國外水下無人潛航器及其通信技術(shù)發(fā)展綜述

楚立鵬， 鄢宏華， 范 強(qiáng)， 付圣峰， 王永皎， 張 博， 梁萱卓

(1.中國電子科學(xué)研究院，北京 100041； 2.中國電科發(fā)展戰(zhàn)略研究中心，北京 100043)

0 引 言

隨著新軍事革命和科技革命的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代戰(zhàn)爭形態(tài)已逐步完成從機(jī)械化向信息化的過渡，正加速向智能化轉(zhuǎn)變，世界軍事強(qiáng)國均大力推動(dòng)智能化、無人化作戰(zhàn)裝備發(fā)展。在最近幾場高新技術(shù)局部戰(zhàn)爭中，大量無人作戰(zhàn)裝備涌向戰(zhàn)場并發(fā)揮主導(dǎo)作用，無人化已成為未來智能化戰(zhàn)爭的重要特征之一。

海軍無人作戰(zhàn)系統(tǒng)是現(xiàn)代海軍裝備的一個(gè)重要組成部分，可充分利用海洋的隱蔽特性與立體空間優(yōu)勢(shì)，以網(wǎng)絡(luò)信息為中心、以單平臺(tái)的節(jié)點(diǎn)作戰(zhàn)能力為基礎(chǔ)、以異構(gòu)集群的協(xié)同能力為核心，構(gòu)建覆蓋空中、水面、水下與海底多維空間，機(jī)動(dòng)與固定相結(jié)合，可完成多種軍事任務(wù)的無人裝備體系[1]。水下無人潛航器(Unmanned Underwater Vehicle，UUV)具有隱蔽性好、造價(jià)低、收發(fā)簡單和操作靈活等優(yōu)勢(shì)，能有效避免人員傷亡，可深入惡劣、危險(xiǎn)環(huán)境執(zhí)行多種軍事作戰(zhàn)任務(wù)，將深刻影響和改變未來海上作戰(zhàn)樣式，已成為海洋強(qiáng)國爭相發(fā)展的水下軍用裝備[2-4]。本文圍繞水下無人潛航器，論述國外單體平臺(tái)、集群組網(wǎng)和裝備能力的發(fā)展情況，重點(diǎn)研究無人潛航器的無線通信技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)，為我國水下無人裝備發(fā)展提供借鑒和參考。

1 國外水下無人潛航器發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 水下無人潛航器單體平臺(tái)

無人潛航器的研制始于20世紀(jì)50年代，主要用于沉船打撈、水下電纜鋪設(shè)等民用領(lǐng)域。直到20世紀(jì)90年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)以及人工智能技術(shù)的發(fā)展，無人潛航器裝備逐漸成熟，世界軍事強(qiáng)國開始研究其在軍事領(lǐng)域的重要作用[5]。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著人工智能技術(shù)、導(dǎo)航與控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和能源技術(shù)的不斷發(fā)展，無人潛航器的智能性、續(xù)航力、作業(yè)能力均得到大幅提升。近年來，美國、俄羅斯和歐洲等國家和地區(qū)加強(qiáng)了無人潛航器系統(tǒng)的裝備研制和應(yīng)用部署等方面的研究，積極推動(dòng)水下無人自主和跨域協(xié)同作戰(zhàn)能力生成[6]。2018年3月，俄羅斯推出可攜帶核彈頭的核動(dòng)力無人潛航器“波塞冬”，搭載波塞冬的特種核潛艇于2020年進(jìn)入戰(zhàn)斗服役。2019年1月，美國海軍完成了刀魚無人潛航器與無人掃雷系統(tǒng)的艦載集成測(cè)試，8月美國海軍采購30艘[7]。2019年3月，美國海軍與波音公司簽訂合同，制造和測(cè)試5艘可執(zhí)行反水雷、反潛、反艦和電子戰(zhàn)等多種任務(wù)的超大型水下無人潛航器。2019年9月，通用動(dòng)力公司首次展示“Bluefin”-12無人潛航器，采用模塊化和智能化處理技術(shù)，可執(zhí)行多種水下偵察任務(wù)。2020年，美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)啟動(dòng)“蝠鲼”(Manta Ray)項(xiàng)目，旨在研制具備遠(yuǎn)距離、長航時(shí)、自主航行能力的無人潛航器，目前該項(xiàng)目已進(jìn)入全尺寸樣機(jī)測(cè)試和功能演示的第二階段。

