反預置武器體系、裝備與技術(shù)發(fā)展概述

余白石，趙治平

（中國船舶重工集團有限公司第七一〇研究所，湖北 宜昌 443003）

0 引言

水下預置武器是傳統(tǒng)水雷武器的延伸和擴展。水雷是一種主要攻擊水中和水面目標的水中武器，而水下預置武器是一種可以裝載導彈、無人機等中遠程殺傷性武器的水中兵器，其打擊對象包括空中、地面、水面和水下目標，其布放、待機方式與水雷相似[1]。

美國DARPA正在研究的UFP和“海德拉”[2]是具有代表性的兩型水下預置武器，其他國家也正在開展相關(guān)研究工作。

為了對抗這一新型水中兵器，我國應(yīng)盡快發(fā)展反預置武器系統(tǒng)，在現(xiàn)有的反水雷研究基礎(chǔ)上，根據(jù)預置武器的具體特點，梳理出反預置武器的體系、裝備、技術(shù)發(fā)展路線。

圖1 海德拉概念圖Fig.1 Conception of Hydra

圖2 UFP概念圖Fig.2 Conception of UFP

1 反預置武器體系

我國當前應(yīng)著重發(fā)展反預置武器的3種能力，即監(jiān)測能力、搜尋能力和處置能力，與之對應(yīng)地需發(fā)展反預置監(jiān)測體系、反預置搜尋體系和反預置處置體系。

1.1 反預置監(jiān)測體系

傳統(tǒng)的水雷武器布放范圍和打擊范圍有限，因此即便沒有監(jiān)測裝備確定探測搜尋范圍，也只需通過對重要航道水雷的獵掃清除，即可避免艦船被水雷毀傷。水下預置武器的布放范圍和打擊范圍較廣，它已升級為水下戰(zhàn)略武器，而非一般水中兵器。需要在較廣闊的海域中對其進行搜尋和處置，若無前期的監(jiān)測信息確定大致的搜尋范圍，搜尋和處置工作將如同大海撈針，因此必須發(fā)展反預置監(jiān)測裝備體系。

反預置監(jiān)測體系以空間分布來分類，可分為：海底監(jiān)測裝備、水中監(jiān)測裝備、水面監(jiān)測裝備、空中監(jiān)測裝備和太空監(jiān)測裝備等。以監(jiān)測介質(zhì)來分類，可分為：水聲監(jiān)測裝備、振動監(jiān)測裝備、電場監(jiān)測裝備、電磁信號監(jiān)測裝備等。以監(jiān)測平臺來分類，可分為：海床基監(jiān)測裝備、AUV監(jiān)測裝備、水下滑翔機監(jiān)測裝備、浮標監(jiān)測裝備、USV監(jiān)測裝備、氣球監(jiān)測裝備、無人機監(jiān)測裝備、星基監(jiān)測裝備等。

圖3 反預置監(jiān)測體系Fig.3 Surveillance system of anti-preset weapons

1.2 反預置搜尋體系

對預置武器的搜尋是反預置武器最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，由于預置武器具備遠程激活功能，因此無法采用傳統(tǒng)的“非接觸式掃雷”方式對其“誘爆”清除，需研制“類獵雷”裝備對其搜尋，且必須滿足大深度、大范圍和智能化的使用需求。

反預置搜尋體系以空間分布來分類，可分為南海區(qū)域搜尋裝備、第一島鏈內(nèi)搜尋裝備和西太平洋區(qū)域搜尋裝備。以探測介質(zhì)來分類，主要可分為聲吶搜尋裝備和電磁搜尋裝備；以搜尋平臺來分類，主要可分為船載拖曳式搜尋裝備和AUV搜尋裝備。

