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摘要
海军和其他国防部组织越来越关注无人驾驶船舶（USV）在各种任务和应用中的使用。USV一词是指在没有船员的情况下在水面上运行的任何交通工具。现已证明：USV具有可以降低对载人部队的风险的潜力，为完成军事任务提供必要的力量倍增。以更经济的方式完成载人船舶无法完成的任务。下面介绍了全球USV活动以及USV的技术难点。给出了了USV的定义及其典型应用。开发USV的技术难点：包括其智能水平、智能控制方法、高稳定性船体以及成本降低。通过全球研究人员的共同努力，相信USV的发展将在不久的将来进入一个新阶段。这样USV很快将在军事和民用服务中得到广泛应用。
关键词：无人船、濒海战斗舰、监视和侦察、无人作战系统、反雷措施
1引言
无人驾驶是未来海军的重要组成部分。对无人驾驶水下航行器（UUV）和无人驾驶飞行器（UAV）进行了重要的研究和开发，但对无人驾驶船舶（USV）的研究却很少，主要在全球沿海地区。面对敌人越来越先进的武器系统，将军队直接暴露在敌人火力下是不可行的，特别是在不允许伤亡的情况下：此时美国运输部队为舰队提供额外的军事能力。USV可以部署在载人船舶无法抵达的水域，包括这些高危环境：被核、生物或化学剂污染的区域。无人船具有可靠，快速，高度机动的特性。这些特点允许他们进行各种任务，包括沿海巡逻，而不会危及海军人员。
虽然USV可以追溯到第二次世界大战，但仅在20世纪90年代出现了大量项目。这归功于技术进步，但主要是受到美国海军范式转变的推动。2001年，美国海军研究办公室（ONR）提出了濒海战斗舰（LCS）的概念。作为一种无人驾驶系统任务可重构系统，LCS在沿海地区进行了灵活性的优化。LCS通过使用无人机，水面和水下航行器联合行动，从而产生力量倍增的效果。LCS中清楚地提到了智能高速USV与UUV和UAV共同构成无人作战系统。该无人作战系统可以满足海军对经济、高效和技术完善的多任务系统的需求，能够在全球范围内部署沿海作战。
在第二次海湾战争中，美国海军成功地完成了无人潜艇的任务，这增加了美国海军对无人潜艇的兴趣，一些现代海军也纷纷效仿。现已证明：USV具有可以降低对载人部队的风险的潜力，为完成军事任务提供必要的力量倍增。以更经济的方式完成载人船舶无法完成的任务：采集大小型鱼雷和无人驾驶船只的数据。
2 USV的描述
USV基于大载荷、高速小型船舶设计和无人驾驶系统技术的创新，可提供高性能的无人驾驶水面船舶以满足多任务的需求。美国“海军内部人士”杂志中提到美国海军2007年出版了 “无人水面舰艇总体规划”（以下简称“总体规划”）。“总体规划”研究了各种可用的USV类型和特征，分析了与USV任务相关的属性，并将船舶属性与任务需求进行了比较。它定义了四类无人驾驶船：X-class、Harbor-class、Snorkeler-class、Fleet-class。“总体规划”得出的结论是长度为7至11米的小型USV是USV舰队的支柱。
2.1工艺类型
由于船体设计的主要考虑因素是USV与海面的接触形式，因此对许多船体和艇型进行了检查。
（1）半潜式工艺;
（2）常规滑行船体工艺;
（3）半滑行船体工艺;
（4）水翼艇;
（5）其他工艺类型。
不同的船体形式更适合其所对应的特定操作。载人船舶的要求受到人类的限制：例如运动、温度、居住空间等。然而，对无人系统的要求完全基于机器能够处理什么。由于这种需求的转变，使得新的船体形式虽然不适合载人作业，但是可作为usv的主要候选方案。
2.2应用
USV有很多应用。“总体计划”描述了在操作范围内的七种高优先级无人驾驶船只的任务。按优先顺序是:水雷对抗、反潜作战、海上安全、水面作战、特种作战部队支援、电子战、海上封锁作战支援。这里我们列出了USV的几个典型应用。