目前，以美國為代表的歐美國家在水下無人潛航器的研究和應(yīng)用領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先水平，多型水下潛航器已廣泛應(yīng)用于軍用和民用領(lǐng)域。自2000年開始，美國相繼發(fā)布了多版《無人潛航器主計(jì)劃》和《無人系統(tǒng)發(fā)展路線圖》，作為頂層戰(zhàn)略規(guī)劃文件，為潛航器的發(fā)展確定了多層次、全方位、體系性的基本框架，指導(dǎo)美軍無人潛航器的技術(shù)發(fā)展和作戰(zhàn)應(yīng)用[8]。目前，美國比較有代表性的水下無人潛航器主要有General Dynamics公司的“Bluefin”系列，Teledyne Marine公司的“Osprey”、“SeaRaptor”，Lockheed Martin公司的“Marlin MK1”，Phoenix International Holdings公司的“Artemis”，Boeing公司的“Echo”系列，L3Harris OceanServer公司的“Iver”系列，Kongsberg公司的“REMUS”系列和“HUGIN”系列等，如圖1所示，具體數(shù)據(jù)如表1所示。通過搭載不同任務(wù)載荷，水下無人潛航器可以執(zhí)行海洋調(diào)查、情報(bào)/監(jiān)視與偵察(ISR)、反水雷、濱海水下作戰(zhàn)、特種戰(zhàn)部隊(duì)補(bǔ)給等多種任務(wù)。

圖1 美國典型的水下無人潛航器示意圖

表1 美國典型水下無人潛航器指標(biāo)

1.2 水下無人潛航器集群組網(wǎng)

經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，潛航器單體已具備較強(qiáng)的水下作業(yè)能力，但由于潛航器平臺(tái)搭載空間、續(xù)航、載荷能力等多種因素制約，潛航器單體執(zhí)行多樣化任務(wù)能力受限，難以適應(yīng)愈發(fā)復(fù)雜的信息化、網(wǎng)絡(luò)化、體系化對(duì)抗作戰(zhàn)要求。面臨戰(zhàn)場環(huán)境的高度對(duì)抗性、不確定性和動(dòng)態(tài)性，潛航器作戰(zhàn)樣式已逐步從單平臺(tái)作戰(zhàn)向多節(jié)點(diǎn)集群作戰(zhàn)方向發(fā)展。

(1)新罕布什爾大學(xué)潛航器協(xié)同項(xiàng)目

20世紀(jì)80年代，國外率先開展了水下無人集群系統(tǒng)的研究工作。1987年，美國新罕布什爾大學(xué)在DARPA海軍技術(shù)辦公室資助下，進(jìn)行了2臺(tái)潛航器協(xié)同編隊(duì)、協(xié)同搜索、協(xié)同區(qū)域掃描的驗(yàn)證性試驗(yàn)。

(2)協(xié)作自主的分布式偵察與探測(cè)系統(tǒng)(CADRE)

為實(shí)現(xiàn)美國海軍UUV總體規(guī)劃中提出的海底搜索和調(diào)查以及通信導(dǎo)航救援功能，Bluefin機(jī)器人技術(shù)公司聯(lián)合多家單位研發(fā)了協(xié)作自主的分布式偵察與探測(cè)系統(tǒng)(CADRE)。該系統(tǒng)水下部分由3種不同類型的潛航器組成，分別執(zhí)行導(dǎo)航、探測(cè)和識(shí)別水雷等任務(wù)，能夠自主執(zhí)行廣域反水雷偵察任務(wù)[9-10]。

(3)瀕海持續(xù)水下監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)(PLUSNet)

