国内外无人艇发展现状及典型作战应用研究论文

国内外无人艇发展现状及典型作战应用研究^*

王石¹，张建强¹，杨舒卉¹，张博伦²

（1.海军工程大学，武汉 430000；2.中国船舶重工集团公司第七一一研究所，上海 200000）

摘要： USV具有体积小、成本低、高速智能、雷达反射面积小、无人员伤亡等优势，并且部署机动，被公认为是一种作战用途广泛的新型武装力量，越来越受到各国海军的重视。无人艇平台、母舰指挥系统、布放与回收装置、测控与信息传输系统以及搭载的任务载荷设备统称为无人艇系统。通过对无人艇的特点、使命任务、典型作战应用以及国内外军用USV的发展现状进行综合研究分析，并提出了我国无人艇系统的发展建议。

关键词：无人水面艇，军用，发展现状，作战应用

0 引言

无人水面艇（USV，Unmanned Surface Vehicle）作为一种小型水面智能任务平台，涉及船舶设计、运动控制、数据融合、人工智能等多个专业领域，研究内容包括任务规划与导航定位、自主航行、智能避障、模式识别等众多方面^［1］。根据智能程度的不同可将USV分为3类：1）遥控型USV；2）按照预设程序航行并完成任务的半自主型USV；3）具有自主任务规划、自主航行功能，并可通过搭载的不同传感器及设备自主完成环境感知、目标探测等任务的全自主型 USV^［2］。

USV具有体积小、成本低、高速智能、雷达反射面积小、无人员伤亡等优势。在军用领域能够实现机动部署、灵活作战，其通过搭载不同的任务模块可完成情报收集、监视侦察、目标打击、扫雷、反潜、毁伤评估等多种任务^［3］。USV可从港口出航，按照预定计划，履行使命；也可以随舰携带出航，在不适宜派遣军舰或危险的区域独立自主完成任务，极大地拓展了海上的作战范围，已成为己方战斗力的“倍增器”，受到各国海军的重视。在民用领域，可用于水文地理勘测、搜寻救助、中继通信等，并且无人水面艇是整合低空无人机和水下机器人跨网络的关键节点，具有广泛的应用前景^［4-5］。

1 国外无人艇发展现状

目前多个国家对USV相关技术和应用开展了系统的研究，美国和以色列技术最为雄厚^［6-11］。

1.1 美国

美国是世界上最早开展USV及其相关技术研究的国家之一，并于2007年提出了《美国海军USV主计划》。近年来，美国先后推出了“Sea Owl”、“Spartan Scout”、“Ghost Guard”等数十种 USV 型号（详见下页表1），部分型号已服役部队，满足不同的作战需求，增强海战灵活性，减少人员伤亡。此外，美国防部《无人系统2013～2038年路线图》将USV列为重点发展对象，并提出了美国海军USV使用方案及支持战略。

5.学校教育过程存在问题。部分学校的酒店专业课程安排不合理，过于注重学生的专业技能培养，忽视了学生的职业道德和心理适应能力的培养，导致顶岗实习期间，实习生无法顺利处理工作中的问题，为酒店带来损失的同时又打击了学生的积极性，不利于学生的就业。

情报收集是完成任务的前提，也是战场上己方最重要的力量倍增器，利用USV隐身性好的特点潜入敌战区，布放监听设备开展战术情报收集工作，实现对特定海域的持续监视。另外，舰艇编队航行到达危险海域时，可控制多个无人艇在一定距离和方位伴随有人舰艇编队航行，扩大防御纵深，增加防御层次，延长对来袭武器的预警时间，最大限度地保护我方有生力量。

1.2 以色列

以色列拥有雄厚的USV研制技术，在USV领域与美国难分上下，其研制的USV处于世界领先水平，目前已推出多种型号的USV，具体见表2所示。

无人水面艇属于“无人作战系统”的重要组成部分。在制定我国无人水面艇研发指导思想时，必须深刻理解“海军无人作战系统”的内涵和特点，结合我国国情和实际海洋形势，本文对我国无人水面艇发展给出如下几点建议：

1.3 其他国家

除美国和以色列外，世界其他国家也积极致力于USV相关问题的研究，取得了大量研究成果^［12-17］。法国Sirehna公司于 2007年成功研制“Rodeur”号USV，长9.2 m，主要执行海洋环境监测、侦察监视、反潜、猎雷等任务。2013年英国ASV公司成功研制“C-Enduro”号USV，用来执行凯尔特海域的海洋动物科研任务。艇体采用碳纤维材质，仅重350 kg，且具有自倾覆能力。该艇集成太阳能帆板、轻柴油和风力发电机3种动力系统，能够以7 kn的航速在海上连续3个月不间断地执行任务。2014年5月，日本EMP公司对外宣布研制成功“Aquarius”号USV。该艇长5 m，翼展最大为8 m，艇体为轻质铝合金材料，采用太阳能-电能混合动力，巡航速度6 kn，主要用于执行港口巡逻警戒、海洋地理探测、舰船数据采集等任务。意大利CNR-ISSIA机构研发的“Charlie”号无人双体船，主要用于海洋微表层取样、气候监测和鱼雷探测功能。该船配备高效的太阳能电池板，由无刷直流电机驱动，可持续工作20天以上。

