杨文韬

无人水面艇（USV，Unmanned Surface Vehicle），是指依靠遥控或自主方式在水面航行的无人化、智能化作战平台。可通过飞机或大型舰艇携载，到达预定地点后施放，也可直接在基地近岸使用，实现保护己方、打击敌方的作用。无人水面艇较无人潜航器和无人机的研究起步较晚，但发展迅速，目前已受到世界各海上强国的高度重视。本文将追溯世界无人水面艇的发展历史，介绍世界各国USV的服役特点与研制情况，分析其关键技术，并展望未来发展趋势。

无人水面艇发展回顾

无人水面艇的发展历史最早可以追溯到1898年，当时著名发明家尼古拉·特拉斯发明了名为“无线机器人”的遥控艇。首次应用于实战则在二战时期，最初设计成鱼雷状用以清除碎浪带的水雷和障碍物。诺曼底登陆战役期间，盟军为实现其战略欺骗和作战掩护的目的，曾设计出一种装载大量烟幕剂的无人水面艇，可按预先设定的航向机械地驶往欺骗海域，从而造成舰艇编队登陆的假象。二战后期美国海军还曾通过在小型登陆艇上加装无线电控制的操舵装置和扫雷火箭弹，用于浅海雷区作业。

二战结束后，无人水面艇得到了进一步的发展，主要用于扫雷和战场损伤评估（BDA）等任务，如1946年的“十字路口行动”中，原子弹每次爆炸后，均使用无人水面艇收集辐射水域样品。

到20世纪60年代，苏联研制了小型遥控式无人水面艇，用于向敌方舰艇发动自杀式的撞击爆炸性攻击。这一时期，美国将一型V-8汽油机驱动的7米玻璃钢小艇改装为遥控扫雷艇，配备到胡志明市南部的第113水雷分队，用于越南境内的扫雷作业。20世纪70～80年代，由于技术的限制，无人水面艇发展并未获得很大突破，主要应用于军事演习和火炮射击的海上靶标。20世纪90年代，美国研制的遥控猎雷作战原型（RMOP）艇成功在波斯湾从“库欣”号驱逐舰进行了海上作业。1997年1～2月的“SHAREM 119”演习中，RMOP进行了长达12天的猎雷行动。

随着信息技术、自动控制技术、导航技术及材料科学等方面的进步，无人水面艇技术也得到了新的发展，截止目前，已有十几个国家研制、部署了无人水面艇。

无人水面艇发展现状

纵观当前世界在研和现役的无人水面艇，共约88型，其中在研25型，现役或即将服役的63型，可用于执行数据收集、传输和中继等C4ISR任务，支持常规打击、介入作战、布雷、远程反潜等进攻任务和防空、防御性反潜、反水雷、水面战等防御任务。下面将分别从在研和现役两方面对无人水面艇的发展现状进行介绍。

世界各国在研无人水面艇的基本情况

正在研制无人水面艇的国家大多是美国和其盟国，研制单位包括大型军火企业、高校实验室和军方研究单位等，并以军火企业为主，如表1所示。

这些无人水面艇在技术成熟度（TRL）、长度、航速、自持力、自主化水平、有效载荷和动力方面的情况各异，从技术成熟度来看，大多数达到了TRL6和TRL7的水平，即在相关环境或实际作战环境下进行了组件或试验模型演示。从长度、自持力、有效载荷和有效输出功率等与平台大小相关的指标看，大部分在研无人水面艇为小型平台，这是由于小型平台具有成本优势，且试验易用性高等因素决定的，但未来投入使用时，其平台规模很容易扩大。从航速来看，由于执行不同的作战任务，因此航速差异较大。

世界各国现役无人水面艇的基本情况

当前世界各国已经服役及技术成熟度已达到服役水平的无人水面艇共63型，其中军事用途的无人水面艇数量约占70%，其余主要集中在石油/天然气行业、大学和实验室等研究领域。与军用无人水面艇相比，民用无人水面艇任务灵活性更强，可执行更加多样化的任务。

在任务领域方面，目前无人水面艇侧重的任务类别较少，主要集中在海事安全、情报监视侦察（ISR）、反水雷和环境调查等领域。已投入现役的无人水面艇，共可以执行148个独立任务，可总结为16种不同类型，近80%的任务可以归为情报搜集、表征物理环境收集、反水雷、海事安全和训练测试平台等5类。而在电子战、军事欺骗、恶劣环境下的ISR、恶劣环境中部署传感器、通信中继、布雷、水面作战和地面打击等应用方面仍然存在空白。

由于大多数无人水面艇需要有一定的环境感知的能力，以便远程操作人员或算法可以对环境做出响应，因此执行“情报收集”类任务的无人水面艇数量最多。此外，执行“表征物理环境”类任务的无人水面艇大部分都是民用部门用来进行环境调查工作的，执行“反水雷”任务的无人水面艇大多为欧洲国家装备的感应扫雷无人艇。

在研制和使用国家方面，无人水面艇的研制、开发和使用主要集中在美国及其盟国，且美国在该领域具备领先优势。除美国海军外，其他国家研制使用的无人水面艇大致可归为两类。一类是先进的海事安全和ISR无人水面艇，正在开发的国家有以色列、瑞典、新加坡、意大利和英国等，已投入使用的国家有尼日利亚、以色列和新加坡。该类无人艇可执行港口安全、海洋领域感知、反恐、禁毒、石油和天然气基础设施的保护等任务。第二类为欧洲国家海军装备的感应扫雷无人艇，现已装备丹麦、瑞典、德国和英国海军。在平台大小方面，无人水面艇体积较小，且正在研制的无人水面艇也呈现小型化的特点。由于较小的平台具备成本低、试验便利的优点，因此目前服役的无人水面艇约60%长度都在7米或以下。用于海事安全的无人水面艇长度一般在7～11米，而一些体积较大的无人水面艇则用于较大载荷需求的任务，如感应扫雷。

