无人水面艇发展现状与趋势

钱雯 侯毅男 罗东宏 陈顺洪

摘    要：本文主要介绍了无人水面艇的发展现状，总结了无人水面艇的关键技术和发展趋势，为我国无人水面艇的研制提供参考。

关键词：无人水面艇;发展现状;关键技术;趋势

中图分类号：U674.91                            文献标识码：A

Abstract： This paper introduces the development status of the unmanned surface Vessel， summarizes the key technologies and development trend of the unmanned surface vessel.

Key words： Unmanned surface vessel; Development Status; Key Technology; Trend

1     前言

近年來，随着无人技术、人工智能技术、空间技术、互联网技术和低可探测技术的不断发展，现代海上船艇装备正快速向电子化、信息化、智能化、无人化、网络化发展。无人水面艇是一种可由水面舰船或岸基装置布放和回收，以半自主或全自主方式在水面航行的无人作业平台。无人水面艇因其具有无人化的特点，能够超越人类生理极限完成大机动、超长时间的任务，以及具备自主学习、决策、行动能力，能够适应战场环境的复杂多变、作战任务的高难度性与临时变更的特点，已经成为今后舰艇装备发展的趋势和重点之一。

无人水面艇具有隐蔽性好、可长期水面航行、活动区域广等特点，与有人水面艇相比，具有无人值守、无人员伤亡、使用灵活、成本低等优势，可广泛用于执行海上情报监视侦察、海洋调查、反水雷、电子战、潜战、反舰战等任务。

2     无人水面艇发展及现状

无人水面艇最早诞生于二战期间，发展至今已有70多年的历史，主要以欺骗性目标和靶艇为主。无人水面艇近年来在世界几次主要海战中表现出来的巨大优异性，极大地加强了各国海军对大力发展无人艇的兴趣。当前，世界上军事发达国家，包括北美地区以美国为代表、欧洲地区以英国、法国和以色列为代表、亚洲地区以日本、韩国为代表的国家都在大力研发性能优越的无人水面艇，以充实本国军队的战斗力。

美国是当前在无人水面艇领域投入最大和发展最快的国家，位居世界领先地位。自2007年以来，美国先后发布了《海军水面无人艇主计划》和《2013-2038 年无人航行器综合路线图》等文件，为其无人水面艇的发展制定规划和思路。2017年，美国国防部提出了实施“霸王计划”，其内容是发展大中型无人舰艇;2019年3月，美国海军发布公告，计划在未来五年内花费27亿美元购买10艘大型无人舰;当前，美国海军研制的多型无人水面艇已交付部队列装使用，主要有“海上猎人”、“斯巴达”、 “海上猫头鹰”、“X-2”号、“幽灵卫士”和“海狐”等无人水面艇。

美国海军于2010年开始研制的世界上吨位最大的中型无人艇“海上猎人”号（见图1），采用三体船型，船长40.2 m、排水量140 t、最大航速27 kn，于2016年和2017年完成各项海上试验。该型无人水面艇的成功研制，为美国海军加快发展大中型无人水面艇提供了技术保障，也标志着大中型无人水面艇将是未来发展的趋势和方向。

美国“斯巴达”号无人水面艇已交付美国海军使用，共有两型艇：艇长分别为7 m和11 m;可负载1360 kg和2 270 kg;最大航速35 kn;续航时间6小时;配有光电取证、搜索雷达、数字图像传输系统及自主无人控制系统等设备，可搭载反水雷模块和导弹模块等武器系统。

欧洲在无人水面艇领域的技术水平紧跟美国步伐，在关键技术方面与美国水平相当。2010年，欧防局成员国共同发布了《海上无人系统方法与协调路线图》，提出协调各国力量共同促进海上无人水面艇的发展。近年来，英国、法国和以色列等国研发了多种型号的无人水面艇，图2为以色列研制的“海鸥”号反潜无人艇。

我国在无人水面艇方面的研究起步较晚，目前国内无人水面艇的军用领域主要包括情报收集、表征物理环境收集、对潜作战、训练测试平台等;民用领域主要有海事安全、港口监控、水文勘测、水质采样、海事搜救等。

国内主要从事无人水面艇的研究机构有中船集团、中国航天科工集团和中科院等国企;哈尔滨工程大学等高校;以及部分民营企业。其中，中船集团等单位已研制出一定数量的自主化程度较高的无人水面艇。

3    无人水面艇的关键技术

无人水面艇的关键技术主要包括：船型技术;自主控制技术;智能协同控制技术和布放回收技术等。

3.1   船型技术

船型技术作为无人艇的一项核心技术，主要包括：船体线型、高速航行稳定性、耐波性和自扶正技术等。

当前无人水面艇用得最多的两种艇型：一种是常规滑行艇型;另一种是半滑行艇型。其中，常规滑行艇型多采用V型或深V型，这种艇型具有综合性能优良以及拖曳能力强的特点，航速一般能达到30 kn以上。但是其阻力性能对重量及其分布高度敏感，导致艇体稳定性能比较差;半滑行艇型具有较低的阻力及较好的适航性，是一种快速性能好、稳定性能高的无人水面艇，航速可达到20 kn以上;此外，使用较多的艇型，还包括小水线面双体船型、穿浪双体船型和多体艇型等。

