水下無人搜探系統(tǒng)裝備使用模式分析

陳 強(qiáng)

(中國人民解放軍92537部隊(duì)，北京 100161)

水下無人搜探系統(tǒng)裝備使用模式分析

陳 強(qiáng)

(中國人民解放軍92537部隊(duì)，北京 100161)

本文從搭載平臺、使用水下無人航行器數(shù)量、水下無人航行器與母船相對距離、水下無人航行器搜索和探測目標(biāo)的行動(dòng)方式、使用人員對水下無人航行器干預(yù)程度等幾個(gè)方面，并結(jié)合任務(wù)類型和性質(zhì)，分析提出水下無人搜探系統(tǒng)裝備使用模式。

水下無人航行器；搜探系統(tǒng)；使用模式

0 引 言

水下無人搜探系統(tǒng)是以搜探型水下無人航行器為主體的水下無人系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)功能由母船或岸上部分的指揮與控制功能、操作與保障功能，1 個(gè)或若干個(gè)水下無人航行器功能構(gòu)成。其擔(dān)負(fù)的使命任務(wù)主要是搜索和探測水下各類靜止目標(biāo)。

正確分析和提出水下無人搜探系統(tǒng)裝備使用模式，是準(zhǔn)確分析和描述水下無人搜探系統(tǒng)任務(wù)剖面的前提。水下無人搜探系統(tǒng)這類水下無人系統(tǒng)的裝備使用，不僅要考慮系統(tǒng)與搭載母船的關(guān)系、系統(tǒng)與使用人員的關(guān)系、系統(tǒng)與使用環(huán)境的關(guān)系，還要考慮系統(tǒng)與水下無人航行器的關(guān)系、水下無人航行器與搜探對象（或目標(biāo)）的關(guān)系、水下無人航行器與任務(wù)載荷的關(guān)系等。為了清晰描述這一復(fù)雜的多維問題，應(yīng)從裝備的不同視角和不同層次，對該類裝備使用模式進(jìn)行詳細(xì)分析。本文分析和提出水下無人搜探系統(tǒng)整體和水下無人航行器的使用模式。

1 水下無人搜探系統(tǒng)使用模式

1.1 水下無人搜探系統(tǒng)使用的主體

搭載并輸送水下無人搜探系統(tǒng)到任務(wù)海域的裝備包括水面艦艇、潛艇、飛機(jī)等機(jī)動(dòng)裝備。水下無人搜探系統(tǒng)中的水下無人航行器也可從岸上直接布放使用。在任務(wù)海域使用水下無人搜探系統(tǒng)的主要是由若干人員組成的搜探小組，包括指揮員、系統(tǒng)管理員、任務(wù)數(shù)據(jù)分析員、操作和維護(hù)人員。其中，系統(tǒng)管理員和任務(wù)數(shù)據(jù)分析員與水下無人搜探系統(tǒng)的交互信息量比較多，時(shí)間比較長，責(zé)任相對重要，而指揮員的責(zé)任最重要。搜探小組是水下無人搜探系統(tǒng)使用的主體。

1.2 按照水下無人搜探系統(tǒng)搭載平臺

按照水下無人搜探系統(tǒng)搭載平臺，可分為岸基、水面艦艇、潛艇和飛機(jī)使用模式。水下無人搜探系統(tǒng)主要在平時(shí)執(zhí)行任務(wù)，戰(zhàn)時(shí)執(zhí)行任務(wù)較少，

1） 對任務(wù)時(shí)間要求較高、隱蔽性要求不很高的任務(wù)，采用水面艦艇使用模式較好。

2） 對任務(wù)時(shí)間要求不很高、隱蔽性要求高的任務(wù)，采用岸基或潛艇使用模式較好。但是，岸基使用受水下無人航行器續(xù)航力的限制，任務(wù)海域太遠(yuǎn)將難以使用；潛艇使用一方面會(huì)受到與潛艇任務(wù)沖突和使用風(fēng)險(xiǎn)的限制，另一方面會(huì)受到布放回收時(shí)間慢的限制。由于水下無人航行器航速和潛艇安靜航速相對較低，他們完成任務(wù)需要時(shí)間較長。