2015年，由七○一所设计的“海翼1号”完成阶段性试验。该USV配备有雷达、北斗、超短波通信及光电系统，具有自主航行、远程基站操控、人工驾驶3 种控制功能^［21-23］。

海军工程大学舰艇指挥与控制系长期致力于智能UUV和USV运动控制系统和体系结构的研究，并于2016年11月对其最新研制成功的“Sturgeon”号USV开展了首次湖试，该艇采用喷水推进，最大航速大于40 kn，采用模块化设计思想，艇上搭载先进的导航、光电系统及各种探测设备等，并配备有卫星、超短波等多种通信方式和可拆卸的任务模块，配合先进的USV智能控制算法，可实现路径规划、区域控制、自主巡航、伴随航行、智能避碰等多种工作模式。

《普通高中生物学课程标准（2017版）》（以下简称新课标）的基本理念是：以“生命观念、科学思维、科学探究和社会责任”学科核心素养为宗旨，内容聚焦大概念，教学过程重实践，关注学生主动参与，关注学生实践，动手结合动脑。教师围绕着生物学大概念来组织并开展教学活动，通过设置合理的教学情境，基于学生动手活动或对资料的分析及探究，将有助于学生对知识的深入理解和迁移应用，有利于促进学生对生物学概念的建立、和应用理解。

图1 美国典型的USVs

图2 以色列的典型USVs

图3 近年来其他国家典型的USVs

2 国内无人水面艇发展现状

目前我国USV相关技术的研究尚处于起步阶段，多项关键技术较为薄弱，并且无人艇应用主要集中在民用领域，与美国、以色列等USV技术雄厚的国家相比还存在很大差距。典型的有以下几种：

表1 美国典型的USV

表2 以色列典型的USV

2.1 “天象一号”

由于USV具有较好的隐身性，携带不同功能载荷的USV，可以在危险海域执行ISR任务包括电子干扰、通信中继、欺骗等。

2.2 “精海”系列

上海大学于2013年和2014年研制成功“精海1号”和“精海2号”USV。2013年“精海1号”跟随“海巡166号”，顺利完成南沙诸岛礁和西沙的水文情况的测量和海底地貌地形探测工作，为今后在南海岛礁建立航海保障基地打下了坚实的基础。2014年，“精海2号”随“雪龙”号遂行南极科考任务，发现了一处适合“雪龙”号抛锚的新锚地，并探明了附近12 km²水域的水下地貌，绘制了大比例尺海图，为人类和平利用南极做出贡献^［20］。

作为一个工程设计人员，绝大多数的工作时间都是在和图纸与规范打交道，在和同事的沟通中也是以交流技术问题为主。而对于技术问题，绝大多数都是有一个绝对正确的答案的。在沟通中，决定说服与被说服的，其实很简单，就是看你掌握的相关知识是否丰富。加之自己比较内向的性格，可想而知，我的沟通能力是比较差的，单纯的动之以情、晓之以理的技巧性说服，在平时的工作和生活中并不多。

2016年亚洲防务展会上，保利集团与哈尔滨工程大学联合推出一款高速USV，艇长为13 m，宽4 m，吃水0.6 m，最高航速80 kn，配备高清摄像头和数据链系统，主要用于执行水面监视和港口巡逻等任务。

这里使用DDR2存放算法的激励,具体内存条型号是MT4HTF3264HY。采用Xilinx的IP核MIG产生DDR2控制器,DDR2控制器经分层处理,可以简化设计并使其模块化[13]。

图4 国内典型的USVs

3 无人水面艇的典型作战应用

3.1 情报侦察与监视

藻类老化快、易死亡：藻类生命周期缩短跟气压低、光照弱、水温低、东北风、溶氧低或使用刺激性较强的药物等密切相关。冬棚养殖可采取少量多次不定期的补肥，水质良好，少放肥，多放菌；水质清瘦，多放肥，补少量菌，使用时配合降解效果更好。

3.2 反水雷战

猎扫雷舰是目前单位吨位最贵的舰艇，并且部队的装备量较少，在执行大面积水域扫雷任务时单独依靠猎扫雷舰不仅耗时长而且成本高。研制可携带式扫雷USV，由猎扫雷舰或其他舰艇释放，可通过自主或遥控方式在指定海域与扫雷舰联合作业，提高扫雷效率且成本较低。

3.3 反潜战

搭载有反潜设备的USV可由舰艇或舰队携带，到达威胁海域释放，在舰艇或舰队周围形成向外延伸的移动反潜警戒网，提高己方舰艇的反潜作战能力。

3.4 信息战

2008年曾在青岛奥帆赛期间提供气象保障服务的“天象一号”是由新光集团研制成功的我国首艘海上气象探测USV，艇长6.5 m，艇体采用碳纤维材料，搭载自动驾驶、卫星导航、雷达搜索、图像处理和传输等系统，可在海面连续作业20 天^［18-19］。

