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[摘 要]通过对UUV反水雷关键技术的发展需求及发展方向的研究，将UUV反水雷关键技术归纳为UUV反水雷总体技术、操控技术和探测识别技术三大专业技术，并对每个专业技术的具体内容及发展方向进行了较系统的论述。此外，还对UUV反水雷的其它重点技术和发展进行了探讨。
[关键词]反水雷 UUV 猎雷具 探测识别
中图分类号：P426.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）07-0086-02
1、引言
随着现代水雷技术的发展，现代反水雷技术也发生了极大变化。UUV反水雷技术也获得了相应发展，尤其是高新技术在反水雷UUV上的广泛应用，使得UUV反水雷技术变得更加先进。美国曾经将UUV的用途归纳为九种，反水雷是其中重要的应用。本文只针对UUV反水雷应发展的关键技术进行讨论。这些专业的关键技术主要包括：UUV反水雷总体技术、UUV反水雷操控技术和UUV反水雷探测识别技术。另外本文还对UUV反水雷的其它重点技术和发展进行了探讨。
2、UUV反水雷总体技术
UUV反水雷中的猎雷是目前反水雷发展的主要方向之一。根据使命的不同发展不同类别的ROV和AUV。主要使命是远程水雷侦察、情报收集和近海主要港口、海湾、航道猎雷。如美国的远程水雷侦察系统（LMRS）、REMUS AUV、挪威的“休金”1000、法国的“阿里斯特”、瑞典的“双鹰”等。UUV反水雷的总体技术主要包括UUV线型优化设计及流體动力计算技术、UUV结构及低磁低噪设计技术、设备总体配置及动态稳定性设计技术、“六性”设计技术、系统仿真技术、猎雷作战方法及效果评估技术等。
以直升机作为平台布放潜航体，采用水下拖曳方式实现对水雷目标的探测，利用直升机的机动性和快速性，不但大大提高了对水雷目标探测速度，可在浅水滩头和通常较大型反水雷舰船无法到达或无法作业的区域实施反水雷作业，而且能够在雷场周围或雷场中的任何地方进行反水雷作战，安全性好，当任务发生变化时，能作为一支快速反应的反水雷部队，在最短时间内在新的区域开始反水雷作战。直升机猎雷主要技术包括：系统总体配置技术、平台匹配技术、一次性灭雷具投放及导引技术、机载猎雷声呐应用技术和机载猎雷系统作战应用技术。
猎雷作战系统信息融合及仿真的目的是将各个作战信息融合成一体，综合显示猎雷作战区域的作战态势，战区UUV水下作业动态，掌控各UUV配合猎雷作业进程，综合指挥猎雷作战及对猎雷作战效果进行评估。猎雷作战系统信息融合及仿真技术包括海区环境仿真技术，电子海图、水雷目标、声呐及电视图像信息、UUV导航定位信息等信息融合技术，UUV多航次或多UUV航迹数据融合技术，水下网络、水面网络数据传输与融合及其三维仿真显示技术等。
UUV反水雷具有多种作战或作业模式，如远程水雷侦察、引导舰艇规避水雷通过雷区、协助开辟登陆航道、雷区探测水雷、港口及航道自主猎雷、多UUV协同猎雷、水雷诱饵UUV等。针对这些作战模式，需要发展UUV应用的传感器技术，以适应侦察、情报收集及环境适应的需求；发展声呐应用及图像三维显示技术，以适应声呐信号预处理、目标探测、目标分类、目标识别和避障的需求；发展水下组网技术，以适应多UUV协同作业及信息化作战的需求；发展各自作战模式作战效果评估技术，为作战决策提供依据。
UUV反水雷的作战对象是水雷。传统的水雷引信以打击目标的声、磁场强度为起爆条件，声、磁场强度满足设定条件水雷起爆；随着水雷引信技术的发展，出现了以目标与水雷的距离为条件起爆的新型水雷，目标进入水雷破坏半径内水雷起爆。在探测识别和灭雷过程中，UUV需要近距离接近水雷，要求反水雷UUV具有优越的声、磁防护性能和抗爆性能，这就需要发展反水雷UUV低噪、低磁设计技术和结构抗爆设计技术。对以距离为条件起爆的新型水雷，还需要研制抗爆性能很强的诱饵UUV，装配舰船声、磁场模拟器诱爆水雷，因此需要发展舰船声、磁场模拟技术。
