基于水下信息系统的水中兵器作战使用方法研究

董春鹏

（中国船舶重工集团公司 第705研究所， 陕西 西安， 710077）

基于水下信息系统的水中兵器作战使用方法研究

董春鹏

（中国船舶重工集团公司 第705研究所， 陕西 西安， 710077）

当前水下战正向着以网络为中心的信息化方向发展。水中兵器与水下信息系统融合所形成的水下信息化作战体系， 可以实现战场信息的共享和快速反应， 提高协同作战效能。基于此， 文中针对水中兵器的特点， 介绍了国外水下信息化作战体系的发展状况， 分别构想了基于独立式水下信息系统和基于嵌入式水下信息系统的水中兵器若干作战使用方法， 指出基于水下信息系统的水中兵器具有作战模式丰富、制海范围宽广、作战反应迅速，以及保障作战平台安全等优点。文中的研究可为开展相关装备研制， 构建日益完备的水下信息化作战体系提供参考。

水中兵器； 水下信息化作战体系； 作战效能

0 引言

当前水下战正朝着以网络为中心的信息化方向发展， 其目标是突破以平台为中心的作战模式， 力求将水中兵器与水下信息系统连接融合， 实现战场信息的共享和快速反应，从而提高协同作战能力。

水下信息系统即水下情报、监视与侦察系统，是以网络为中心的水下战情报获取、处理与保障系统。水中兵器与该系统融合可形成水下信息化作战体系。文中针对水中兵器的特点， 通过对国外水下信息化作战体系发展状况分析， 提出基于独立式和嵌入式信息系统的水中兵器作战使用初步设想。

1 国外水下信息化作战体系

水下信息化作战体系发展的推动力始终是水下战场信息化、水下作战平台信息化、水下武器系统信息化， 以及将三者集成起来的通信网络等技术与装备的持续进步［1］。

1.1 水下战场信息化

冷战时期， 美国和前苏联海洋战主要争夺的区域在大洋深处， 前苏联为获取大洋深海控制权， 研制了大潜深、核动力攻击型潜艇； 美国为应对威胁，则从1954 年开始分阶段在大西洋建立了挪威海、格陵兰至英国、美国东海岸等3道固定式水下监视系 统 （sound surveillance underwater system，SOSUS）［2］， 同时在太平洋建立了第一岛链、阿留申至夏威夷群岛、美国西海岸等3道固定式水下监视系统。为弥补固定式水下警戒系统的不足， 美国海军又研制了由海洋监视船拖曳的拖线阵监视系统（surveillance towed array sensor system， SURTASS）［3］，扩大对远海水域潜艇活动的监测范围， 并作为固定式水下警戒系统失效时的紧急备用系统， 逐渐形成综合水下监视系统（integrated undersea surveillance system， IUSS）［4］， 基本实现对前苏联海军潜艇活动的全天候监控。

上世纪90年代， 苏联解体， 冷战结束， 适于深水作战的美国海军装备能力受到严重挑战。为了探测、定位在浅水近岸环境中的安静型潜艇，美国开发了一种可迅速展开的、大面积短期使用的先进可部署系统（advanced deployable system，ADS）［5］。ADS于1992年立项研制， 1994年成功完成侦测、跟踪柴电潜艇的试验， 系统采用光纤通信技术， 轻便可靠， 可在冲突地区快速布放。

为适应美海军作战重点由深海转向浅海的战略变化， 美国海军研究局和空间及海战系统司令部联合研发了可部署分布式自主系统（deployable autonomous distributed system， DADS）［6］。DADS是基于远程调制解调技术的水下传感器栅格， 主要应用于濒海反潜， 是一种机动灵活、价格低廉、可快速布设的水下监视系统， 通常随海上作战编队协同行动， 使编队有能力在对方国家的沿海布设水下信息探测系统， 侦测和跟踪低噪声潜艇，同时也可用于探测水面目标。

从上世纪90年代开始， 美国海军又组织研发了目前规模最大的实用水声网络“海网”（Seaweb）［7］。Seaweb主要是1个由未来分布式自动传感器组成的固定节点的海底广域网络构成。移动的无人水下航行器（unmanned underwater vehicle， UUV）和潜艇在这个固定的海底广域网络栅格周围游弋并执行作战任务， 并通过这些固定的节点来获取导航信息和进行水下通信。

1.2 水下作战平台信息化

为提高平台信息化水平， 特别是提高水下潜艇的通信能力， 以求使潜艇作为机动节点进入海空天综合信息系统， 德、美等西方国家研制并装备了巡航状态下潜艇通信系统（communication at speed and depth， CSD）［8］。据报道， 美国雷声公司与海军基于CSD技术， 采用网关浮标技术， 联合研制了“深海汽笛战术寻呼系统”（deep siren tactical paging， DSTP）［9］。该系统可使位于世界任何地点的美军指挥人员不受潜艇航速和潜深的影响，与水下潜艇保持通信。2008年， 美海军对 DSTP系统进行了全面测试。