為加強(qiáng)對(duì)沿海區(qū)域的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)常規(guī)潛艇的探測(cè)與跟蹤，美國海軍研究辦公室(ONR)資助了瀕海持續(xù)水下監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)(PLUSNet)項(xiàng)目。該項(xiàng)目的水下機(jī)動(dòng)節(jié)點(diǎn)由多個(gè)水下無人潛航器和水下滑翔機(jī)組成，具備目標(biāo)探測(cè)和環(huán)境數(shù)據(jù)連續(xù)收集能力，通過多節(jié)點(diǎn)自主協(xié)同工作，可實(shí)現(xiàn)水下大范圍常態(tài)化監(jiān)視[11]。

(4)分布式敏捷反潛系統(tǒng)(DASH)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)水下潛艇的分布式網(wǎng)絡(luò)化預(yù)警探測(cè)，DARPA投資研發(fā)了分布式敏捷反潛系統(tǒng)(DASH)。系統(tǒng)的深海部分主要利用數(shù)十個(gè)水下無人潛航器組網(wǎng)，搭載聲納從下向上探測(cè)，有效提升探測(cè)精度，實(shí)現(xiàn)對(duì)敵方潛艇的大范圍跟蹤監(jiān)視。

(5)自主海洋取樣網(wǎng)絡(luò)(AOSNⅡ)

在水下無人集群的海洋應(yīng)用方面，自主海洋取樣網(wǎng)絡(luò)(AOSNⅡ)項(xiàng)目具有較強(qiáng)代表性，由水面浮標(biāo)和數(shù)艘水下無人潛航器組成的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)長時(shí)間、大規(guī)模部署，在海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮了重要作用。

(6)歐盟水下無人集群相關(guān)進(jìn)展

除美國以外，歐盟也大力支持水下無人集群技術(shù)研究。GREX[7]項(xiàng)目主要研究水中無人集群指揮控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)，異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)信息交互，水中多節(jié)點(diǎn)在復(fù)雜環(huán)境下的協(xié)調(diào)控制等，2009年11月在葡萄牙海域開展了水上、水下4節(jié)點(diǎn)的協(xié)同路徑跟蹤和編隊(duì)航行等試驗(yàn)。2009年，歐盟第七科技框架計(jì)劃(FP7)資助了自主水下潛航器協(xié)同感知控制(CO3AUVs)[9]項(xiàng)目，該項(xiàng)目主要研究多UUV系統(tǒng)仿真環(huán)境開發(fā)、受約束的水下協(xié)同通信、地磁導(dǎo)航技術(shù)、協(xié)同行為設(shè)計(jì)等。2014年，歐盟的潛航器集群研究開始走向應(yīng)用，大動(dòng)態(tài)水聲移動(dòng)組網(wǎng)技術(shù)(WiMUST)研究多個(gè)水下無人潛航器動(dòng)態(tài)組網(wǎng)問題，利用水下無人潛航器拖曳小型水聽器陣，靠底接收地層反射聲波信息，有效降低海洋環(huán)境噪聲和陣元位置姿態(tài)影響，提升地震勘探精度和作業(yè)效率。

近年來，國外注重研究水下微小無人集群相關(guān)技術(shù)[12]。2015年9月，歐盟資助的CoCoRo[13]項(xiàng)目進(jìn)行了水下41個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的集群試驗(yàn)，以驗(yàn)證機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)是否具備群體認(rèn)知能力。2017年1月，美國加州大學(xué)進(jìn)行了16個(gè)微小水下探索者[14]組成的水下試驗(yàn)，這些微小機(jī)器人可模仿海洋浮游生物的行為，在三維空間內(nèi)采集海洋環(huán)境信息。2018年，美國Aquabotix公司開發(fā)的 Swarm Diver[15]水下微小無人機(jī)投入市場，能以40個(gè)以上個(gè)體的集群模式工作，除了用于海洋環(huán)境監(jiān)控、3D數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)收集等民用領(lǐng)域外，還成功應(yīng)用于協(xié)助美國海軍搜尋定位水底“未爆炸軍械”。

1.3 水下無人潛航器裝備能力

隨著單體平臺(tái)和集群組網(wǎng)能力的不斷提升，水下無人潛航器的作戰(zhàn)應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，逐步形成了多種任務(wù)能力，典型應(yīng)用主要包括情報(bào)、監(jiān)視與偵察、反水雷、反潛、海洋調(diào)查等。