圖4 反預置搜尋體系Fig.4 Detection system of anti-preset weapons

1.3 反預置處置體系

處置是反預置的最終環(huán)節(jié)，可借鑒對水雷的處置方式，對預置武器實施爆炸毀傷，也可根據(jù)預置武器的特點，對其進行軟殺傷。根據(jù)不同類型的預置武器需進行不同方式的處置，如針對沉底類預置武器，可采取爆炸方式將其毀傷，而針對錨系類預置武器，可采取“截割”方式將其毀傷。在不同時期也須采取適宜的處理方式：如在和平時期發(fā)現(xiàn)威脅我國的預置武器時，可采取安裝遙控炸藥或安裝干擾裝置等隱蔽方式對其處置；而在戰(zhàn)爭時期發(fā)現(xiàn)預置武器時，則需采取立即毀傷的方式對其進行處置。

反預置處置體系以處置方式來分類，可分為爆炸毀傷式處置裝備（如滅雷彈、滅雷具等）、截割毀傷式處置裝備、干擾式處置裝備（如干擾網(wǎng)索、電磁干擾器等）等。以處置平臺來分類，可分為船載式爆破處置裝備、AUV/ROV搭載式爆破處置裝備、AUV搭載式放過處置裝備、各類以AUV為平臺的干擾裝備。

圖5 反預置處置體系Fig.5 Disposal system of anti-preset weapons

2 反預置武器裝備發(fā)展建議

2.1 監(jiān)測裝備發(fā)展建議

反預置監(jiān)測的目的就是通過監(jiān)測水下預置武器的通信信號，確定預置武器的布放范圍，因此任何可用于對預置武器定位的信號都應(yīng)進行相應(yīng)的監(jiān)測，而多種信號監(jiān)測信息的融合會提高對預置武器布放范圍判斷的精準度。應(yīng)建立多傳感器立體化監(jiān)測系統(tǒng)，這其中包括布放于海底的振動信號監(jiān)測系統(tǒng)和電場信號監(jiān)測系統(tǒng)，布放于水中的水聲信號監(jiān)測系統(tǒng)，裝載于水面、空中或衛(wèi)星的電磁波信號監(jiān)測系統(tǒng)。以下介紹幾種典型的反預置監(jiān)測裝備。

1）振動信號監(jiān)測系統(tǒng)。

利用分布式光纖振動信號監(jiān)測系統(tǒng)可監(jiān)測敵方船只的入侵信息和布放水雷或水下預置武器的特征信號。光纖振動信號監(jiān)測系統(tǒng)的主要技術(shù)難點是在復雜海洋環(huán)境下提取出微弱的振動特征信號。由于人工智能技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)難點已被攻克[3]，因此可在重要航道、重點區(qū)域建設(shè)分布式光纖振動信號監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)點是光纖不僅可作為振動傳感器，也可作為監(jiān)測系統(tǒng)的傳輸通道，傳輸其他監(jiān)測信息；缺點是施工量大，建造成本和維修成本較高。

2）水聲信號監(jiān)測系統(tǒng)。

在重點區(qū)域布放水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，可對預置武器喚醒信號發(fā)射源進行精確定位[4]，再結(jié)合地理信息可估計出水下預置武器的布放區(qū)域。該系統(tǒng)的優(yōu)點是可對預置武器喚醒信號發(fā)射源進行精確定位；缺點是易受海洋環(huán)境噪聲干擾，且需要其他信息支援才可估算預置武器的布放范圍。

3）空間電磁波信號監(jiān)測系統(tǒng)。

水下預置武器與衛(wèi)星或地面基站進行通聯(lián)時，可利用空間電磁波信號監(jiān)測系統(tǒng)對其進行定位。在具體實施時，可考慮利用浮空平臺或低軌衛(wèi)星對其聯(lián)合定位。該系統(tǒng)的優(yōu)點是覆蓋范圍廣，定位精度高；缺點是環(huán)境干擾較大，不易提取特征信號。