无人水面艇的技术特点

由于无人水面艇所处的环境在纵向上要跨越空气和水两种介质，因此其功能任务、性能指标和关键技术同其他无人平台有很大区别。

在功能和任务方面，相比于无人机和无人潜航器，无人水面艇兼具无人机执行水面任务和无人潜航器执行水下任务的优势，使其可作为跨水面（域）网络的关键节点，用于收集、处理和传递信息。单独或协同其他有人/无人平台执行C4ISR、军事欺骗、信息作战、电子战、水面作战、反潜战、后勤保障、支援地面进攻、搜救、测试、训练等任务。endprint

在性能指标方面，相比于无人机，无人水面艇在续航时间、有效载荷、水面以下部署传感器方面具备独特优势；但在速度、航程、自主性方面不及无人机。相比于无人潜航器，在续航时间、推进力、速度、航程、有效载荷、水面以上部署传感器、通信方面有优势明显；但由于无人水面艇无法改变深度接近目标，并且隐身性仅能通过外型设计解决，因此在水下传感器部署和隐身性方面不及无人潜航器。

在关键技术方面，由于无人水面艇所处的水面环境十分复杂，不仅包含静态障碍物，同时受海况、其他舰船航行的影响，因此，相比于其他无人系统，自主性成为影响无人水面艇的关键技术因素，而且其他无人系统自主性方面的技术并不适合无人水面艇。

本文对于无人水面艇和其他无人平台均存在的传感器、通信与数据接口、动力等技术问题不再详细介绍，仅对无人水面艇发展起关键作用的自主性技术进行进一步分析。为了准确衡量现役和在研无人水面艇的自主化水平，现对自主化程度进行如下定义：

级别0：无自主性 （全部依赖远程控制）

级别1：简单的半自主性（具备路点导航能力，但无防撞功能）

级别2：半自主性（具备路点导航以及防撞功能）

级别3：高级半自主性（生成到目的地的最佳路线）

级别4：多数环境下的自主性（应用驱动）

级别5：所有环境下的完全自主性（应用驱动）

无人水面艇在执行最简单的任务和功能（如在预定地点部署）时，即需要一定等级的自主能力和基本防撞能力，而在执行如武器发射等高复杂性任务或处于高海况等较复杂环境中时，便对自主性提出了更高要求。对于无人水面艇自主性方面的研究，美国目前处于领先地位。

美国海军始终大力推进无人水面艇自主性方面的研究，并积极吸收民事部门针对自主性和网络化操作的研究成果。其中，海军研究局综合使用三种互补的方法以实现无人艇的导航和自主能力。第一种方法采用了由海军航空作战中心开发的通用导航地理空间工具包和美国海军航空系统司令部的战术控制系统进行路径导航和静态障碍物回避。第二种方法借鉴了喷气推动实验室火星车上的自主系统，使无人水面艇能够更加主动地对环境做出反应。第三种方法基于霍普金斯大学应用物理实验室的研究成果，首先对环境中的每个对象赋予若干属性值，随后通过算法分析这些对象对无人水面艇任务的预期影响，最后针对这些对象做出适当调整。

除此之外，美国海军研究局还资助美国航空航天局的喷气推进实验室开发了机器人代理命令和传感（CARACaS）控制系统，旨在使用最少的人工干预完成无人水面艇的操控和导航。该系统包含环境感知分系统、决策分系统和决策规则三个子系统。其中，环境感知分系统为一个360度的电光系统，配备自动目标识别系统、立体光电红外系统、雷达和自动识别系统、传感器数据融合系统；决策分系统包含一个静止障碍避碰系统和动态伤害规避系统，遵从国际海上避碰规则，并能够跟踪海面环境的动态目标；决策规则名为“CASPER”规则，可根据任务目标和约束条件来规划下一步行动计划。

无人水面艇未来发展趋势

除了自主性这一关键技术外，影响无人水面艇作战效能和使用方式的因素还包括：无人水面艇的部署/回收与补给、通用平台和模块化载荷、续航力等方面。这些技术因素的突破，不仅可以大大拓展无人水面艇的作战使用方式，还可以对其作战效能产生重要影响，将成为无人水面艇未来发展的趋势。

提高部署/回收与补给能力

除进行自我部署外，无人水面艇都需要通过水面舰艇、飞机等其他平台进行部署和回收。在恶劣海况或高速航行时，实现部署/回收，不仅可以提高效率，还可以降低搭载平台的风险和相应成本。对于无人水面艇的海上补给，可有效拓展无人水面艇的活动范围和续航能力，减少其部署和回收次数，提高其行动效率和隐蔽性。

采用模块化载荷和通用平台

无人水面艇最初即以改装已有平台为基础，采用模块化有效载荷和通用化、标准化的平台、技术、组件、接口等，这样可有效降低无人水面艇的研制、使用风险和成本，简化后勤维修的难度，同时增强其与其他平台之间相互协调的能力。

提高续航力

当前，为执行侦察监视、反水雷、反潜等任务，各国海军对无人水面艇的续航能力要求越来越高，而对速度、耐波能力及有效载荷/动力等方面之间的权衡，又制约了其续航能力的增强。目前除了增大平台尺寸以提高续航力外，还可通过转化太阳能、海浪能量的形式为无人水面艇提供能源。

无人水面艇相比于其他无人系统具备独特的优势，拥有良好的应用前景。随着制约其发展的技术因素逐步得到解决，无人水面艇的应用范围和作战能力必将不断拓展。endprint