(1)情報(bào)、監(jiān)視與偵察

無人潛航器水面/水下機(jī)動(dòng)航行的特性，使其具備持續(xù)收集水聲信號(hào)、電磁信號(hào)、光電圖像、水文信息等情報(bào)數(shù)據(jù)的能力，可應(yīng)用于爆炸物及生化武器的搜索定位、近岸及港口隱蔽監(jiān)視、水下探測(cè)系統(tǒng)探測(cè)與定位等多種任務(wù)場景，擴(kuò)展現(xiàn)有水下預(yù)警探測(cè)能力，提升水下戰(zhàn)場態(tài)勢(shì)感知能力。

(2)反水雷

無人潛航器體積小、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的特性能夠?qū)⑺媾灤姆此啄芰ρ由斓綌辰稖\水、水面封鎖等受禁區(qū)域，通過搭載多種傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)水雷的自主探測(cè)、識(shí)別與定位，綜合多源情報(bào)信息后完成水雷清除，在保障人員安全的前提下，有效提高反水雷效率，降低水面艦艇編隊(duì)通航風(fēng)險(xiǎn)。

(3)反潛

水下無人潛航器執(zhí)行機(jī)動(dòng)反潛任務(wù)，主要目的有兩個(gè)，一是從源頭要道對(duì)潛艇進(jìn)行監(jiān)視、跟蹤；二是在水面艦艇編隊(duì)作業(yè)區(qū)域和前進(jìn)航路進(jìn)行巡邏反潛，清除敵潛艇威脅。水下無人潛航器布放靈活，通過多個(gè)潛航器集群組網(wǎng)，可快速構(gòu)建水下反潛柵欄，實(shí)現(xiàn)區(qū)域范圍內(nèi)對(duì)潛艇的探測(cè)、識(shí)別與跟蹤。

(4)海洋調(diào)查

水下無人潛航器集群具備數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，通過搭載不同的水文環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備，可對(duì)指定海域進(jìn)行連續(xù)、多輪次、全覆蓋式監(jiān)測(cè)，并能將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)快速回傳至數(shù)據(jù)中心進(jìn)行處理、分析，快速完成戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)收集，建立戰(zhàn)場數(shù)據(jù)庫，近實(shí)時(shí)支撐作戰(zhàn)部署與戰(zhàn)術(shù)調(diào)整。

2 無人潛航器無線通信技術(shù)研究分析

在未來新型海戰(zhàn)中，制信息權(quán)的爭奪將尤為激烈。水下無人潛航器作為重要的水下無人作戰(zhàn)單元，執(zhí)行的任務(wù)愈發(fā)復(fù)雜，要求潛航器與有人平臺(tái)、其他無人平臺(tái)、集群節(jié)點(diǎn)之間具備高效、可靠的通信手段，實(shí)現(xiàn)信息與態(tài)勢(shì)共享，保障無人潛航器順利完成作戰(zhàn)任務(wù)。通過分析國外主流水下無人潛航器通信方式，結(jié)合研究工作實(shí)踐，潛航器現(xiàn)有通信技術(shù)總結(jié)如下。

2.1 水面通信技術(shù)

綜合國外水下無人潛航器產(chǎn)品介紹和相關(guān)文獻(xiàn)資料，不同型號(hào)的無人潛航器基本集成2～3種水面通信模塊，少數(shù)型號(hào)具備4種水面無線通信手段，保障潛航器與母艇、岸基指揮所/數(shù)據(jù)中心的通信連通。

(1)衛(wèi)星通信

衛(wèi)星通信技術(shù)被廣泛應(yīng)用于水下無人潛航器平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、超視距通信，大多數(shù)潛航器平臺(tái)均集成了衛(wèi)星通信模塊。當(dāng)潛航器赴較遠(yuǎn)海域執(zhí)行情報(bào)搜集或偵察監(jiān)視任務(wù)時(shí)，衛(wèi)星通信是數(shù)據(jù)回傳和接收指令的可靠方式。此外，衛(wèi)星通信僅在潛航器上浮至水面時(shí)短時(shí)間使用，被探測(cè)、定位的概率較小，有利于保障潛航器的隱蔽性和安全性。

