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艦船裝備

無人系統對水聲裝備技術發展的影響

發布日期: 2019-02-19  來源:原創: 王曉靜 王國亮等 藍海星智庫  



一、背景

  隨著自主控制技術、動力能源技術的突破,水下、水下與水面信息聯通能力的加強,無人系統將逐漸替代部分傳統平臺執行長期重復、持久枯燥、隱蔽危險的任務,甚至擴展原有平臺的某些功能,正在逐漸成為水下前沿觸敵戰斗各環節的主體力量。無人系統不僅是水下力量的有力補充,還從攻、防等不同角度對水聲裝備技術產生重大影響。如,2018年2月,美國高級研究計劃局(DARPA)分別授予系統與技術研究公司(STR)和應用物理科學公司(APS)價值1210萬美元和620萬美元的合同,用于“聲學通道戰術開發應用”(TEAC)項目第一階段,研發分布式相控陣聲納技術,以在水下無人潛航器等更小、更經濟的平臺上實現聲源的長期部署。無人系統的出現、發展、成熟、應用,對水聲裝備技術的發展也產生了重大影響。

二、無人系統對水聲裝備技術的影響分析

 。ㄒ唬o人系統促進了小平臺搭載和使用的水聲裝備技術的發展

  從應用無人系統執行水下戰任務角度出發,無人系統的興起促進了適用于無人系統搭載的聲源、聲納陣、水下網絡等裝備技術的發展,以提升其探測、跟蹤能力,發揮其作戰效能。

  1、研發適用于無人系統平臺搭載的小型聲納

  研發適用于無人系統搭載的殼體聲納、小型拖曳線列陣聲納等。例如,雷聲公司為“反潛持續跟蹤無人艇”研制了“模塊化可擴展聲納系統”(MS3),具備較高的分辨率,在一定范圍內能夠準確識別潛艇;GTI公司和Curtiss-Wright公司合作開發了一款新型拖曳可收放式主被動聲納(TRAPS),該型聲納緊湊特性強,輕便小巧,其釋放回收系統結構簡單輕便,可用于無人水面艇、護衛艦、輕護艦、海岸巡邏船等執行反潛探測任務。Sonardyne公司宣布,其生產的Ranger2超短基線定位系統可配裝包括各種無人潛航器裝備(ROV、AUV),具有精確的定位能力。

 

圖 1  雷聲公司開發的模塊化可擴展聲納系統

  2、研發適用于無人-無人、有人-無人系統協同探測的聲納

  研發適用于無人-無人、有人-無人系統協同探測的聲納。2018年2月,美國DARPA授予合同研發分布式聲源網絡,由大量無人潛航器搭載聲源組成發射器,既可以提高信噪比,還可以在接收端匯聚聲源的能量,改善了傳統的相控陣聲納由一組固定的發射基陣物理連接而成,布線繁瑣,不便于部署和陣列孔徑重新配置的問題,目前正處于研發的第一階段。2016年1月,美國DARPA發布了“移動舷外指揮、控制、途徑”(MOCCA)項目,致力于開發雙基地聲納用于反潛,既可充分利用主動聲納探測安靜型目標的優勢,又不影響攻擊型潛艇的隱身性,目前正在進行研發工作。

  3、研發適用于察打一體無人水下作戰系統的傳感器網絡

  察打一體無人水下作戰系統,續航力可超過30天,可預先部署在港口、重要航道執行反潛探測和打擊任務,研發其主體“大排量無人潛航器”搭載的線列陣聲納及組網技術是無人系統載聲納的又一發展方向。例如美海軍在研的首型察打一體無人水下作戰系統“水下蜘蛛”,將攜帶8對被動聲納線列陣實現對周圍100平方公里范圍的聲學探測;攜帶4枚輕型魚雷,可自主對敵方潛艇實施快速精確打擊。

 。ǘo人系統促進了能有效探測、識別、跟蹤無人潛航器等小目標的水聲裝備技術發展

  從防范他國無人系統執行隱秘任務角度,無人系統促進了能有效探測、識別、跟蹤無人系統等小目標的水聲裝備技術的發展。

  1、發展合成孔徑聲納等高分辨率成像聲納

  2017年3月,KraKen聲納公司成功的完成了KATFISH拖魚第一階段的海試工作,測試了AquaPix MINSAS 180聲納,測試高精度超短基線定位系統和水下慣導系統,測試聲速、流速、溫度、深度傳感器,為水下高分辨成像提供了技術方案。

 

圖 2  KraKen聲納公司第一階段測試設備

  2、無人系統組網實現UUV等小目標的探測

  在2016年“無人戰士”演習期間,4艘“攜帶傳感器的自主無人水面艇”成功探測到常規潛艇和UUV,演示了無人水面艇先進的探測能力!白灾鳠o人水面艇”為液力機器人和波音公司的項目。方案是應用滑翔式無人艇,開創了一種有效利用波浪能的方式,將波浪的上下起伏轉化為前進的動力,實現超長續航力,并搭載先進聲學傳感器,與P-8A反潛機協同或多個“自主無人水面艇”組網作戰,能有效探測安靜型常規潛艇和UUV。

 。ㄈo人系統為水聲裝備技術的發展提供了更多的創新路徑

  1、利用無人機中繼聲納浮標數據

  2017年11月,海軍反潛直升機布放了聲納浮標,聲納浮標收集的數據被傳輸到MQ-9“捕食者B”無人機上,經過處理,轉發到距離目標數百英里的無人機地面控制站,此次軍事演習將超級電子公司的聲納浮標和加拿大通用動力任務系統公司的無人機數據處理技術相結合,使無人機具有遠程巡邏和通信中繼的能力,以增加海上任務的組合。

  2、利用“黑翼”無人機充當跨域通信中繼

  8月,在“年度海軍技術演習”中,美國潛艇發射了一個“藍鰭-21”無人潛航器,“藍鰭-21”再釋放兩個微型“沙鯊”無人潛航器和一架“黑翼”無人機,執行情報監視偵察任務。演習中,由“黑翼”充當潛艇、“沙鯊”間的通信中繼,實現了水下和水面的跨域通信和指控。在該次演習中,地面指控中心向無人水面艇發送指令,該艇作為通信中繼,指揮洛•馬公司“槍魚”MK2無人潛航器成功發射多任務微型無人機“矢量鷹”,也演示驗證了跨域通信和指控能力。

 

圖 3  “藍鰭-21”無人潛航器

  3、無人系統作為水下網絡的移動節點增強了水下網絡的靈活性

  早期的水下網絡多以傳感器、浮標等作為節點,隨著無人系統裝備技術的大發展,加入水下網絡中,成為其移動節點,且數目、種類逐漸變多,執行任務的復雜程度越來越高。例如近海水下持久監視網,包含近四十個UUV、滑翔者等無人系統平臺,彼此間承擔不同的任務,相互配合,執行作戰任務,且可根據執行任務的不同,靈活的配置參與執行任務的無人系統的種類和數量,增強了水下網絡的靈活性。

三、小結

  無人系統的出現、發展、陸續服役,使水下戰作戰模式發生變化,極大豐富了水下平臺的數量、種類,是21世紀水下戰的重要變化因素之一,也對水聲裝備技術產生了影響,影響了聲納、水下網絡的發展方向、趨勢。不論是重大裝備論證機關、還是一線科研機構,都應敏銳捕捉新的裝備技術對已有裝備產生的影響,使其朝著適應未來作戰模式的方向發展。

(藍海星:王曉靜 王國亮 朱鵬飛 柳正華)

 

 

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