基于无人潜航器的有效载荷探讨

基于无人潜航器的有效载荷探讨
摘要：介绍了无人潜航器的种类。

根据无人潜航器载荷所具备的功能进行分类，无人潜水器所搭载的各种有效载荷主要分为两大类：航行保障载荷与任务载荷。

关键词：无人潜航器；有效载荷；通信载荷；声呐载荷
引言
无人潜航器是新一代无人航行器，将成为完成各种水下任务的重要工具，例
如铺设管线、海底考察、数据收集、钻井支援、海底施工、水下设备维护与维修、海上侦察与搜索、水下搜索与调查、反潜作战等。

近些年来，随着空中无人机（UAV）的快速式发展，其在各领域内的应用范
围越来越广泛。

而与之相对的水下无人潜航器，也逐渐步入了发展快车道。

这些
种类各异的无人潜航器活跃在海洋科学研究、海洋工程施工、水下安保和水下作
战等各类民用及军用领域。

图1 蓝鳍金枪鱼UUV
无人潜航器，我们习惯称之为无人水下机器人，通常分为无人遥控潜航器
（简称为ROV）和自主水下无人航行器（简称为AUV或UUV）两大类。

它们最大的区别是ROV通过脐带电缆与母船连接，操作者通过监视器可以看到水下情况并
实时操控载体的运动和各种设备的开关；而AUV则完全脱离母船，根据事先规划
的路线，自主地执行使命，其作业范围比ROV更大。

由于自身具有灵活的机动性、良好的隐蔽性和较强的续航力等技术特点，AUV在海洋探测领域发挥着独特的作用，被称为水下力量的倍增器。

图2 带有脐带电缆的ROV
1 无人潜航器的主要特点
1.1 态势感知能力强
无人潜航器可同时侦察、监视多个水面和水下目标，跟踪重要目标，及时回
传目标信息，进一步拓展情报、侦察与监视能力；可将侦察监视范围延伸至危险
水域或濒海水域，持续提供各类水下战场情报，有效提高美军水下战场态势感知
能力。

1.2 隐蔽性强
无人潜航器体积小、生存力强，采取防区外投放、快捷通信、减少上浮次数
和时间、完成任务后自毁等措施，可进一步提高行动隐蔽性，降低暴露概率，有
效掩饰作战意图。

1.3 使用灵活性强
无人潜航器可根据需要适时、适地布放，可选用潜艇、水面舰船和飞机布放，也可由岸基直接布放；可在浅水区作业，也可在600m~6000m的深水区作业；可
连续待机或作业数月时间，也可快速实施短时行动；可作为侦察平台，也可作为
网络中心战的中继枢纽；可作为诱饵，也可作为打击平台直接攻击目标。

1.4 遂行任务多样
无人潜航器一般采用模块化设计，开放式系统架构，可根据任务需要加装、
更换各类载荷，具备遂行海洋环境情报收集、预警监视、反潜作战以及水下打击
等多样化任务的能力。

2 无人潜航器的有效载荷
无人潜航器是一个特征明显的多学科融合、交叉发展的前沿研究领域，长期
以来，我国在该领域的研究重心主要集中在潜航器其平台自身上，包括其载体结构、控制系统、导航系统、动力推进系统、能源供应系统等各个方向，而搭载在
无人潜航器上用以实现与执行各种功能使命的各种电子和机械装备——即有效载
荷的研究并未受到足够重视。

同时，我国在各类高性能声纳领域进行了持续的科
研投入，并获得了丰硕的成果，但对于此类声呐的小型化、低功耗的平台适装性
研究投入则有所不足。

随着越来越多的资源在海洋中被发现，世界各国对于海洋
维权的意识不断增强，为了扩大对海洋的搜探、感知范围和能力，世界各国尤其
是西方发达海洋国家越来越依仗于AUV、ROV等无人平台，开发利用各类海洋资源，收集海洋环境信息，及时有效的实现海洋维权均是现实而迫切的需求。

由于
无人潜航器的储能和空间均十分有限，因此对其搭载的各类有效载荷在重量尺寸、功耗效率、以及系统集成技术方面提出了极高的要求，而传统的高性能水下感知
设备，如高精度成像声纳、高速通信声纳和高效探测声纳往往体积比较庞大，且
功耗较高，无法适装于该类无人平台。