目前，國外水下無人潛航器集成的衛(wèi)通模塊主要包括銥星和海事衛(wèi)星，以銥星通信模塊為主。銥星系統(tǒng)作為一種低軌星座，工作在L/Ka頻段，可為潛航器提供全球通信連接，通信速率相對(duì)較低，根據(jù)潛航器平臺(tái)尺寸選用不同模塊，速率從幾至幾十千比特率不等。海事衛(wèi)星系統(tǒng)作為一種高軌同步星座，工作在L頻段，可為潛航器提供幾千比特率的通信帶寬，并且具備運(yùn)動(dòng)中連續(xù)通信能力。考慮到無人潛航器的搭載能力和波浪起伏的水面環(huán)境，衛(wèi)星通信模塊通常采用小型化、低功耗、全向衛(wèi)星天線，保障潛航器進(jìn)行衛(wèi)星通信時(shí)的可靠性、連續(xù)性。

(2)無線電通信

衛(wèi)星通信雖能解決無人潛航器遠(yuǎn)距離通信問題，但受限于通信帶寬，不適于傳輸視頻圖像和數(shù)據(jù)量較大的情報(bào)資料，因此，無人潛航器大多集成超短波、數(shù)傳電臺(tái)等視距通信模塊，滿足高速率數(shù)據(jù)傳輸需求。超短波、數(shù)傳電臺(tái)通信模塊根據(jù)發(fā)射功率、載波頻段、天線形式和海況的不同，潛航器對(duì)母艇通信距離一般為數(shù)公里至數(shù)十公里。

水下無人潛航器工作時(shí)，通常以水面艦艇或潛艇為母艇，到達(dá)任務(wù)海域時(shí)，母艇釋放無人潛航器入水，按照規(guī)劃航跡執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)。當(dāng)任務(wù)完成或有基于事件觸發(fā)的通信需求(如故障告警)時(shí)，潛航器可上浮至水面，通過無線電與母艇進(jìn)行視距范圍通信，快速回傳情報(bào)、故障信息，接收母艇新的作戰(zhàn)指令。

此外，部分大型水下無人潛航器上還安裝了低頻(頻率低于300 kHz)接收機(jī)[16]，用于單向接收簡短的指控信息和激活信息等。

(3)WIFI通信

作為當(dāng)今使用最廣的一種無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，WIFI具有信號(hào)強(qiáng)、傳輸速率快、安全性較強(qiáng)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于水下無人潛航器平臺(tái)上。潛航器執(zhí)行任務(wù)前，通過WIFI網(wǎng)絡(luò)快速加載任務(wù)類型、任務(wù)區(qū)域范圍、規(guī)劃路徑等任務(wù)數(shù)據(jù)，潛航器回收后，可通過WIFI網(wǎng)絡(luò)卸載搜集的情報(bào)數(shù)據(jù)，對(duì)平臺(tái)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)試等，減少有線通信插拔次數(shù)，輔助提升無人潛航器甲板作業(yè)效率。

(4)數(shù)據(jù)鏈通信

目前加裝數(shù)據(jù)鏈通信模塊的水下無人潛航器數(shù)量較少，Kongsberg公司的“HUGIN”系列大型水下無人潛航器加裝了Link終端，在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，能夠快速、準(zhǔn)確地傳輸水下環(huán)境信息和目標(biāo)信息。通過數(shù)據(jù)鏈，水下無人潛航器可以與其他作戰(zhàn)單元進(jìn)行安全、快速的信息交互，提升聯(lián)合作戰(zhàn)能力。

2.2 水下通信技術(shù)

絕大多數(shù)水下無人潛航器都集成了水聲通信機(jī)，用于水下工作時(shí)將探測(cè)信息回傳母艇和實(shí)時(shí)接收母艇的指控命令。受限于水聲信道的復(fù)雜性和水聲調(diào)制解調(diào)器的功率和尺寸，當(dāng)前水下無人潛航器能夠進(jìn)行水聲通信的有效距離較短。對(duì)于小型潛航器而言，水聲通信距離為幾百米至幾公里，通信速率為幾千比特率，可以傳輸壓縮過的視頻圖像和傳感器數(shù)據(jù)，初步滿足水聲通信需求。