3、UUV反水雷操控技术
3.1 猎雷具自动操控技术
猎雷具是搭载各种水下探测设备的平台，这些设备的工作要求平台在水下运动平稳，猎雷作业时常常要求猎雷具保持一定的航向、深度或离地高度航行。对ROV型UUV，这些参数的变化，引起操作员频繁的操作和调整，为减轻劳动强度和提高操控精度，需要猎雷具具有自动航向保持、自动深度保持和自动高度保持等自动操控功能；对AUV型UUV，自动操控包括任务规划/重新规划、路径规划、自主航行、信息融合、数据记录和内部分系统之间信息通信、能量管理、避开障碍、威胁物探测和规避、故障诊断和恢复等。这些功能的实现需要在规定的操作系统环境下通过软件实现。自动操控技术包括潜航体的航向控制模型、深度控制模型、高度控制模型的建模及优化技术，猎雷具自主航行航路规划技术，避障任务重规划技术、故障诊断和恢复技术等。
3.2 战斗部自动制导灭雷技术
处理已识别的水雷可采取各种方法，如ROV投放灭雷炸弹和爆破割刀、一次性灭雷具、直升机投放灭雷UUV或发射超空泡射弹、蛙人处理、海豚处理等。处理探明的水雷目标是反水雷作战的重要环节。随着水雷威胁以及国际形势的变化，各国海军都对快速、安全、高效地处理水雷给予高度重视。对一次性灭雷具，直升机投放的灭雷UUV或发射超空泡射弹，如何自动制导接近并销毁水雷便成为快速、安全、高效地处理水雷的关键技术。这就需要发展声呐图像制导技术、光学图像制导技术、战斗部目标自动对准技术、聚能爆破技术、水下射弹发射技术、灭雷炸药水下快速粘接技术等。
4、 反水雷UUV探测识别技术
4.1 自主图像识别技术
水声探测和光学探测是目前探测水雷的主要手段。声呐探测距离较远，但声呐图像的分辨率较低，就是目前分辨率较高的合成孔径声呐、多波束侧扫声呐、多波束前视声呐、多波束三维声呐，其分辨率仍不能满足图像直接识别目标的需求；光学探测虽探测距离较近，但光学图像有较清晰的目标图像，较容易自主识别。因此，水雷声呐图像的自主识别便成为提高反水雷效率的关键技术，也是探测水雷发展的趋势。应发展声呐图像预处理技术、声呐图像分割及剥离技术、水雷目标特征提取技术、目标三维处理技术、水雷目标特征数据库及专家识别系统技术等。 4.2 被泥沙掩埋的水雷识别技术
掩埋水雷的探测与识别是世界各国海军关注的热点，在我国的长江、珠江及沿海各主要港口，战略地位十分重要，这些地区大多是泥底和烂泥底，布雷后水雷很容易被泥沙掩埋，因此对付被掩埋水雷是我们必须面对的問题。探测掩埋、半掩埋的水雷，靠单一的探测手段或设备是难以实现的，必须采用声、光、磁等多种手段综合应用。如美海军采用三合一掩埋水雷探测系统，系统由高频和低频声呐以及超导磁梯度计组成，三者相互协调以确定掩埋和识别水雷。发展对被泥沙掩埋的水雷综合探测、识别技术包括低频声呐（浅层剖面）探测技术、高频和低频合成孔径声呐综合探测技术、参量阵声呐探测技术、磁列阵传感器探测技术等。
5、反水雷UUV其它重点技术及其发展
反水雷UUV关键技术除了上面所说的三大关键技术，还包括材料、低阻力、低速控制、推进/能源系统等方面的重点技术及其发展。
材料技术：反水雷UUV材料技术开发的重点是廉价的轻型材料，这类材料应具有大浮力、大强度、耐腐蚀及抗生物附着等特点。材料类型包括塑料、玻璃钢、陶瓷和合成物等，可以用玻璃纤维和石墨碳复合材料制造高强度轻型非铁质壳体。使用石墨复合材料的难点是穿透壳体的零件的密封、壳体连接、肋骨配置形式以及散热问题。采用金属基体复合材料也许能解决上述难题。