3） 對任務(wù)時(shí)間要求高的任務(wù)，采用飛機(jī)使用模式較好。但是，飛機(jī)布放水下無人航行器后無法回收。采用飛機(jī)將水下無人搜探系統(tǒng)運(yùn)輸?shù)脚炌Ц劭冢儆伤媾炌мD(zhuǎn)運(yùn)出航的使用模式，可視為水面艦艇使用模式。

1.3 按照使用水下無人航行器數(shù)量

按照使用水下無人航行器的數(shù)量，可分為單個(gè)水下無人航行器使用模式和多個(gè)水下無人航行器使用模式。單個(gè)水下無人航行器使用模式，是指一個(gè)水下無人航行器在一個(gè)特定區(qū)域內(nèi)，對一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)的搜索與探測，或?qū)σ粋€(gè)或多個(gè)目標(biāo)的水下作業(yè)。多個(gè)水下無人航行器使用模式，是指多個(gè)水下無人航行器在一個(gè)或多個(gè)特定區(qū)域內(nèi)，對一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)的同時(shí)搜索與探測，或?qū)σ粋€(gè)或多個(gè)目標(biāo)的同時(shí)水下作業(yè)。

按照多個(gè)水下無人航行器使用時(shí)協(xié)同活動(dòng)所處的層級，可分為多個(gè)水下無人航行器任務(wù)協(xié)同、行動(dòng)協(xié)同和動(dòng)作協(xié)同。任務(wù)級協(xié)同，是指多個(gè)水下無人航行器在搜探行動(dòng)時(shí)，在時(shí)間上沒有非常嚴(yán)格的時(shí)間同步性要求，在空間上沒有無縫的區(qū)域覆蓋要求，即相互間沒有時(shí)間和空間的緊密關(guān)聯(lián)性，系統(tǒng)只注重各自分配任務(wù)的完成結(jié)果。行動(dòng)級協(xié)同，是指多個(gè)水下無人航行器在搜探行動(dòng)時(shí)，在時(shí)間和空間上保持一定的協(xié)調(diào)性，如保持一定的編隊(duì)隊(duì)形。為了保持行動(dòng)級的協(xié)調(diào)，水下無人航行器之間需要通過水聲通信鏈互傳信息，并按照行動(dòng)規(guī)則保持相對位置、航向和深度。動(dòng)作級協(xié)同，是指多個(gè)水下無人航行器在實(shí)施搜探行動(dòng)時(shí)，在時(shí)間和空間上的動(dòng)作要有協(xié)調(diào)性，如同時(shí)打開側(cè)掃聲吶和合成孔徑聲吶，按時(shí)間順序先打開聲信標(biāo)探測儀，再打開成像聲吶等。

1.4 按照水下無人航行器與母船相對距離

按照水下無人航行器與母船相對距離，可分為“近距”使用模式和“遠(yuǎn)距”使用模式。

1） 近距。相對距離在高速水聲通信鏈通信距離以內(nèi)，母船與水下無人航行器關(guān)系緊密，如為保持位置和航向相對固定，母船采取伴航、低速機(jī)動(dòng)、動(dòng)力定位或定點(diǎn)錨泊等方式。水下無人航行器與母船采用近距水聲通信鏈或近距無線電通信鏈互傳信息。

2） 遠(yuǎn)距。相對距離大于高速水聲通信鏈通信距離，如短波無線電通信距離或衛(wèi)星通信距離，此時(shí)，母船與水下無人航行器關(guān)系松散，母船機(jī)動(dòng)不受限制。水下無人航行器只能浮在水面，采用遠(yuǎn)距無線電通信鏈或衛(wèi)星通信鏈與母船互傳信息。