因此，针对无人潜水器的研究与开发不仅
包括潜航器平台本身，其搭载的有效载荷也是至关重要的组成部分。

图3 无人潜航器的各类有效载荷
根据载荷所具备的功能进行分类，无人潜水器所搭载的各种有效载荷主要分
为两大类：航行保障载荷与任务载荷。

航行保障载荷是无人潜水器在水中正常航
行所不可或缺的电子设备，这些载荷保障无人潜航器（主要是AUV）能够在水中
安全、稳定的按照规划的航线航行，是潜航器执行各种任务与使命的基本保障。

典型的航行保障载荷包括多普勒计程仪、惯性和电磁导航设备、避碰声纳等。

惯
性和电磁导航设备实时提供位置信息，保障潜航器的正常航行。

多普勒计程仪能
够提供潜水器的航行速度和深度信息，通过与惯性导航设备构成组合导航系统，
能够提高导航系统的精度。

避碰声纳能够保障潜水器的航行安全，避免在航行过
程中碰到舰船、水下山石等。

可以说这些航行保障载荷是潜水器不可或缺的重要
组件。

任务载荷是指无人潜航器执行不同使命任务所搭载的相应的机电设备，从
任务的划分来看，可以分为三大部分，执行通信任务的通信载荷，侧重成像与信
息搜集功能的成像载荷，以及侧重探测与侦察功能的探测载荷。

搭载通信载荷的
无人潜航器能够与其它潜水器或海上舰船、潜艇、浮标、潜标等建立通信链路，
进行信息交互，可以及时将搜集的情报和信息及时传达给指控中心，也能够实时
接收指控中心下达的命令，因此通信载荷在潜水器执行军事防卫和海洋开发任务
中发挥着至关重要的作用。

图4 通信载荷设备及工作图成像
载荷在军事和民用领域都具有极大的应用价值。

在军用领域中，无人潜航器
搭载成像载荷可以执行反水雷和战区地形测绘等任务，帮助军方把握战场主动，
降低战争伤亡与损失。

在民用领域中，搭载成像载荷的无人潜航器可以执行水下
地形地貌测绘、海底资源勘探、海洋环境数据采集、水下目标探测，以及海底科考、航道清淤、水下搜救等任务，为海洋开发提供重要的技术支撑，具有成本低
效率高的优点。

典型的成像载荷包括高分辨成像声纳载荷、侧扫声纳载荷、前视
成像载荷、多波束声纳载荷、水下激光成像仪、水下摄像机等。

图5 高分辨率成像声纳载荷主机
探测载荷主要应用于军事领域，其主要功能是发现目标并获取目标的方位、
距离、速度等信息，以实现对目标的探测、定位与跟踪，是海军执行情报搜集、
监视与侦察任务的有效手段。

典型的探测载荷包括舷侧阵探测声纳、拖曳阵探测
声纳等。

根据上述分析，可以看出，无人潜航器的有效载荷在无人潜航器的发展
过程中具有十分关键的意义，决定着潜航器的应用价值与发展前景。

随着国民经
济领域海洋开发的不断推进，以及军事应用的迫切需求，无人潜航器所搭载的各
种载荷必然面临十分巨大的市场需求。

因此，研究、开发并生产相应的无人潜航
器有效载荷装备，对于海洋科研、海洋工程和国防事业都具有重要意义。

3 结束语
目前，我国海军水下无人作战系统已开展一些研究工作，且研发势头强劲，
已取得一些无人潜航器平台原理样机、任务载荷、控制系统等科研成果。

但是，
由于国内各相关研究单位基本上是各自独立发展，研发力量分散，未形成整体优势，也没有从顶层进行统筹规划，缺乏研发的大思路，技术进步较为缓慢，很难
适应我国海军武器装备体系化建设和未来作战的需要，也难以促推我国海军水下
无人作战系统技术创新、跨越发展。

鉴此，为了使我国在我国未来海军水下无人作战系统领域占据重要一席之地，需要加强顶层策划，主动整合国内研发力量，形成有效合力，开展重点技术攻关，不断提升研发能力，力争掌握海军水下无人作战系统研发的主导权，以牵引、推
动我国海军水下无人作战系统发展，实现 2030 年前我国海军无人作战系统成体
系化投入装备与使用，赶超国际水下无人作战系统先进技术。

参考文献：
[1]徐建安，王玉甲，张铭钧．自主式水下机器人试验平台研制与实验研究[J]．哈尔滨工程大学学报，2007，28（2）：212-217．
[2]张铭钧.水下机器人[M].北京：海洋出版社，2000.
[3]李大鹏，孟晓宇，曹和云. 网络中心战条件下的自主式无人水下航行器[J].
潜艇技术，2013，12（2）：44–57.
[4]牛轶峰，沈林成，戴斌，等. 无人作战系统发展[J]. 国防科技，2009，30（5）：1–11.。