低阻力技术：设计反水雷UUV形状时，需综合考虑其内部空间的使用情况及释放/回收的难易程度等因素。目前各研究机构正在继续研发AUV的新型流体动力设计，但近期的设计大多采用鱼雷形状。
低速控制技术：水下航行器的低速控制装置包括五个基本部分，即控制水下航行平衡和攻角的可变压载系统、六自由度定位的垂直和横向推进器、为高速航行提供升力的艉控制面和控制前进/后退运动的轴向推进器。目前已对AUV的低速控制进行了成功模拟，并将非线性自适应滑动方式控制理论应用于水下航行器上。试验证明，滑动方式控制可以有效地进行精确跟踪和控制。
降噪：目前在研的AUV降噪方法包括采用机械隔离装置、吸声外壳涂层、低噪音推进电机和螺旋桨等。
推进/能源系统技术：常规推进/能源系统（如：铝-氧化银和铝-过氧化氢新型电池）能给反水雷UUV提供2天的工作时间，而燃料电池和热推进系统可为AUV提供数天（并有望长达数周）的作业时间。由美国Alupower公司开发的铝-氧半燃料电池采用铝阳极为燃料、外部氧化剂为反应剂、氢氧化钾为电解液。这种电池有一个独特的自管理电池外壳，使反应时产生的铝沉淀物聚积在电池外壳的底部，避免了使用其它燃料电池中所用的电解液泵和循环系统。然而，与采用电解液泵系统的电池相比，这种电池的功率密度较低。相比之下，银氧化物-锌电池是现有商用电池中能量密度最高的一种，它也是美国海军大量使用的一种水下航行体动力电池。
6、结束语
除上述几个方面外，反水雷UUV的关键技术还涉及传感器技术、图像处理、视频图像的水声传输、位置偏差的修正方法等。通过开发更精确的速度传感器可延长大地定位间隔的时间，从而增加反水雷UUV在作业场所的时间，并提高隐蔽性。新型的换能器技术和计算机技术将为目标探测、避障和目标识别提供高分辨率的图像。在研的反水雷UUV多任务智能管理器/控制器将推进反水雷UUV智能化管理的进程。
参考文献
[1] 符敏.反水雷AUV研制的几个关键技术[J] .水雷战与舰船防护，2010，18（2）：1-3.
[2] 许真珍，封锡盛. 多UUV协作系统的研究现状与发展[J] .机器人，2007.3.
[关键词]反水雷 UUV 猎雷具 探测识别
中图分类号：P426.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）07-0086-02
1、引言
随着现代水雷技术的发展，现代反水雷技术也发生了极大变化。UUV反水雷技术也获得了相应发展，尤其是高新技术在反水雷UUV上的广泛应用，使得UUV反水雷技术变得更加先进。美国曾经将UUV的用途归纳为九种，反水雷是其中重要的应用。本文只针对UUV反水雷应发展的关键技术进行讨论。这些专业的关键技术主要包括：UUV反水雷总体技术、UUV反水雷操控技术和UUV反水雷探测识别技术。另外本文还对UUV反水雷的其它重点技术和发展进行了探讨。
2、UUV反水雷总体技术
UUV反水雷中的猎雷是目前反水雷发展的主要方向之一。根据使命的不同发展不同类别的ROV和AUV。主要使命是远程水雷侦察、情报收集和近海主要港口、海湾、航道猎雷。如美国的远程水雷侦察系统（LMRS）、REMUS AUV、挪威的“休金”1000、法国的“阿里斯特”、瑞典的“双鹰”等。UUV反水雷的总体技术主要包括UUV线型优化设计及流體动力计算技术、UUV结构及低磁低噪设计技术、设备总体配置及动态稳定性设计技术、“六性”设计技术、系统仿真技术、猎雷作战方法及效果评估技术等。
以直升机作为平台布放潜航体，采用水下拖曳方式实现对水雷目标的探测，利用直升机的机动性和快速性，不但大大提高了对水雷目标探测速度，可在浅水滩头和通常较大型反水雷舰船无法到达或无法作业的区域实施反水雷作业，而且能够在雷场周围或雷场中的任何地方进行反水雷作战，安全性好，当任务发生变化时，能作为一支快速反应的反水雷部队，在最短时间内在新的区域开始反水雷作战。直升机猎雷主要技术包括：系统总体配置技术、平台匹配技术、一次性灭雷具投放及导引技术、机载猎雷声呐应用技术和机载猎雷系统作战应用技术。