1.5 按照搜索和探測目標(biāo)的行動(dòng)方式

按照水下無人航行器搜索和探測目標(biāo)的行動(dòng)方式，可大致分為區(qū)域“粗略”搜探模式和定點(diǎn)“精準(zhǔn)”搜探模式。

1） 區(qū)域“粗略”搜探模式。是指水下無人航行器按照任務(wù)計(jì)劃對一個(gè)區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)進(jìn)行的預(yù)先搜探，以獲取目標(biāo)的位置和粗略圖像信息，為后續(xù)“精準(zhǔn)”搜探提供支持。

2） 定點(diǎn)“精準(zhǔn)”搜探模式。是指水下無人航行器按照任務(wù)計(jì)劃或機(jī)內(nèi)設(shè)備激勵(lì)對某個(gè)位置的點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行的詳細(xì)探測，以獲取更為詳細(xì)的目標(biāo)圖像信息。該點(diǎn)目標(biāo)通常是經(jīng)人工或其他傳感器判定的疑似目標(biāo)。

1.6 按照使用人員對水下無人航行器干預(yù)程度[1]

按照使用人員對水下無人航行器干預(yù)程度，可大致分為以下幾種模式：

1） 全自主模式。是指水下無人航行器從布放后到回收前，始終自動(dòng)運(yùn)行，使用人員在必要情況下向水下無人航行器發(fā)出指令。

2） 半自主模式。是指水下無人航行器按一定規(guī)則（如按時(shí)間間隔、發(fā)生異常情況等）向使用人員報(bào)告情況，使用人員根據(jù)報(bào)告情況提出處理意見，水下無人航行器按照使用人員的反饋意見，自主制訂新的行動(dòng)規(guī)劃，解決異常情況和/或執(zhí)行新的行動(dòng)計(jì)劃。

3） 遠(yuǎn)程控制模式。使用人員在水下無人航行器行動(dòng)前，審查所有行動(dòng)，但不直接操作水下無人航行器。

4） 電視遙控模式。是指使用人員利用視頻和/或其他傳感器，通過“持續(xù)”的通信方式（如光纜通信）直接控制水下無人航行器，如連續(xù)直接遙控操作水下無人航行器的推進(jìn)器、舵、水下機(jī)械手等執(zhí)行機(jī)構(gòu)和水下電視等傳感器，水下無人航行器沒有主動(dòng)動(dòng)作。該模式如同有纜無人潛器（ROV）使用模式，除了不需要母船供電。

1.7 與母船相對距離和任務(wù)組合的使用模式

水下無人搜探系統(tǒng)在任務(wù)海域執(zhí)行任務(wù)時(shí)，因任務(wù)類型不同，水下無人航行器與母船的相對距離會(huì)不同。執(zhí)行面向防險(xiǎn)救生的水下目標(biāo)搜探任務(wù)時(shí)，水下無人航行器與母船相對距離屬于“近距”。執(zhí)行面向水下偵察的水下目標(biāo)搜探任務(wù)時(shí)，水下無人航行器與母船相對距離將根據(jù)隱蔽性要求確定，在我控海域或大洋敏感海域，水下無人航行器與母船相對距離可以采用“近距”；在敵控海域如敵近岸海域，水下無人航行器與母船相對距離應(yīng)采用“遠(yuǎn)距”。執(zhí)行面向水下特種任務(wù)的水下作業(yè)任務(wù)時(shí)，水下無人航行器與母船相對距離將根據(jù)任務(wù)類型確定，對位置和屬性確定的水下設(shè)施或裝備等水下靜止目標(biāo)，實(shí)施投放水下炸彈爆破作業(yè)任務(wù)，水下無人航行器與母船相對距離可以采用“遠(yuǎn)距”；使用水下機(jī)械手對水下目標(biāo)實(shí)施水下作業(yè)這類任務(wù)，水下無人航行器與母船相對距離必須采用“近距”，以便通過水聲通信鏈或光纜通信鏈傳輸聲學(xué)或光學(xué)圖像，使用人員根據(jù)現(xiàn)場水下環(huán)境和目標(biāo)圖像信息，對水下無人航行器設(shè)備如水下機(jī)械手實(shí)施電視遙控操作。

