0 引 言

水面无人艇是海上无人系统的重要组成部分，与有人驾驶舰船相比具有体积小、隐蔽性好、机动灵活、无人员伤亡危险等优点，能够在水面作战环境下完成各种任务。随着高新技术与武器系统的飞速发展，水面无人艇已在扫雷、情报侦察与监视、反恐等领域得到应用，未来必将在海上作战体系中扮演重要角色。然而，国内外现有的水面无人艇均不具备有效的防空能力，在现代化战争中的生存性能面临严峻挑战。为了提高水面无人艇的生存能力，需发展针对水面无人艇的防空装备，并研究与之对应的新型作战样式，进一步拓展其作战应用领域，为未来海上无人作战提供支撑。

1 水面无人艇发展现状

1.1 国外水面无人艇发展概况

无人艇(Unmanned Surface Vehicles, USV)最早出现于二战时期。受当时的技术限制，无人艇在出现后的几十年里主要作为训练靶船和遥控反水雷器材使用。上世纪九十年代以来，随着控制、导航、通信、软件等科学技术的巨大进步，美国、以色列、英国、法国等在研发无人艇方面大力投入。目前，世界在研和现役无人艇已超过100种型号，作战能力主要体现在：①反水雷作战；②情报、监视和侦察；③火力支援；④反潜作战；⑤反恐及港口防卫；⑥构建网络或与其它有人/无人平台协同作战。未来，水面无人艇将成为海上信息化武器装备体系的重要组成部分，在信息支援和战术打击领域发挥重要作用。

1.2 美国水面无人艇发展现状

按照美国海军发布的《美国无人水面艇主计划》[1]，无人海上系统(Unmanned Maritime System，UMS)将成为美海军的研发重点。除执行传统的情报、监视与侦察、反水雷等任务外，还将执行战术打击、电子战、对地/对海攻击以及防空与反导任务；并推动云计算、大数据等新兴技术在无人系统中的应用。目前，美军装备的典型水面无人艇为“斯巴达侦察兵”无人水面艇。

“斯巴达侦察兵”无人艇(如图1所示)是采取模块化设计的高速半自主水面无人快艇，艇长11 m，最大航速超过30 kn，续航时间大于8 h，作战半径超过150 n mile，具备全天候作战能力。其标准配置包括无人驾驶系统、控制用视频摄像机、导航雷达、水面搜索雷达、光电系统、GPS导航系统和通信系统，并可装载3 000 kg任务载荷。目前，“斯巴达侦察兵”无人艇可配备4种任务模块，包括：情报、监视与侦察模块；反水雷模块；精确打击/反舰作战模块和反潜作战模块。并开展了30 mm遥控火炮和NOLS-LS小型打击导弹的装载试验[2]。

  

图1 美国“斯巴达侦察兵”无人艇Fig.1 U.S.Navy“Spartan Scout”UAV

1.3 其他国家水面无人艇发展现状

除美国外，以色列在无人水面艇研发领域起步较早，技术较为成熟。其研制的“保护者”无人水面艇(如图2所示)已装备以色列海军，用于情报监视、海岸警卫和近海护航。“保护者”无人水面艇为刚性充气艇，全长9 m，最大航速超过50 kn，艇载装备包括“托普拉伊特”红外/可见光/激光复合传感器和“微型台风”遥控武器站，可搭载12.7 mm机枪、40 mm榴弹发射器、30 mm舰炮或“长钉”反坦克导弹。

  

图2 以色列“保护者”无人水面艇Fig.2 Israeli Navy “Protector”UAV

目前，海上方向来袭的巡航导弹、反舰导弹多采取超低空掠海突防模式，通过地球曲率遮挡压缩防空雷达的探测距离。雷达对超低空目标的最大探测距离Df(km)和对目标的最大可能的跟踪距离Dg(km)，可由式(1)估算：

鉴于枪声定位系统的应用特点，无线传感器网络采用双簇头机制：主簇头和副簇头相互协作的工作模式，如图2所示。当枪声事件导致主簇头失效时，副簇头能够迅速担负主簇头的任务完成网络数据融合，并将数据融合的结果广播给网络内的所有节点。

法国正在研发的Inspector MK2型无人艇可执行战场态势感知、海上反恐、港口封锁等任务，该艇长12 m，最大航速35 kn，载荷包括全天候对海监视设备、核生化探测装置、激光/红外传感器及遥控武器站，可选配非致命武器或小口径舰炮。