猎雷作战系统信息融合及仿真的目的是将各个作战信息融合成一体，综合显示猎雷作战区域的作战态势，战区UUV水下作业动态，掌控各UUV配合猎雷作业进程，综合指挥猎雷作战及对猎雷作战效果进行评估。猎雷作战系统信息融合及仿真技术包括海区环境仿真技术，电子海图、水雷目标、声呐及电视图像信息、UUV导航定位信息等信息融合技术，UUV多航次或多UUV航迹数据融合技术，水下网络、水面网络数据传输与融合及其三维仿真显示技术等。
UUV反水雷具有多种作战或作业模式，如远程水雷侦察、引导舰艇规避水雷通过雷区、协助开辟登陆航道、雷区探测水雷、港口及航道自主猎雷、多UUV协同猎雷、水雷诱饵UUV等。针对这些作战模式，需要发展UUV应用的传感器技术，以适应侦察、情报收集及环境适应的需求；发展声呐应用及图像三维显示技术，以适应声呐信号预处理、目标探测、目标分类、目标识别和避障的需求；发展水下组网技术，以适应多UUV协同作业及信息化作战的需求；发展各自作战模式作战效果评估技术，为作战决策提供依据。
UUV反水雷的作战对象是水雷。传统的水雷引信以打击目标的声、磁场强度为起爆条件，声、磁场强度满足设定条件水雷起爆；随着水雷引信技术的发展，出现了以目标与水雷的距离为条件起爆的新型水雷，目标进入水雷破坏半径内水雷起爆。在探测识别和灭雷过程中，UUV需要近距离接近水雷，要求反水雷UUV具有优越的声、磁防护性能和抗爆性能，这就需要发展反水雷UUV低噪、低磁设计技术和结构抗爆设计技术。对以距离为条件起爆的新型水雷，还需要研制抗爆性能很强的诱饵UUV，装配舰船声、磁场模拟器诱爆水雷，因此需要发展舰船声、磁场模拟技术。
3、UUV反水雷操控技术
3.1 猎雷具自动操控技术
猎雷具是搭载各种水下探测设备的平台，这些设备的工作要求平台在水下运动平稳，猎雷作业时常常要求猎雷具保持一定的航向、深度或离地高度航行。对ROV型UUV，这些参数的变化，引起操作员频繁的操作和调整，为减轻劳动强度和提高操控精度，需要猎雷具具有自动航向保持、自动深度保持和自动高度保持等自动操控功能；对AUV型UUV，自动操控包括任务规划/重新规划、路径规划、自主航行、信息融合、数据记录和内部分系统之间信息通信、能量管理、避开障碍、威胁物探测和规避、故障诊断和恢复等。这些功能的实现需要在规定的操作系统环境下通过软件实现。自动操控技术包括潜航体的航向控制模型、深度控制模型、高度控制模型的建模及优化技术，猎雷具自主航行航路规划技术，避障任务重规划技术、故障诊断和恢复技术等。
3.2 战斗部自动制导灭雷技术
处理已识别的水雷可采取各种方法，如ROV投放灭雷炸弹和爆破割刀、一次性灭雷具、直升机投放灭雷UUV或发射超空泡射弹、蛙人处理、海豚处理等。处理探明的水雷目标是反水雷作战的重要环节。随着水雷威胁以及国际形势的变化，各国海军都对快速、安全、高效地处理水雷给予高度重视。对一次性灭雷具，直升机投放的灭雷UUV或发射超空泡射弹，如何自动制导接近并销毁水雷便成为快速、安全、高效地处理水雷的关键技术。这就需要发展声呐图像制导技术、光学图像制导技术、战斗部目标自动对准技术、聚能爆破技术、水下射弹发射技术、灭雷炸药水下快速粘接技术等。
4、 反水雷UUV探测识别技术
4.1 自主图像识别技术