1.8 人員干預(yù)程度和任務(wù)組合的使用模式

目前國內(nèi)外水下無人航行器大多采用半自主和遠(yuǎn)程控制模式。全自主模式技術(shù)上還不能完全實(shí)現(xiàn)，電視遙控模式會(huì)降低作業(yè)效率，喪失水下無人航行器的優(yōu)勢。采用何種使用模式，與水下無人航行器任務(wù)類型和任務(wù)性質(zhì)有很大關(guān)系。本文從實(shí)用角度，針對搜探任務(wù)的特點(diǎn)對該問題概略加以分析和描述。水下無人搜探系統(tǒng)承擔(dān)任務(wù)性質(zhì)不同，對水下無人航行器的自主能力要求不同。簡單任務(wù)，可以采用半自主模式，也可以采用遠(yuǎn)程控制模式或電視遙控模式。通常能夠采用半自主模式的，應(yīng)盡量采用半自主模式，而不用遠(yuǎn)程控制模式或電視遙控模式，以降低母船和水下無人航行器的聯(lián)系，減少人員工作強(qiáng)度，降低人員操作失誤，提高裝備作業(yè)效率，提高任務(wù)隱蔽性，防止敵方實(shí)施通信干擾。復(fù)雜任務(wù)，可以采用半自主模式，也可以采用遠(yuǎn)程控制模式或電視遙控模式。通常采用遠(yuǎn)程控制模式或電視遙控模式，可以確保任務(wù)的成功性，特別是在自主能力比較低，且需要借助人員識別、判斷和決策這類任務(wù)，將只能依靠遠(yuǎn)程控制模式或電視遙控模式。能否采用半自主模式，取決于任務(wù)的復(fù)雜性、水下無人航行器自主能力和自主技術(shù)水平。對復(fù)雜性較低的任務(wù)，可以采用半自主模式，如按照任務(wù)計(jì)劃對確定位置和屬性的水下目標(biāo)投放水下炸彈進(jìn)行水下爆破作業(yè)的任務(wù)等。對復(fù)雜性高的任務(wù)，只能采用電視遙控模式，如水下無人航行器使用水下機(jī)械手對水下目標(biāo)實(shí)施水下作業(yè)的任務(wù)等。

2 結(jié) 語

本文僅分析和提出了水下無人搜探系統(tǒng)整體和水下無人航行器的使用模式，實(shí)際上水下無人搜探系統(tǒng)使用模式和任務(wù)載荷、導(dǎo)航系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)的能力大小有很大關(guān)系。因此，還應(yīng)該在詳細(xì)分析任務(wù)載荷、導(dǎo)航系統(tǒng)和指揮控制系統(tǒng)的工作原理、功能和性能基礎(chǔ)上，對水下無人搜探系統(tǒng)使用模式作進(jìn)一步的詳細(xì)分析。

[1]ASTM F2541《Standard Guide for Unmanned Undersea Vehicles Autonomy and Control》, 2007.

Analysis of equipment application mode for search and detection system of UUV

CHEN Qiang
(No.92537 Unit of the PLA, Beijing 100161, China)

This paper proposed equipment application mode for search and detection system of UUV by the analyzing many aspect from carry platform, number of application UUV, relative distance between UUV and carry platform, UUV action mode of search and detection target, client intervention degree to UUV etc, and It is combined with kind and character of task.

UUV；search and detection system；application mode

E925.2

：A

1672-7619(2017)01-0137-03doi：10.3404/j.issn.1672-7619.2017.01.028

2016-04-28；

: 2016-07-26

陳強(qiáng)(1961-)，男，研究員，研究方向?yàn)樗聼o人系統(tǒng)專業(yè)。