此外， 在2007年 12月的作战试验中， 美海军潜艇与航母攻击群的战舰通信联络技术取得突破发展， 潜艇使用拖曳天线与水面舰艇实现实时双向数据传输， 潜艇可以在无须减速航行和浮出水面的情况下， 发送和接收数据［10］。

1.3 水下武器系统信息化

水下武器系统指执行水下攻击或防御作战的武器及其火控和发射装置。文中仅讨论 UUV和鱼雷武器系统。现代军用 UUV的迅速发展由“网络中心战”所催生， 而军用UUV的发展又反过来推动着“网络中心战”由理想走向现实。由于不需要安装鱼雷自导系统和战斗部， UUV的有效载荷空间可以安装传感器和通信装置， 同时UUV航速低， 稳定性一般优于鱼雷， 因此 UUV更易实现互联、与水面水下平台连接及与陆海空天作战网络的连接。目前国外已装备的 UUV大多具有水下声通信和水面无线通信能力， 但远距离大数据量水下声通信仍然存在技术瓶颈。

美国在 20世纪末就开始了鱼雷连通性的研究， 早期的连通性主要是指鱼雷与发射平台之间的连通性（如线导）。随着水下网络技术的不断发展， 鱼雷连通性又涉及鱼雷与鱼雷、鱼雷与水下网络的连通性， 从而把鱼雷纳入到水下信息网络中， 但可见的报道中并未显示这一研究的进展情况。欧洲紧随美国积极开展网络化水中兵器研究，目前已知最具典型性的网络化鱼雷是德国研制的DM2A4（SeaHake） mod4 ER远程（140 km）电动力重型鱼雷［11］。SeaHake的一个电池舱被改装为可伸缩集成天线及无线信号处理装置的安装舱段，鱼雷发射后， 当作战网络需要对鱼雷进行中继制导或目标指示时， 鱼雷浮起接近水面伸出集成天线， 接收作战网络传来的指令或回传自身探测信息， 以实现远程精确导引和攻击。

2 基于水下信息系统的水中兵器作战使用

从水中兵器与水下信息系统连接的角度可将信息系统分为独立式和嵌入式两类， 二者连接后的指挥控制功能隶属于信息系统的称之为独立式水下信息系统； 二者连接后的指挥控制功能隶属于水中兵器的称之为嵌入式水下信息系统。水中兵器面向不同的作战使命， 各有不同的性能要求， 实现信息化的方法和技术途径也是不同的，文中提出了基于独立式水下信息系统和基于嵌入式水下信息系统的水中兵器若干作战使用设想。

2.1 基于独立式水下信息系统的水中兵器作战使用方法

2.1.1 线导水中兵器作战使用方法

为满足武器装备信息化的需要， 研究者一直力求使鱼雷武器可通过水声通信直接获取舷外传感器提供的目标和环境信息， 但由于水声信道的复杂性及鱼雷高速航行噪声干扰等因素， 至今未获得理想结果。美国的Seaweb采用350 dB长度的数据包，标称传输速率为 800 bits/s， 常用带宽为 9～14 kHz［12］。对于静止平台通信， 点对点最大通信距离为10 km； 若对高速航行、强噪声的鱼雷通信， 通信距离会大幅下降， 将无法满足实用需要。为此可用作战平台作为信息枢纽， 在航行时获取目标信息，遥控线导鱼雷实施水下攻击及防御作战。

为提高作战平台， 特别是水下潜艇的信息化水平， 主要展开的研究有［13］: 1） 提高潜艇自身水下探测能力， 研发出舷侧阵、拖曳阵等高性能探测声呐； 2） 提高潜艇水下通信能力， 采用各种技术途径实现潜艇与空中信息系统的连接， 如采用拖曳式天线、一次性浮标天线、超长波无线电通信技术等， 以求潜艇在一定的航深、航速状态下，实现与水面以上的信息系统互联互通； 3） 采用各种有缆通信技术， 提高鱼雷与潜艇平台的通信能力。

2.1.2 潜伏式水中兵器作战使用方法

由于鱼雷航速高、噪声相对较大， 利用水声通信实现与水下信息系统的连接变得十分困难。针对此， 如能研制海底发射技术， 利用海底发射架储存鱼雷， 同时以发射架搭载通信设备形成网络的武器节点进行水声通信， 获取水下信息系统的信息保障，实现海底潜伏式鱼雷攻击， 则不仅避开了鱼雷高速航行水声通信的困难， 也可利用现有轻型鱼雷稍加改进后使用， 体现了其良好的兼容性。