在港口要地防卫模式中，无人艇防空作战平台负责执行港口、岛礁等要地的联合防卫任务，拦截来袭的反舰巡航导弹，主要参战装备包括无人防空艇和无人电子战艇。

2 无人艇防空装备设想

2.1 水面无人艇防空作战使命分析

由上文分析可知，目前在役和在研的海上无人水面作战艇多为小型高速艇，长度一般不超过12 m，排水量不大于100 t，航速大于30 kn，可搭载数吨级武器载荷。此类无人艇吨位较小，不适合远洋航行，主要执行近海护航、反潜、扫雷、侦察等作战支援任务，部分型号还具备对地/对海战术打击和电子战能力。按照美军的《美国无人水面艇主计划》，无人艇在防空与反导领域将优先发展单元级自卫防空能力，即依托通用无人艇底盘，根据作战需求加装传感器和防空武器载荷，实现艇族化发展。而由于无人艇排水量有限，其艇载防空武器模块尺寸、重量均会受到较大限制，只能搭载体积质量小、集成度高的近程末端防空模块，执行单舰自卫防空、编队机动伴随防空、海岸要地末端防空等任务，对来袭的巡航导弹、反舰导弹、低空飞行器等目标实施拦截。

2.2 水面无人艇防空能力及装备分析

英国的“海上自主平台”无人水面艇于2016年开始装备英国海军，主要执行近海巡逻、情报监视和反潜作战任务[3]。该艇长9.7 m，配备先进控制系统、传感器及通信系统，既可全程遥控，也可自主航行，并可搭载武器模块。

从我国目前的大学生志愿服务参与状况来看，大多数高等院校的大学生还不能体会到参与志愿服务活动对于学生自身发展意义及重要性，纵观历来对于大学生参与志愿服务的研究还处在起步阶段，而高校与当地政府对于志愿服务活动的扶持政策与激励机制也十分地不健全，除了北上广深等发达地区，全国大多高校大学生存在着志愿服务意识极差的现象，尤其是欠发达的西北地区形势则更加严峻。而本研究的调查数据源正是来自宁夏回族自治区、甘肃省、青海省（史称“小西北”），笔者仅以此研究希望唤醒西北地区甚至全国高校大学生参与志愿服务活动的意识，让大学生深入了解参与志愿服务活动对于自身发展的意义，这便是此次研究的重点[1]。

 

(1)

本文以船舶应用需求为根本出发点，提出船舶分布式数据网络管理平台，根据智能船舶系统的固有特点进行针对性研究。该平台不仅能弥补传统数据管理平台的缺陷，而且具有全面感知、可靠传递和智能应用的优势，应用于远洋船舶运输管理中，可建立集航运企业各部门和远洋船舶于一体的安全监控平台。此外，船舶分布式数据网络平台可大大提高船岸定时交互数据和协作管理业务的效率，增强远洋船舶物资运输、航行、机务系统和油耗监测管理等方面的安全性、可靠性和高效性，为船舶智能管理业务和应用提供有力的数据支撑。

考虑到无人艇尺寸较小，假设其艇载雷达高度为5 m，当来袭导弹超低空飞行高度降至10 m时，由式(1)计算可知，在不考虑雷达实际性能和电磁环境的理想条件下，艇载雷达对10 m超低空掠海目标的探测远界仅有22.24 km，最大跟踪距离为19.27 km。考虑到无人艇载荷条件有限，艇载雷达的阵面尺寸、发射功率均会受到限制，对反舰巡航导弹为代表的掠海小目标实际探测能力会进一步下降。如使用光电被动探测设备，则理想探测距离为视距，但受海上环境影响，实际探测距离也会下降。考虑到艇载防空导弹的射程需与探测设备的能力相匹配，其拦截远界无需超过20 km。同时，考虑到两次以上拦截的需求，艇载防空导弹需具有一定的杀伤区纵深，拦截远界需不小于10 km，并具备高火力密度对抗多目标攻击。

无人艇防空作战模式可参考美国海军的“分布式杀伤”概念，实现分布式协同作战，通过功能分解、能量分散、信息协同，利用网络技术将这些小型单元组成一个柔性系统，通过小型作战单元的广域分布、信息共享、协同作业，提高战场生存力、任务弹性、作战快速性和对复杂战场环境的适应性。考虑到100吨级水面无人艇远洋性能较弱，其主要作战区域为近海，包括东南沿海、台湾海峡和南海岛礁等区域。典型作战模式设想如下。