3.5 其他

USV还可以完成海上封锁/拦阻、可疑目标打击、特种作战、后勤支援与补给、战场评估、取证等任务，并且多艘搭载相同或不同任务载荷的USV协同可在复杂多变的战场环境下，发挥最大的作战效能。

4 我国无人水面艇发展建议

2.3.3 重复性试验精密称取药材样品（编号：S19）适量，共6份，按“2.2.2”项下方法制备供试品溶液，再按“2.1”项下试验条件进样测定，以丹皮酚峰的保留时间和峰面积为参照，记录各共有峰的相对保留时间和相对峰面积。结果，29个共有峰相对保留时间的RSD为0～0.62%（n＝6），相对峰面积的RSD为1.47%～4.97%（n＝6），表明本方法重复性良好。

1）加强总体设计，强调无人艇与海上信息系统的集成。无人艇指挥控制系统不仅要考虑无人艇与控制基站之间的关系，更要强调与海战场信息系统的综合集成，通过海战场的统一的信息标准，使用统一的通信、指挥和控制体系，使无人艇与其他武器装备连接成一个无缝的有机整体，充分发挥各自的优势，形成远远高出单个系统的合力。

2）建立统一的相关标准体系，促使无人艇向着模块化和标准化的方向发展。目前国内无人艇发展十分迅速，取得了可喜的成果但是并未有统一的标准和行业规范。随着国内无人艇各项关键技术的突破和发展，应迅速完善我国无人艇体系架构等共性标准，促进无人艇的通用性和模块化发展，为无人艇系统的设计、研制等提供依据。

3）攻克关键技术，不仅要不断增强其自主控制能力，提高智能化水平，而且还要考虑其隐身性能，研究具有吸波、透波性能的特殊材料和特殊外型，使无人艇具备“高智能”、“强隐身”特性，在增强其自主能力的同时，提高战场生存能力。

在电池组件中，隔膜一般是聚乙烯、聚丙烯等高聚物，分子结构中存在大量的碳氢键，同时电池中的电解液是有机溶剂，也属于可燃物，因此锂离子电池在热失控后主要是隔膜和电解液在发生燃烧反应，产生大量的烟气。

4）既要发展水面舰艇与潜艇携带的小型、多用途无人水面艇，又要研制能够独立出航，具备长航时、独立作战能力的大型无人水面艇。

5）无人艇技术的发展应充分体现军民融合的方针。

5 结论

随着各国对海洋权益要求日益强烈，归属权存在争议的海域和岛屿摩擦与冲突不断升级，面对日益紧张的国际形势和复杂多变的海洋环境，具有成本低、高速智能、部署机动、隐身性好、无人员伤亡等优势USV作战平台受到广泛关注。在未来战场上，我海军将面临情报侦察、扫雷、反潜、信息战等多种作战使命，而USV可以高效、零人员伤亡地完成以上任务。因此，开展USV及其相关技术的研究，研制智能高速、隐身性好、适应性强的先进USV，并尽早装备我海军，对提高我军海战能力和维护海上权益具有重要意义。

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Research on Development Status and Combat Applications of USVs in Worldwide

WANG Shi¹，ZHANG Jian-qiang¹，YANG Shu-hui¹，ZHANG Bo-lun²
（1.Naval University of Engineering，Wuhan 430000，China；2.711 Institute of China Shipbuilding Industry Group，Shanghai 200000，China）

Abstract： USV has the advantages of small size，low cost，high speed intelligence，low radar reflectance area，no casualties，and the deployment of maneuvering，which is recognized as a new type of armed force with wide range of combat and more and more attention by national navy.Unmanned craft platform，the carrier command system，the laying and recycling device，the control and information transmission system and the task load equipment collectively referred to as the USV system.This paper analyzes the characteristics of USVs，mission tasks，typical combat applications and the development of military USVs at home and abroad，and puts forward the suggestions for the development of USVs in China.

Key words： unmanned surface vehicle（USV），military uses，development status，combat applications

中图分类号： TJ83；TP242

文献标识码： A

DOI： 10.3969/j.issn.1002-0640.2019.02.003

引用格式：王石，张建强，杨舒卉，等.国内外无人艇发展现状及典型作战应用研究［J］.火力与指挥控制，2019，44（2）：11-15.

文章编号： 1002-0640（2019）02-0011-05

收稿日期： 2018-03-05

修回日期： 2018-04-21

*基金项目：军队“十三五”装备预研基金资助项目

作者简介：王石（1979- ），男，黑龙江延寿人，讲师。研究方向：无人艇控制算法，通信与人工智能。

Citation format： WANG S，ZHANG J Q，YANG S H，et al.research on development status and combat applications of USVs in worldwide［J］.Fire Control&Command Control，2019，44（2）：11-15.

标签：无人水面艇论文; 军用论文; 发展现状论文; 作战应用论文; 海军工程大学论文; 中国船舶重工集团公司第七一一研究所论文;