2.2 搜尋裝備發(fā)展建議

根據(jù)反預置的需求，應(yīng)重點發(fā)展大深度、大范圍使用的智能化反預置快速搜尋裝備，典型的裝備目標圖像如下。

1）大深度快速拖曳式搜尋系統(tǒng)。

工作深度應(yīng)滿足搜尋深海預置武器的需求（如美國UFP預置武器工作深度至少為4 000 m），且能在較快的拖曳速度下保持較深的工作水深，拖體上裝載有較大探測范圍的探測聲吶，具有計算機輔助識別功能。該裝備的主要技術(shù)難點在于：①拖曳時既要保證較快的拖曳速度，又要達到較深的工作水深；②聲吶探測范圍越大，頻率越低，成像效果也越差，因此無法依靠圖像信息來完成計算機輔助識別功能，需直接通過原始的水聲信號特征來進行識別。該系統(tǒng)的優(yōu)點是續(xù)航時間長，并且可實時觀察探測數(shù)據(jù)，搜尋效率較高；缺點是隱蔽性差，在戰(zhàn)時易受攻擊。

2）AUV集群搜尋系統(tǒng)。

利用AUV集群系統(tǒng)對水下預置武器進行搜尋是未來較理想的搜尋方式，該類型AUV系統(tǒng)除了具備大深度使用要求以外，還必須滿足長時間連續(xù)快速搜尋的能力，以及智能識別預置武器的能力。其主要技術(shù)難點在于：①對能源系統(tǒng)續(xù)航力要求較高；②對信息處理系統(tǒng)和自主控制系統(tǒng)的智能化要求較高；③對通信系統(tǒng)的跨介質(zhì)保密傳輸能力要求較高。在當前階段來看，AUV搜尋水下預置武器的優(yōu)點是工作方式較隱蔽；缺點是續(xù)航時間較短，布放及回收時間較長，無法實時觀察探測數(shù)據(jù)，需要數(shù)據(jù)回放，作業(yè)效率較低。

2.3 處置裝備發(fā)展建議

1）爆破毀傷式處置裝備。

此類裝備可在現(xiàn)有的反水雷武器的基礎(chǔ)上加以深化，提高工作深度和爆破精準度即可，如大深度滅雷彈、大深度滅雷具等。此類裝備的優(yōu)點是操作過程簡便，作業(yè)效率較高；缺點是隱蔽性較差。

2）截割毀傷式處置裝備。

此類裝備典型使用方式是以AUV搭載低張力放過器，放過截割錨系式預置武器的錨鏈，從而達到隱蔽破壞的目的。此類裝備的優(yōu)點是作業(yè)過程較隱蔽，適合和平時期對水下預置武器進行處置；缺點是作業(yè)流程復雜。

3）干擾類處置裝備。

以AUV為平臺的網(wǎng)索干擾裝備，將網(wǎng)索纏繞至預置武器載荷，使其無法有效釋放出載荷。水聲或電磁干擾裝備在預置武器附近布放此類裝備，干擾其通信。此類裝備的優(yōu)點是作業(yè)過程較隱蔽，成功率較高；缺點是作業(yè)流程復雜。

3 反預置武器重點發(fā)展技術(shù)

3.1 反預置監(jiān)測技術(shù)

1）深海弱電場監(jiān)測技術(shù)。

傳統(tǒng)的水聲監(jiān)測范圍較小，為彌補該缺點，可發(fā)展深海弱電場監(jiān)測技術(shù)。該技術(shù)主要通過多個裝置檢測海底的電場信號，確定電場信號發(fā)射源，從而評估預置武器的布放范圍[5]。

這種監(jiān)測方式具有以下優(yōu)點：①監(jiān)測范圍較大，可達數(shù)百公里；②能耗較小，可利用海水溫差、海流能、波浪能自供電；③可結(jié)合反潛需求，同步開展?jié)撏щ妶霰O(jiān)測。

2）衛(wèi)星上行信號監(jiān)測技術(shù)。

可采用星-地聯(lián)合監(jiān)測、高低軌衛(wèi)星聯(lián)合監(jiān)測[6]等多種衛(wèi)星上行信號監(jiān)測方式，對水下預置武器發(fā)送至衛(wèi)星的信息進行監(jiān)測。