 

表1 国外典型舰载近程末端防空武器对比[5]

 

Table 1 Comparison of foreign short range shipboard air-defense systems

  

拉姆BLOCK1克里诺克手钻喀什坦原型-SA-15道尔SA-16“针”SA-19通古斯卡远界对飞机、导弹12km对飞机12km对导弹5km5km对飞机8km对导弹5km近界1km1.5km0.5km1.5km低界5m10m10m15m高界3km6km3.5km3km制导体制被动雷达+红外成像复合制导指令制导被动红外点源指令制导多目标能力发射后不管4个发射后不管2个弹长2.79m2.9m1.68m2.56m弹径127mm230mm72mm152mm弹重73.5kg165kg10.8kg42kg发射装置8联装或21联装随动倾斜热发射架8联装垂直发射井双联装发射架2*4联装弹炮结合发射装置适装性模块化设计,适装性好体积较大,适合800吨以上平台安装便携式导弹架射型,适合小型船只体积较大,适合500吨以上平台安装

由表1对比可知，“拉姆”对导弹目标的杀伤区最大，且采取抗干扰能力最强的被动雷达+红外成像复合制导体制，导弹性能强于其它型号，且具备发射后不管能力，末端火力密度高。同时，“拉姆”采取模块化设计，适装性好，适用于包括航空母舰、巡洋舰、驱逐舰、护卫舰、导弹艇、巡逻艇等大、中、小不同吨位的平台，可安装于100吨级大型无人艇执行防空作战任务。此外，SA-N-10“手钻”为便携式导弹上舰，性能有限但体积、质量很小，适合小型艇自卫防空。SA-N-9“克里诺克”和SA-N-11“喀什坦”防空系统要求平台吨位500 t以上，不适合100吨级无人艇安装。

式中：H为空中目标飞行高度，单位为m；h为雷达天线高度，单位为m。

  

图3 “拉姆”导弹武器系统Fig.3 RIM-116“RAM”anti-aircraft missile system

2.3 水面防空无人艇装备载荷设想

由上文分析可知，海上无人作战艇在执行防空作战时，主要装备近程末端防空导弹。考虑到无人艇的系列化发展，搭载防空武器的无人艇可分为两类：一类为搭载“拉姆”级别的近程防空导弹，以编队防空任务为主业的无人防空艇；另一类为搭载其他类型任务模块的同时，配备SA-16级别的艇载便携式导弹，具备有限自卫防空能力的无人作战艇。

对于无人防空艇，其艇上载荷包括近程防空导弹模块、探测模块和电子/通信模块。其中，近程防空导弹射程12～15 km，采用类似“拉姆”-BLOCK1的红外成像制导体制，具备发射后不管能力，并加装弹载数据链实现发射后截获能力，提升对低红外特性目标的拦截能力，并拓展一定的对地/对海攻击能力。探测模块配备小型对空雷达和光电探测设备，通过探测体制互补提升复杂环境下抗干扰能力；电子/通信模块则包括自卫式电子干扰设备和网络通信设备，如图4所示。

  

图4 无人防空艇载荷设计Fig.4 Design of weapon system for unmanned anti-aircraft surface vehicles

对于无人作战艇，其载荷包括导弹载荷、探测载荷与电子/通信载荷，如图5所示。由于无人艇吨位有限，可通过搭载不同的主战模块实现软、硬杀伤，其中，无人火力作战艇以反舰导弹模块为主要载荷，搭载小型对海搜索雷达和光电设备实施对海探测，并通过加装便携式防空导弹实现自卫防空；无人电子战艇则主要搭载电子对抗设备、电子诱偏设备实施电子软杀伤，并搭载雷达/光电探测设备实施主/被动预警探测，其他载荷保持不变。各型无人作战艇均搭载网络通信设备，既可独立作战，也可组网作战。

  

图5 无人作战艇载荷设计Fig.5 Design of weapon system for unmanned attack surface vehicles

3 无人艇典型防空作战模式分析

目前，国外舰载近程末端防空武器包括美国的“拉姆”(如图3所示)、俄罗斯的SA-N-9“克里诺克”、SA-N-10“手钻”和SA-N-11“喀什坦”。其性能指标对比如表1所示。