水聲通信技術(shù)的另一重要應(yīng)用為水下無人潛航器集群組網(wǎng)。開展多潛航器水下編隊(duì)研究與應(yīng)用，需解決潛航器節(jié)點(diǎn)間的通信問題，水聲通信是當(dāng)前首選的通信手段。無人潛航器通過水聲通信交換位置、航向、航速等信息，在隊(duì)形控制算法的動(dòng)態(tài)調(diào)整下，完成隊(duì)形變換與保持、巡線航行、避障等協(xié)同動(dòng)作，在次基礎(chǔ)上執(zhí)行集群化作戰(zhàn)任務(wù)。

2.3 新質(zhì)通信技術(shù)

近年來，藍(lán)綠光通信技術(shù)的發(fā)展給無人潛航器水下近距離高速通信提供了一種新手段。藍(lán)綠光的波長位于水的透射窗口，水對(duì)藍(lán)綠光的吸收系數(shù)小，使得藍(lán)綠光通信可在水下傳輸相對(duì)較遠(yuǎn)的距離[17]，且傳輸速率高、保密性強(qiáng)、能耗低。當(dāng)前，在深海環(huán)境中，光通信試驗(yàn)速率可達(dá)數(shù)百兆比特每秒。

水下光通信的特性較為匹配水下無人潛航器搭載空間小、能源有限的平臺(tái)特性，成熟應(yīng)用后將顯著提升潛航器與其他平臺(tái)的通信能力，進(jìn)一步釋放潛航器單體與集群的智能化作業(yè)能力，為實(shí)現(xiàn)這一目的，還需要研究解決基于無人潛航器平臺(tái)的收發(fā)端動(dòng)態(tài)對(duì)準(zhǔn)和海水中雜質(zhì)對(duì)通信效果的影響。

3 無人潛航器通信手段發(fā)展趨勢(shì)分析

(1)聲、光、電磁多手段互補(bǔ)，提升通信可靠性

無人潛航器具備水面、水下機(jī)動(dòng)航行和作業(yè)能力，是未來海上作戰(zhàn)體系重要的無人化作戰(zhàn)裝備。隨著“分布式作戰(zhàn)”、“機(jī)器人部隊(duì)”、“智能化戰(zhàn)爭”等新型作戰(zhàn)概念的發(fā)展與實(shí)施，無人潛航器在未來戰(zhàn)場上將發(fā)揮更為重要的作用。在聯(lián)合作戰(zhàn)行動(dòng)中，無人潛航器需與天基、岸基、空中、水面、水下的多型有人/無人平臺(tái)協(xié)同執(zhí)行預(yù)警探測(cè)、態(tài)勢(shì)共享、火力打擊等多種作戰(zhàn)任務(wù)，需要頻繁的與其他作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)建立通信連接，這就要求潛航器平臺(tái)在綜合考慮體積、功耗、布局等因素的前提下，集成水聲、光學(xué)、電磁等多種通信手段，同時(shí)具備空中和水下無線接入能力，實(shí)現(xiàn)與其他作戰(zhàn)平臺(tái)/系統(tǒng)的高效信息通聯(lián)。此外，潛航器集成水聲、衛(wèi)通、超短波等多種通信手段，使得平臺(tái)能夠根據(jù)通信業(yè)務(wù)需求自主選擇適配的通信手段，提高自主通信效率?？紤]到未來海上作戰(zhàn)復(fù)雜電子對(duì)抗環(huán)境，潛航器具備多種通信手段可有效提升保底通信能力，在一種或幾種通信方式被干擾壓制的條件下，仍能與其他作戰(zhàn)單元進(jìn)行信息交互，提升通信可靠性。

