUART1x cable pass-hrough2SPI环境监测烟羽跟踪3D综合数据采集:智至测深移动浮标图2 SwarmDiver性能指标Fig.2Technical specifications of swarmdiver展海对空远程多域监测浮标、分布式海底威胁目标自主识别、持续环境监测AUV、网络化系统的跨域指挥、控制和通信等项目演习,主要聚焦反情报监视侦察、目标探测、作战9 7 8 0 6 7 机动性、后勤保障、港口防御等方面。1.2海上无人分布式系统鉴于无人系统对未来海战走势的影响,美先后支撑近海水下持久监
15、视网(PLUSNet)、跨域海上监视和瞄准项目(CDMaST)、分布式敏捷反潜系统(DASH)海德拉预置系统(Hydra)、上浮式有效载荷(UFP)、战术海底网络(TUNA)等项目开展,逐渐形成“无人化、智能化、体系化、分布式协同”的海上战略格局0。1)近海水下持续监视网“近海水下持久监视网”(PLUSNet)是一种由海底固定式水听器阵和机动式无人潜航器组成的网络化监视设施,具备半自主控制能力,由1艘“海马”UUV、6 艘BPAUV、1艘XRay水下滑翔机、18 艘第45卷Blackwing UAV黑翼小型无人机4.Relay data and C2to/from shoreSandShark
16、UUV蓝鳍-沙鲨微型UUV0.75m/29.5GPS天线&IMU/罗盘缆一浮体推进器网状态指示灯温度&压力传感器差速推进器标号无线电台电池Anti-SubmarineWarfare(ASW)Continuous TrailUnmanned Vessel(ACTUV)*第45卷Seaglider水下滑翔机及9 个固定探测阵组成,可由核潜艇搭载和布放,传感器和水下无人航行器之间互相通信,能针对重要海域进行长达数月乃至数年的持续探测、识别、定位、跟踪等工作,对于港口防御、要地安全、水下作战态势、反潜战具有重大意义。PLUSNet于2 0 0 5年开展样机研制,2 0 0 6 年海上试验验证网络通信与
17、自主能力,2 0 12 年完成试验样机研制,2 0 13年完成样机海上试验。特点:PLUSNet串联固定式水下监听网络及水下移动平台集群,形成动静结合的分布式传感器网络,具备无人指挥条件下的基本决策能力,可用于执行沿海监视、反水雷(MCM)、反潜战(ASW)等任务。张杨,等:基于分布式概念的水下无人作战系统发展研究Spatial,Temporal and Orientation InfoSmall satellite(STOIC)sensorsAdaptableNavigation System(ANS)Shared SpectrumRadar/Comms(SSPARC)Technologyf
18、or imagingRadars(ASTIR)Hydra*TTo Program(s)战术技术办公室项目图4近海水下持续监视网概念图Fig.4PLUSNet121100Gb/sRFBackbone(100G)Comms in contestedenvironments(C2E)Self-optimizingnetworksAdvanced ScanningArcticoperations图3DARPATTO支撑项目Fig.3Project ofDARPATTO利用UAV、U SV、U U V 等构建适用于广域作战的海上跨域系统,分散有人兵力,降低作战损伤及人员风险,促进海战场指挥、控制、导航、
19、定位、通信、武器和保障等领域的发展,维持美军对作战海域的控制权2 1。CDMaST项目于2 0 15年11月启动,第1阶段完成了海上“系统之系统”概念体系架构开发工作;2 0 17年9 月DARPA发布了CDMaST项目第2 阶段工作计划,对技术和作战的可行性进行试验分析,重点开展反潜战和反水面作战架构的开发和验证工作。Moblle systemsUSVSmallUUVsatCommunicationsSeafloorsystemsPayloadsDeploymantSesorsUSV无人船PNT:定位、导航和授时Fig.5Composition diagram of CDMaSTDistri
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