3.1 港口要地防卫模式

综上，国外海军无人水面艇的发展呈现功能多样化、传感器先进化、控制自主化等趋势，后续发展的无人水面艇将是一种高度集成化的平台[4]，搭载各类传感器、通信设备和武器载荷，航行能力和自主控制能力不断提高。在无人艇防空能力方面，目前部分无人艇搭载了小口径舰炮，具备极其有限的对空作战能力。未来按照美军的《美国无人水面艇主计划》，无人艇在近期主要发展单元级防空能力实现单艇自卫，远期则发展小区域防空能力，为编队提供防空掩护。

战时，无人防空艇与电子战艇担任前出警戒哨舰，前出港口10～20 km机动部署，通过网络化通信系统与有人防空舰只、岸基雷达及空中探测平台组网，实现全方位、无死角的空情感知和信息共享，采用艇载传感器提供低空探测补盲信息，并与防空战舰、岸基部署的防空导弹系统形成射程衔接、高低协同的防空体系，拓展超低空杀伤区远界。当发现超低空来袭的反舰/巡航导弹后，各防空艇执行前出首轮拦截任务，发射近程防空导弹对来袭导弹实施硬杀伤；电子战艇对来袭目标进行干扰诱偏，执行电子支援任务，充分减少敌方突防反舰巡航导弹的数量，降低港区防卫的防空压力，如图6所示。

我们所说的理论自信不是以超自然、超人类的超验价值为目的，而是从人们的世俗生活和现实社会中揭示进步人类的现实价值目标；不是像宗教那样，用神圣的光环掩盖世俗的生活，并将之变成超验的宿命；而是致力于揭示进步人类的现实利益。它是实实在在的，而不是虚幻的、不可企及的。科学性和现实性是理论自信即科学信仰的两个最基本特征。

  

图6 港口要地防卫模式Fig.6 Combat mode for harbour defense

3.2 近海伴随护卫模式

在近海伴随护卫模式下，无人艇防空作战平台主要执行近海机动伴随防空任务，可为抢滩登陆部队、近海船队等提供护卫，拦截敌方来袭的低空飞机、直升机、空面导弹等武器。

最早实行导师制的是英国牛津大学，时间可以追溯到14世纪，几百年来，牛津大学通过实行导师制培养出许多诺贝尔奖获得者，同时英国历史上的多名首相也毕业于牛津大学[2]。随后，本科生导师制开始在世界各大高校中逐渐应用。在我国高校中，本科生导师制起步较晚，最早是在1938年浙江大学实行。新中国成立之后，由于政治原因，本科生导师制被逐渐放弃，被苏联教育模式的学年制慢慢取代，并且一直沿用到今天。

以抢滩登陆冲滩伴随防御为例，无人防空艇与电子战艇与抢滩登陆部队一同由两栖攻击舰上下水执行超地平线登陆任务，两型无人艇与登陆部队在航渡开始后完成编组，凭借自身的高航速护卫两栖突击战车、气垫登陆艇等高速两栖登陆载具，在抢滩过程中执行伴随防空任务。各艇开启探测设备形成对空探测网络，当探测到来袭敌方战机、导弹时进行火力拦截与电磁干扰，保卫登陆部队的安全。在登陆部队冲滩过程中，无人防空艇可在必要时发挥艇载近程导弹的多用途能力，对滩头敌方火力点实施精确打击，掩护部队上陆，如图7所示。

(2)政策建议。依据中性预测情景并且结合乐观预测情景，依据上述防范新时代上海市住房金融风险的政策目标，在确保现有住房调控政策不变基础上，笔者提出以下三点建议：

  

图7 近海伴随护卫模式Fig.7 Combat mode for convoy at sea

3.3 自主分布作战模式

在此模式下，多型无人艇作战平台联合执行自主分布式攻防一体作战，负责在近海海域对敌方的海上入侵力量实施拦截、攻击。各型无人艇作战平台可依托港口、岛礁基地进行前期部署，和平时期主要执行近海巡逻任务，拦截、驱赶越界制造冲突的敌方海上、空中目标；战时，无人防空艇、无人火力作战艇和无人电子战艇经由网络通信系统组成分布式无人海上编队，执行作战任务。

以南海岛礁对越海上作战为例，当驻守岛礁的无人艇作战集群接收外部告警信息后，按照预案出港组成海上无人自主作战群，通过多艇分布式探测对敌方海上编队实施侦察，由人工智能处理器实现多型传感设备感知信息，并结合外部战场态势信息进行综合处理，实现智能态势感知；同时完成各分布式无人平台的能力统计、武器平台资源能力计算、敌方攻击能力评估及其对己方的威胁等级等参数预判，开展自主作战决策。