(2)加強(qiáng)高速率數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)研究

可靠的通信連接是無人潛航器執(zhí)行聯(lián)合作戰(zhàn)任務(wù)的基礎(chǔ)，高速率數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)是釋放潛航器自主作戰(zhàn)能力的關(guān)鍵。隨著無人潛航器任務(wù)復(fù)雜度不斷提高，需要的數(shù)據(jù)和情報(bào)信息就越多，除了平臺(tái)自帶傳感器的數(shù)據(jù)外，需要高速率通信技術(shù)及時(shí)提供指揮中心的情報(bào)信息和其他平臺(tái)的傳感器數(shù)據(jù)，支撐潛航器快速、準(zhǔn)確完成自主決策。當(dāng)前潛航器平臺(tái)搭載的衛(wèi)通、超短波等無線通信模塊存在通信速率低、惡劣海況下連接穩(wěn)定性差等問題，未來針對(duì)無線通信手段的研究，應(yīng)充分考慮潛航器的應(yīng)用場景，重點(diǎn)發(fā)展高速率無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，增強(qiáng)潛航器的空域數(shù)據(jù)/情報(bào)接收能力。在水下通信方面，除了持續(xù)攻關(guān)水聲通信、藍(lán)綠光通信技術(shù)外，需要重點(diǎn)發(fā)展空海跨介質(zhì)一體化高速通信技術(shù)，創(chuàng)新性研究中微子通信、引力波通信和量子通信等新興通信技術(shù)應(yīng)用于水下通信的技術(shù)路徑，探索將多種通信手段組合，構(gòu)建局部通信網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)無人潛航器的數(shù)據(jù)/情報(bào)獲取能力。

(3)通信模塊向著小型化、低功耗、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展

相較于有人平臺(tái)，水下無人潛航器裝備體積小、重量輕，導(dǎo)致搭載能力有限，無法集成大型通信載荷。除此之外，現(xiàn)有潛航器大多采用電池供電，考慮到整體重量和動(dòng)力系統(tǒng)推力限制，潛航器搭載的電池?cái)?shù)量有限，各任務(wù)系統(tǒng)需在能源受限的情況下共用平臺(tái)電力，這就要求各任務(wù)系統(tǒng)嚴(yán)格控制模塊功耗?；谠桨l(fā)復(fù)雜的能力要求和通信保障需求，潛航器通常需配置聲學(xué)、光學(xué)和無線電等多種通信模塊，鑒于平臺(tái)體積和能源保障制約，潛航器平臺(tái)上的通信模塊在設(shè)計(jì)制造時(shí)要注重尺寸和功耗控制，通過元器件高度集成和不同通信載荷工作模式的優(yōu)化，確保滿足性能要求的條件下，縮減模塊體積和功耗，增加可執(zhí)行任務(wù)時(shí)間。此外，現(xiàn)有無人潛航器平臺(tái)種類較多，外形和尺寸差異較大，搭載的通信載荷在物理參數(shù)和技術(shù)體制方面不盡相同，不同平臺(tái)的通信載荷共用性較差。未來，隨著潛航器應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，潛航器數(shù)量將持續(xù)增多，管理維護(hù)的難度加大，各任務(wù)系統(tǒng)將根據(jù)不同平臺(tái)規(guī)格逐漸實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，通信載荷也將向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、通用化發(fā)展，增強(qiáng)通信載荷的適裝性和可維護(hù)性。

4 結(jié) 語

水下無人潛航器是未來海戰(zhàn)的重要作戰(zhàn)裝備，世界海洋軍事強(qiáng)國相繼出臺(tái)了相關(guān)的戰(zhàn)略規(guī)劃文件，指導(dǎo)水下無人平臺(tái)的技術(shù)發(fā)展和作戰(zhàn)應(yīng)用。我國應(yīng)重視無人潛航器的軍事應(yīng)用研究，加強(qiáng)頂層謀劃，成體系布局潛航器型號(hào)裝備，搶占水下無人作戰(zhàn)的制高點(diǎn)。鑒于無人裝備的智能化水平和聯(lián)合作戰(zhàn)的需求，潛航器的通信能力對(duì)其遂行多樣化作戰(zhàn)任務(wù)具有重要影響，應(yīng)充分借鑒國外先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)基于水下無人平臺(tái)的通信載荷研究，推動(dòng)無人化作戰(zhàn)裝備融入未來海上聯(lián)合作戰(zhàn)體系。