水声探测和光学探测是目前探测水雷的主要手段。声呐探测距离较远，但声呐图像的分辨率较低，就是目前分辨率较高的合成孔径声呐、多波束侧扫声呐、多波束前视声呐、多波束三维声呐，其分辨率仍不能满足图像直接识别目标的需求；光学探测虽探测距离较近，但光学图像有较清晰的目标图像，较容易自主识别。因此，水雷声呐图像的自主识别便成为提高反水雷效率的关键技术，也是探测水雷发展的趋势。应发展声呐图像预处理技术、声呐图像分割及剥离技术、水雷目标特征提取技术、目标三维处理技术、水雷目标特征数据库及专家识别系统技术等。 4.2 被泥沙掩埋的水雷识别技术
掩埋水雷的探测与识别是世界各国海军关注的热点，在我国的长江、珠江及沿海各主要港口，战略地位十分重要，这些地区大多是泥底和烂泥底，布雷后水雷很容易被泥沙掩埋，因此对付被掩埋水雷是我们必须面对的問题。探测掩埋、半掩埋的水雷，靠单一的探测手段或设备是难以实现的，必须采用声、光、磁等多种手段综合应用。如美海军采用三合一掩埋水雷探测系统，系统由高频和低频声呐以及超导磁梯度计组成，三者相互协调以确定掩埋和识别水雷。发展对被泥沙掩埋的水雷综合探测、识别技术包括低频声呐（浅层剖面）探测技术、高频和低频合成孔径声呐综合探测技术、参量阵声呐探测技术、磁列阵传感器探测技术等。
5、反水雷UUV其它重点技术及其发展
反水雷UUV关键技术除了上面所说的三大关键技术，还包括材料、低阻力、低速控制、推进/能源系统等方面的重点技术及其发展。
材料技术：反水雷UUV材料技术开发的重点是廉价的轻型材料，这类材料应具有大浮力、大强度、耐腐蚀及抗生物附着等特点。材料类型包括塑料、玻璃钢、陶瓷和合成物等，可以用玻璃纤维和石墨碳复合材料制造高强度轻型非铁质壳体。使用石墨复合材料的难点是穿透壳体的零件的密封、壳体连接、肋骨配置形式以及散热问题。采用金属基体复合材料也许能解决上述难题。
低阻力技术：设计反水雷UUV形状时，需综合考虑其内部空间的使用情况及释放/回收的难易程度等因素。目前各研究机构正在继续研发AUV的新型流体动力设计，但近期的设计大多采用鱼雷形状。
低速控制技术：水下航行器的低速控制装置包括五个基本部分，即控制水下航行平衡和攻角的可变压载系统、六自由度定位的垂直和横向推进器、为高速航行提供升力的艉控制面和控制前进/后退运动的轴向推进器。目前已对AUV的低速控制进行了成功模拟，并将非线性自适应滑动方式控制理论应用于水下航行器上。试验证明，滑动方式控制可以有效地进行精确跟踪和控制。
降噪：目前在研的AUV降噪方法包括采用机械隔离装置、吸声外壳涂层、低噪音推进电机和螺旋桨等。
推进/能源系统技术：常规推进/能源系统（如：铝-氧化银和铝-过氧化氢新型电池）能给反水雷UUV提供2天的工作时间，而燃料电池和热推进系统可为AUV提供数天（并有望长达数周）的作业时间。由美国Alupower公司开发的铝-氧半燃料电池采用铝阳极为燃料、外部氧化剂为反应剂、氢氧化钾为电解液。这种电池有一个独特的自管理电池外壳，使反应时产生的铝沉淀物聚积在电池外壳的底部，避免了使用其它燃料电池中所用的电解液泵和循环系统。然而，与采用电解液泵系统的电池相比，这种电池的功率密度较低。相比之下，银氧化物-锌电池是现有商用电池中能量密度最高的一种，它也是美国海军大量使用的一种水下航行体动力电池。
6、结束语
除上述几个方面外，反水雷UUV的关键技术还涉及传感器技术、图像处理、视频图像的水声传输、位置偏差的修正方法等。通过开发更精确的速度传感器可延长大地定位间隔的时间，从而增加反水雷UUV在作业场所的时间，并提高隐蔽性。新型的换能器技术和计算机技术将为目标探测、避障和目标识别提供高分辨率的图像。在研的反水雷UUV多任务智能管理器/控制器将推进反水雷UUV智能化管理的进程。
参考文献
[1] 符敏.反水雷AUV研制的几个关键技术[J] .水雷战与舰船防护，2010，18（2）：1-3.
[2] 许真珍，封锡盛. 多UUV协作系统的研究现状与发展[J] .机器人，2007.3.