海底潜伏式鱼雷利用海底发射架作为搭载水声通信设备的平台， 可以成为水下信息系统的固定式节点， 共享目标信息， 一旦有潜艇进入系统的工作区， 系统中的指控设备即可给距离目标最近的鱼雷发射架节点发出指令， 发射鱼雷对来袭潜艇进行攻击。海底潜伏式鱼雷可以有效地配合水下信息系统， 布防在重要水道处， 实施海上封锁， 对抗敌方核潜艇、常规潜艇的袭扰， 也可以用于沿海地区的基地、港口的战时封锁， 具有很好地战术应用价值［14-15］。

2.1.3 巡航式水中兵器作战使用方法

巡航式鱼雷是指通过降低航速（3～8 kn）， 提高航程（可达数百公里）， 可进行远程巡航、搜索、攻击作战的鱼雷。针对基阵探测孔径小的困扰，巡航鱼雷可通过加装舷侧阵， 加大基阵尺度， 或低航速下利用光纤拖曳阵等技术手段提高探测能力。该类鱼雷可独立使用， 也可纳入水下信息系统， 成为其移动信息节点。

巡航鱼雷一般采用复合导航技术实现远程导航功能， 独立使用的巡航鱼雷可以浮至水面， 利用无线电通信进行卫星定位， 辅助远程导航。当作为水下信息节点时， 可利用系统中的重发器节点， 获取导航定位信息， 辅助完成远程导航功能，还可从系统中的传感器节点获取目标和环境信息，辅助鱼雷搜索和跟踪。

巡航鱼雷可用于敌方港口和要地封锁，其巡航时间可达到3～4 天； 也可用于基地防御、航道封锁和海上破交作战。该类鱼雷可利用现有鱼雷改进研制， 其优点是: 发射使用简单， 可直接使用潜艇发射管完成； 控制范围大， 可借助水下信息系统的支持， 实现远程导航和远距离探测。缺点是: 需要一定的航渡时间， 水下巡航时间有限；相对使用成本较高。

2.1.4 攻击型UUV作战使用方法

攻击型UUV是将鱼雷等水中兵器作为UUV战斗载荷， 形成的水下无人作战平台。具有低速远程隐蔽运载、水声通信和远距离探测能力， 它由潜艇携带， 并可回收重复使用。由于低速航行下具有较好的通信能力， 可以接入水下信息系统，作为移动信息节点， 可由水下信息系统提供导航和目标信息支持， 实现大范围的航路规划和远距离的目标跟踪， 可搭载微型鱼雷、轻型鱼雷或超高速鱼雷攻击小型或中型水下目标。攻击型UUV也可作为大型潜艇的前出武器， 扩大潜艇的探测和攻击范围。为提高UUV自身探测能力， 应考虑使用拖曳线列阵， 在低航速下自主搜索目标。多个 UUV还可通过组网、编队航行， 形成移动式UUV作战集群， 扩大作战范围。

攻击型UUV的优点是: 1） 可回收重复使用，降低使用成本； 2） 作战攻击范围大。缺点是快速反应差， 技术复杂， 研制风险高。

2.2 基于嵌入式信息系统的作战使用方法

2.2.1 潜伏式水中兵器作战使用方法

类似现有的导弹和舰炮自带火控雷达， 也可设想构建海底鱼、水雷发射平台并内置信息系统， 即自带浮标， 该浮标除与水面以上的信息系统通信外，还可探测水下目标， 或者另带线列阵， 形成一个探测功能强大的潜伏式武器系统。为加强浮标与发射架之间的通信能力， 可采用光纤通信技术， 不仅避免了环境干扰， 还提高了保密性能。

通常潜伏式武器系统处于关闭状态， 仅有一水下指令接收与开关装置处于值更状态， 一旦系统收到启动指令， 控制充气装置给声呐浮标充气上浮至水面， 浮标声呐开始警戒、监视， 当收到空中信息系统的目标报警信息或自身探测的报警信息时， 启动全系统工作， 鱼雷发控装置在获取目标运动要素后，发射鱼雷实施攻击。此后发射平台仍继续探测、跟踪目标并通过网关浮标向指挥中心报告战场态势。

该系统可以独立作战， 也可采取多个海底鱼雷发射架共用一套声呐和网关浮标的结构方式，其中自带声呐的水中兵器平台为主探测平台， 其他为辅助攻击武器平台， 各作战平台根据声呐覆盖范围分布式布放， 力求做到声呐覆盖范围与鱼雷有效打击范围相匹配。该系统也可以作为一固定式信息节点， 发挥探测、打击和网关三重功能。

2.2.2 集群攻击水中兵器作战使用方法

以自带舷外声呐的水中兵器为基础， 利用水声通信技术， 可联网组成攻击武器集群。各作战平台根据目标情况和战场态势， 可决策同时发射或间断发射多件武器对目标实施攻击。若同时发射， 可加强对同一目标的攻击效能； 若间断发射，可实现对不同目标的攻击。