3.2   自主控制技术

自主控制技术是通过环境感知手段，进行目标探测与识别，自主进行路径规划、避碰和驾控，并通过采用合理的控制策略，完成各种任务和作业使命的技术。开展该项技术研究，可以提升无人艇的自主智能认知和决策能力：认知能力包括对作战环境、作战目标、作战任务、战场态势、设备状态等的认知;决策能力包括对航行状态、载荷执行动作等的决策。该技术的核心是使无人艇具备理解目前处境并作出合理决策的能力，实现根据任务需要自主有效的控制平台及任务载荷执行相关动作的功能，达到作战任务要求。

3.3   智能协同控制技术

智能协同控制技术是通过战场环境模型构建及协同控制，实现群体能力在环境感知、信息处理、有效决策、协同作战等方面的有效整合。该项技术主要解决无人水面艇编队的群体自主认知及决策问题，包括无人水面艇编队内的协同认知/协同决策，以及无人艇编队与有人平台的协同认知/协同决策问题。

3.4  布放回收技术

水面无人艇的布放回收技术是能否成功自主进行作业的关键技术。目前无人艇基本上都是以布置在母船上的小艇为基础演化而来的，其布放和回收的方法主要基于有人工作艇的收放技术进行适当创新和改进。无人艇的布放和回收面临的难题主要有布放回收自主作业的安全性、可操作性、系统的通用性和可移植性等。

目前，美国在此领域的研究处于领先水平，其已开发出可用于无人水面艇布放回收的助力拖曳吊舱及自动导引钩锚系统，但仍然存在需要人员高度参与及高海况下操作人员存在安全隐患等问题。

4    无人水面艇发展趋势

4.1   集群化和协同化

在复杂的近岸浅水海域存在的威胁多种多样，单一的无人水面艇往往不能有效应对。随着无人水面艇的快速发展及广泛应用，无人水面艇除了单独执行任务外，还需要多艘无人水面艇协同组网作业，共同完成更加复杂的任务。集群的无人水面艇通过大范围的水上通讯网络，完成数据融合、信息共享、任务协同和群体行为控制，实现多个体磋商、协同决策和管理，进行群体协同作业。

4.2   远航程、高航速和大型化

当前无人水面艇主要应用于内河和沿海区域，随着各项技术的发展和无人水面艇广泛应用，无人水面艇将向远航程、高航速和大型化方向发展。当前西方发达国家已开始研制远航程、高航速和大型化的无人水面艇，典型代表是“海上猎人”号。该型无人艇排水量达140 t、续航力达6 200 km、可持续执行任务长达30天。

4.3   应用范围大、使命任务多功能化

当前无人水面艇数量还不多，大部分用来承担海上巡逻警戒、对潜作战、电子对抗等任务。随着智能控制技术、软件系统技术、传感器技术、模块化技术以及装备标准化技术的发展，无人水面艇将广泛应用于各个领域，可同时承担多种使命任务，实现使命任务的多功能化。

4.4   标准化和模块化

为实现无人水面艇研制风险低、研制费用经济、研制周期短、可批量化生产、性能质量高、使用方便、具备较高的通行性的发展目标，无人水面艇应积极探索和推广标准化与模块化的整体设计;在研制期间根据相关电气、机械、软件任务载荷的标准接口和数据格式的要求，分模块进行总体布局和结构优化设计。标准化与模块化设计可使各系统单独设计，但同时又能提高各系统之间的融合水平，从而提升无人水面艇的综合性能，实现任务的可扩展和可重构性。

5     结束语

当前我国正大力依托海洋资源优势，发展海洋经济及先进装备制造产业，对无人水面艇的市场需求快速增长。无人水面艇必将在未来多个领域具有广泛的应用前景，对人类水上工程应用、海洋军事活动和海洋开发建设等产生深远影响。当然，发展无人水面艇装备是一项复杂的系统工程，国内无人水面艇科研单位要立足现状、着眼长远开展整体谋划和顶层设计，紧密围绕国家发展战略，组织关键技术攻关，建立无人水面艇标准体系，引领并促进无人水面艇快速发展。

参考文献

[1]世界武器装备与军事技术年度发展报告2015[M].北京： 国防工业出版            社，2016.

[2]宋子龙. 水库大坝水下无人探测技术实践与进展[M]. 黄河水利出版社，       2018. 09.

[3]宋喜红，戚昕. 海洋船舶产业发展现状与前景研究[M]. 广州：广东经     济出版社 ， 2018.

[4]陳强. 水下无人航行器[M]. 北京：  国防工业出版社 ， 2014.

[5]自然杂志编辑部. 院士解读科学前沿[J]. 上海大学， 2016.

[6]深度军事编委会. 无人装备鉴赏指南 珍藏版第2版[M].北京： 清华大     学出版社 ， 2017.

[7]代威， 张雯， 张沥， 解春雷，惠俊鹏. 国外海洋无人航行器的发展现状     及趋势[J]. 兵器装备工程学报，2018.

[8]林剑峰， 马善伟. 水面高速无人艇自主控制系统研究分析[J]. 船舶与      海洋工程 ，2014.

[9]石昕阳， 王彦碧， 郭露露， 江传华. 水面无人艇编队雷达电磁环境预     测方法[J]. 舰船科学技术，2019.

[10]方潇澎， 李孝杰. “幽灵无人水面艇”现身. 解放军报，2019.09.27.