面向建筑生命期的BIM数据管理的概念模型设计…………………………………………… 张金牡，卢文龙（7-245）

无人自主作战群进入战位后，首先由搭载电子诱骗设备的电子对抗无人艇从敌方编队两侧接近，对敌实施电子欺骗，引诱敌方护航力量远离主力；随后防空无人艇与电子战无人艇掩护搭载反舰导弹的无人艇接近敌编队，电子战无人艇全程释放电磁干扰掩护突击，反舰无人艇齐射反舰导弹实施分布式对海打击，防空无人艇负责对敌舰发射的反舰导弹实施近程拦截，保护己方编队的安全；电子战无人艇和反舰无人艇搭载的便携式防空导弹则用于本艇的自卫防空，拦截漏网目标，如图8所示。

  

图8 自主分布作战模式Fig.8 Combat mode for distributed operations

4 主要关键技术

从上述分析中可以看出，无人艇自主防空作战的实现至少需要突破以下几方面的关键技术。

4.1 多平台组网探测技术

多平台组网探测技术主要发挥分布式探测的优势，通过多个无人平台的空间分布和探测载荷组网，实现多体制、多通道、多频段的多传感器数据融合，获得预警信息、作战指挥所需信息和提供制导控制信息，形成统一的空情和拦截态势图，完成自主态势感知、态势分析和目标自主跟踪，实现多平台作战信息共享，从而协调行动，有效提高系统的信息利用程度和整体作战效能。

式中，A为车体的振动加速度；f为车体的振动频率；F(f)为与振动频率有关的修正系数，详见文献[9]。经过计算，将不同车速交会下的车辆运行横向与垂向平稳性指标列于表3。由计算结果可知，在各种工况下的车辆横向平稳性指标均大于垂向平稳性指标，说明车体的横向振动受到会车流场的影响较垂向振动更大。

4.2 自主防空作战决策技术

无人作战平台利用人工智能技术，以防空作战典型目标威胁评估与交战分配研究为基础，通过对历史交战数据和海量仿真推演数据的大数据分析，研究作战决策生成规则及方法，形成作战决策自动生成能力；通过防空交战方案推演及评估技术，对自动生成作战决策与在线的上级或其他平级指控系统得到的作战决策进行多变量快速评估，选取其中的最优交战序列进行防空作战。

4.3 网络化多模复合制导技术

在分布式网络化作战环境下，导弹可以利用数据链获取目指信息，这些信息需要与导弹自身的惯性导航信息以及导引头探测信息相融合，以提高导弹在复杂电磁、光电环境下的制导能力和制导精度，提升导弹的多用途能力。多模复合制导包含制导策略、数据链技术、信息融合技术等，有效提高水面无人艇防空导弹作战能力。

4.4 模块化载荷集成技术

无人艇作战平台可根据需求搭载防空导弹模块、电子对抗模块和火力打击模块，需要做到硬件电路接口的通用化以及软件的兼容性，即控制系统硬件接口数据总线和通信协议必须具备通用性，保证系统的兼容性和可扩展性，能够根据需求实现载荷模块的“即插即用”。此外，可采用无人艇载通用发射装置，通过通用化、系列化、模块化设计兼容不同型号的防空、反舰武器使用，实现“攻防一体”。

5 结束语

从无人装备的发展情况看，未来无人水面艇必将获得巨大发展。为了提高水面无人艇的生存能力，本文结合有人舰艇防空武器系统的发展情况，开展水面无人艇防空装备及作战样式的研究，梳理关键技术，可有效牵引针对水面无人艇的防空武器装备发展，为提升未来海上无人系统的作战效能提供支撑。

参 考 文 献

[1] RAND corporation. U.S.Navy Employment Options for UNMANNED SURFACE VEHICLES (USVs) [M].RAND office.2013.

[2] 程艳芬.国外无人水面艇装备发展综述[J].舰船论证参考 2015(2):18-21．

[3] 杨文韬.世界无人水面艇发展综述[J].现代军事 2014(10)33-35.

[4] 李峰.反水雷无人艇智能化自主控制[J].水雷战与舰船防护 2014(8) 12-15.

[5] 魏毅寅.世界导弹大全[M]．3版．北京:军事科学出版社，2011．