2.2.1矿山对策（MCM）
MCM任务需求是由舰队快速建立大型、安全的作战区域、运输路线和运输通道的需要驱动的。MCM能力的目标是在不需要有人平台进入可疑采矿区的情况下找到或创建远离海雷的舰队作业区，并缩短MCM时间。针对MCM的任务，利用简单的阶梯模式，建立了一个搜索随机放置地雷的模型。据推测，发现的每一枚地雷也都是使用USV部署的地雷导弹进行压制的。此外，这一能力需要在近期海军部队结构内运作，并独立于其他作战能力运作。
2.2.2反恐
USV独立运营或整合到更广泛的安全网络中，提供港口、港口和河流安全保护能力，以防范隐蔽或非常规威胁。USV在长时间远程进行日夜港口，港口或河流监视的能力方面是独一无二的，审讯潜在的威胁平台，并允许指挥官在必要时消除这些威胁，通过其进行反恐保护的能力。USV是一种力量倍增器，而不会让训练有素的人员处于危险之中。
通过集成的导航传感器，例如GPS、导航雷达和摄像机。USV甚至可以在繁忙的水道中进行港口监视。USV能够为商船或海军舰船提供远程探测，发现潜在威胁。
2.2.3监视和侦察
USV可以在海上或岸上的指挥官和操作员的指导下成功监控水道（无论条件有多危险）。USV通常都有一个安装在摄像头上的摄像头，可以进行日夜操作并具有前视红外线、能够探测和跟踪附近目标的激光测距仪。USV的通信单元在USV和控制站之间保持恒定的连接。导航、监视和侦察能力使水手能够识别可疑行为，消除风险和保护高价值的海上设施和船舶，特别是在拥挤的海上交通中。另外，因为指挥控制中心的工作人员可以远距离操作，USV为海上作战部队提供了更大的能力和灵活性。
2.2.4反潜战（ASW）
重要的是，我们的海军能够在指定的时间和地点实现并保持对所有世界沿海地区的访问。鉴于我们潜在敌人的潜艇威胁不断增加，建立和保持高效的反潜能力至关重要。
ASW任务能力的作战概念包括单静态方法（发射器和接收器配置在一个USV上）、双静态和多静态方法（发射器和接收器位于不同的平台/USV上）以及发射接收进行阶段传感器和枪手相对位置的多种变化。USV将补充和扩展现有的ASW能力，具体的USV雇用方案基于其他可用资产及其能力。
2.3级别
“总体规划”将USV划分为三个标准类别和一个非标准类别。
1）X-Class：是一种小型的非标准系统。它提供“低端”智能：监视、侦察（ISR）能力。以支持有人操作，并从小型载人飞船发射。如11米刚性充气艇（RIB）或战斗橡胶突击艇（CRRC）。
2）港口级：基于海军标准7米RIB，专注于海上安全任务，具有强大的ISR能力以及致命和非致命武器的混合。“港口级”USV可以支持我们的大多数舰队，因为它将使用标准的7米接口。
3）Snorkeler：是一种7米半潜式航行器（SSV），支持MCM拖曳（搜索）任务。利用其相对隐蔽的轮廓，ASW还能够支持特殊任务。
4）舰队级：将是专门建造的USV，与当前11米RIB的操纵设备和重量限制一致。舰队级的变速器：支持MCM扫描、保护通道ASW和“高端”表面战争任务。
3 USV的发展
在第二次世界大战之后，无人船在海军作战中的使用并不新鲜，USV被开发并用于诸如扫雷和战损评估（BDA）。例如：在1946年，在十字路口行动期间，无人船被用于在每次原子弹爆炸后获得早期的放射性水样。后来，在20世纪60年代后期，由V-8舷内燃气发动机提供动力的7米玻璃纤维船体被改装为远程控制的“链条阻力”扫雷艇。
在20世纪90年代，远程扫雷作战（RMOP）第一代是在波斯湾的库欣号航空母舰上运行的。RMOP在1997年1月和2月进行了12天的采矿作业，参加了SHAREM 119演习。直到1990年才成为无人驾驶船只的大型项目。这是因为科学技术的进步，更多是因为美国海军更加关注沿海战争和反恐战争。在第二次海湾战争中，无人驾驶船只吸引了美国海军关注，因为无人驾驶船只成功地完成了任务。其他欧洲国家也从那时起将无人驾驶船只引入现代海军。