衛(wèi)星上行信號監(jiān)測方式覆蓋范圍廣，可與其他監(jiān)測方式相結(jié)合，對監(jiān)測信息進行進一步篩選，可提高監(jiān)測準確率。

3.2 反預置搜尋技術(shù)

1）大深度快速拖曳定深技術(shù)。

現(xiàn)有的國內(nèi)外深海拖曳系統(tǒng)為了增加拖體的工作深度，必須限制拖曳速度，致使工作效率極低。因此，需研究大深度快速拖曳定深技術(shù)，以降低拖曳阻力，從而提高拖體在高速拖曳時的定深能力。該技術(shù)的核心在于在拖曳纜上安裝流線片以減小拖曳阻力，從而使整個拖體在較快的拖曳速度下，仍可達到較深的工作深度，最終提高了整個搜尋系統(tǒng)的工作效率。

2）多基地聲吶探測技術(shù)[7]。

目前，采用聲吶探測水下預置武器，主要面臨以下難點：①水下預置武器主動發(fā)出的噪聲極小，無法采用被動聲吶探測；②水下預置武器目標強度小，且貼近海底，采用主動聲吶探測時，其回波會淹沒在大面積海底回聲中，難以區(qū)分；③預置武器本身不運動，也無法通過回波的多普勒將其與背景區(qū)分開來。

多基地聲吶的收發(fā)基站遠距離分開，在水下預置武器的探測中，主動聲吶可安置于噪聲輻射水平較高的水面艦平臺，多臺被動聲吶可配置于輻射噪聲水平較低的UUV上，能形成大范圍的探測體系。這種探測方式具有以下優(yōu)點：①多臺UUV可覆蓋較大的范圍，提高搜尋效率；②采用多基地的探測方式，可利用水下預置武器的非后向聲散射，在一定程度上改善探測效能；③可利用UUV潛深大、自噪聲較低的優(yōu)點改善探測成像性能。

3）基于先驗知識與機器學習相結(jié)合的聲吶圖像計算機輔助識別技術(shù)。

以人工方式對預置武器進行識別的效率極低，因此有必要發(fā)展基于先驗知識與機器學習相結(jié)合的聲吶圖像計算機輔助識別技術(shù)。該技術(shù)利用預置武器的先驗知識，如外形、尺寸、錨系等，預先設(shè)定檢測模式，在實時采集的側(cè)掃聲吶圖像上檢測預置武器。該技術(shù)的優(yōu)點是可自主識別預置武器，無需專業(yè)人員長時間在海量數(shù)據(jù)中查找預可疑目標。

3.3 反預置處置技術(shù)

1）低張力放過技術(shù)。

以低張力放過器對預置武器實施放過截割處理，該技術(shù)的關(guān)鍵是放過裝置僅需較小的張力就可以實現(xiàn)放過截割。主要優(yōu)點是處置方式隱蔽，且截割執(zhí)行機構(gòu)可根據(jù)需求以遙控方式截割預置武器錨鏈；缺點是該方式實施過程較復雜。

2）滅雷彈組合制導技術(shù)。

利用滅雷彈對水下預置武器進行精確毀傷的主要難點在于滅雷彈的精確制導。因此，應(yīng)突破滅雷彈組合制導技術(shù)，實現(xiàn)滅雷彈的高精度投放，達到精準爆破水下預置武器的目的。研究滅雷彈組合制導可借鑒魚雷制導體制[8]，采用線導+慣導+末端自導的方式實現(xiàn)大深度滅雷彈制導。

4 結(jié)束語

當前我國對反預置武器系統(tǒng)的需求非常迫切，應(yīng)盡快開展反預置武器系統(tǒng)的研究。該研究工作對發(fā)展我國深遠海防御體系、占領(lǐng)未來水下無人攻防戰(zhàn)的制高點具有重大意義。我國應(yīng)針對監(jiān)測、搜尋和處置水下預置武器的需求，開展反預置武器體系建設(shè)、裝備研制和技術(shù)突破，從而掌握深海無人攻防戰(zhàn)的主動權(quán)。