主探测水中兵器负责探测搜索目标， 可装备舷侧或拖曳扩大探测范围， 提高探测精度， 辅助水中兵器无舷外声呐， 也可通过水声网络与主探测水中兵器进行通信， 共享目标信息。

集群攻击可以在敌、我对抗环境下提高命中和毁伤概率， 从而可提高系统的作战效能。该武器系统可以整体接入水下信息系统， 成为一个节点， 共享水下战场态势； 若该系统自带有网关浮标， 也可以连入空中信息系统， 共享水面以上的战场态势。

3 基于水下信息系统的水中兵器作战优势

水下信息化作战无论采用哪种方式， 在信息系统的支撑下， 水中兵器的作战效能较传统作战模式均会得到较大提高， 其优势主要有以下几点。

3.1 丰富了水中兵器作战模式

传统水中兵器的作战模式为: 水雷采取布放潜伏待机攻击模式， 鱼雷采取有人平台发射航行攻击模式。在水中兵器实现基于信息系统的水下体系作战时， 则可生成多种作战模式， 包括: 有人平台发射攻击、海底潜伏攻击、远程巡航攻击、无人平台发射攻击等， 从而拓宽了水中兵器水下作战功能， 使水中兵器既可用于沿海港口、基地的防卫作战，也可用于敌方港口、基地的封锁作战；既可作为潜艇、水面舰艇及反潜飞机等有人作战平台的反潜、攻舰的兵器， 也可作为UUV、水面无人航行器（USV）等无人作战平台的攻击武器，还可以在重要海域承担无人防守的功能。

3.2 扩大了水中兵器制海范围

基于信息系统的水中兵器形成的水下作战体系， 由于采用了分布式传感器或者舷外声呐，突破了传统水中兵器结构的局限， 其探测能力有了成倍或成数量级的提高， 从而扩大了水中兵器远程打击或区域制海范围。

采用分布式传感器的水下信息系统， 其探测范围比水中兵器自身的探测能力提高了一个数量级， 融合水中兵器构建的水下信息化作战体系可用于大范围海域的水下监视和防卫， 如沿海、近海港口、基地、重要水道的预警和监视； 采用嵌入式信息系统的水中兵器， 具有灵活、机动， 易于快速布放等特点， 能够监控约150 km2的范围，可用于小范围海域的封锁作战。

3.3 提高了水中兵器作战反应速度

基于水下信息系统支撑的水中兵器作战体系监视、攻击范围很大， 由于是多传感器、多武器通过网络通信实现战场态势共享， 在指控装置的统一决策下， 可以进行水中兵器的近程直接攻击， 反应速度快， 适应时敏打击需求。

3.4 保证了有人作战平台安全

实现水下信息系统支撑下的水中兵器作战体系可在高危环境下， 避免使用有人作战平台， 保证作战人员的安全， 也为无人化作战开辟了新途径。

4 结束语

水中兵器与水下信息系统的连接融合已成为未来水下战的发展方向， 通过实现战场信息的共享和快速反应， 水中兵器的作战效能可大幅度提高。综观文中分析可知， 基于嵌入式信息系统的水中兵器可以不依赖外部水下信息系统独立作战， 灵活机动， 即可单独使用， 也可集群使用，且研制成本和装备技术要求较低， 能够快速形成战斗力， 宜于优先发展。在此基础上， 可逐步深化研究基于独立式信息系统的水中兵器技术， 开展相关装备研制， 构建日益完备的水下信息化作战体系， 满足未来海军水下战需求。

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（责任编辑: 杨力军）

Operational Application Methods of Underwater Weapon Based on Underwater Information System

DONG Chun-peng

（The 705 Research Institute， China Shipbuilding Industry Corporation， Xi′an 710077， China）

Current development of underwater warfare is toward the network-based informationization. The underwater informationized operational system integrating underwater weapon and underwater information system can share battlefield information and make quick response to improve the efficiency of cooperative operation. Aiming at the characteristics of underwater weapon， this paper introduces the development of underwater informationized operational system in foreign countries， and proposes several operational modes of the underwater weapon based on independent underwater information system or embedded underwater information system. It is concluded that the underwater weapon based on underwater information system has the advantages of diverse operational modes， broad sea area in control， rapid operational response， and secure operational platform. This research may provide a basis for development of related equipment and for construction of ever-perfect underwater information operation system.

underwater weapon； underwater informationized operational system； operational application

TJ630； TN929.3

A

1673-1948（2016）04-0289-05

10.11993/j.issn.1673-1948.2016.04.009

2015-12-06；

2016-07-10.

董春鹏(1942-), 中国工程院院士, 水中兵器专家, 长期致力于鱼雷技术研究工作.