3.1 USV在美国的发展
Spartan Scout USV于2002年由位于罗德岛州纽波特的美国海军海底战争中心与Radix Marine，Northrop Grumman和Raytheon共同创建。作为先进概念技术示范（ACTD），法国海军和新加坡海军加入2003年美国海军的SPARTAN计划。其目的是保护部队免受不对称威胁；提高联网ISR的预警能力；验证USV对无人驾驶传感器和武器的有效性；最大限度地减少人员参与、降低风险伤亡人数。
Spartan Scout USV基于商用7米刚性船体充气船，重量为2吨（Maguer等，2005）。该工艺可配备模块化有效载荷包，用于水雷战、ISR/力保护、港口保护、对地面和陆地目标的精确打击以及可能的反潜战。
2003年12月，从葛底斯堡号驱逐舰成功地在波斯湾发射了斯巴达侦察机的原型，并进行了远程操作。2005年4月初，Spartan Scout在马里兰州阿伯丁试验场进行了首次USV实弹射击试验。它在开阔的水面上移动时发射了一个遥控的、高保真的、电光瞄准的50口径机枪。
在操作期间处理斯巴达USV的唯一人员是一名两人船船员，负责发射和回收USV。斯巴达通过与巡洋舰作战方向中心的三台笔记本电脑的数据链接进行控制。图1演示如何使用遥控器来操纵改装的RIB Spartan USV。这个USV参加了“持久自由行动”和“伊拉克自由”以及阿拉伯海湾的其他战斗任务。
图1 斯巴达USV
海军认为斯巴达是一种低成本的手段，可以扩展海上巡逻区域，并为船只和其他舰队资产提供反恐部队保护，抵御小型、密集的敌方船只和水雷。斯巴达是海军新型LCS级舰艇的潜在武器系统之一。将使用可互换任务模块执行各种任务。
在美国有很多公司开发了USV，他们也取得了相当大的进步。例如，由USRobotics船公司开发的Ghost Guardians可以完成部队保护、货物交付（lt;150kg）、收集信息、海洋监测等任务。美国圣地亚哥空间和海战系统中心的机器人小组开发了一个USV试验台，作为快速原型制作和新概念测试的通用平台（Ebken等，2005）。基于庞巴迪Sea Doo挑战者2000，由Mercury 250-hp Opti Max燃油喷射的V-6A驱动。佛罗里达州的Sea Robotics公司专门从事远程或自动操作的小型智能船舶。价格从35000美元起，用于小型的功能性USV，包括船体、推进、电池以及操作系统，许多船只都是小型模块化和便于携带的，可以在偏远地区快速部署或由大型船只部署。指挥和控制系统用户友好且紧凑，允许背包移动。
3.2 USV在美国以外的发展
2003年，以色列拉斐尔武器设计局向以色列国防军交付了第一批“Protector”高速自主无人水面舰艇。一艘9米长的硬壳充气船，该保护装置具有隐身性、高度自主性，可在港口、河岸、港口和沿海水道的指挥官的一般指导下，以各种角色进行操作，如部队保护、反恐、监视和侦察、水雷战和电子战。
Protector的船体是一个深V形的滑行船体，充气部分提供稳定性和耐久性。单个柴油发动机驱动喷水，速度达50节。Protector的选项模块化系统包括高精度、稳定的小型台风武器系统，具有良好的命中和杀伤概率，以及用于探测、识别和瞄准操作的摄像头、搜索雷达和Toplite光电（EO）吊舱。
Protector的反恐任务模块包括已经在美国和其他国家服役的先进子系统。
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资料编号：[1795]
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