美國水下信息系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀分析

netouch 2018-12-15

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本文來源：海洋防務(wù)前沿

一、概述

未來戰(zhàn)爭將是向太空和海洋迅速延伸的立體戰(zhàn)爭，水下位勢決定了水上位勢，潛得越深，自身的生存能力越強，信息覆蓋范圍越廣。世界各軍事大國和瀕海發(fā)達國家正在積極從事深海戰(zhàn)場開發(fā)，海洋空間將成為未來沖突與戰(zhàn)爭的主要場所。各國正投入較多的人力、物力和財力，加強水下信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，加緊對潛艇、魚雷和無人潛航器等水下目標的偵察監(jiān)視，以求盡快掌握“制深海戰(zhàn)場權(quán)”。

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二、美國水下信息系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

美國是最早提出水下網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用概念的國家，其研究成果處于世界領(lǐng)先水平。在上個世紀九十年代之前，美軍開展了大量水下網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用研究與試驗，水下信息網(wǎng)絡(luò)理論逐漸成熟，先后試驗成功的水下信息網(wǎng)絡(luò)功能日益完備，性能更加先進，已經(jīng)具備實際作戰(zhàn)能力，整體能力世界領(lǐng)先，具有代表性的有：

⒈岸基聲納監(jiān)視系統(tǒng)（SOSUS）

上世紀70 年代初，美國在大西洋和太平洋部署SOSUS遠程固定水聲監(jiān)視系統(tǒng)，借助于鋪設(shè)在海洋底部的水聽器網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)和確定潛在敵人的導(dǎo)彈核潛艇的位置，查明洋區(qū)和反潛區(qū)的水下情況，為艦隊提供目標信息并引導(dǎo)艦隊進行機動反潛。位于美國東、西海岸的反潛中心在收到水聽器的數(shù)據(jù)后，經(jīng)過分析、處理上報司令部，最后由作戰(zhàn)艦隊情報中心向前沿地區(qū)分發(fā)。SOSUS 系統(tǒng)在大西洋、太平洋部署了多個岸基站，如圖1所示，其中大部分處于值守狀態(tài)，隨時準備投入使用和接收情報。

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圖1 美國岸基聲納監(jiān)視系統(tǒng)（SOSUS）全球部署圖

1996年美國及其盟國重啟一島鏈SOSUS系統(tǒng)，并針對我潛艇改建和擴建原有水下探測系統(tǒng)，探測頻段向低頻段延伸，進一步提升了水下反潛作戰(zhàn)能力。2005年以來，美國及其盟國于西太平洋海區(qū)初步建成了技術(shù)先進、手段復(fù)合、層次分明、縱橫交錯的龐大的反潛網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，完成沖繩島周邊、宮古島至與那國島一線、釣魚島東部至彭佳嶼一線的SOSUS系統(tǒng)建設(shè)，不僅封堵我潛艇前出第一島鏈，而且對我潛艇兵力在西太平洋海區(qū)的作戰(zhàn)行動構(gòu)成了重大威脅。

⒉廣域海網(wǎng)（Seaweb）

廣域海網(wǎng)（Seaweb）是一種典型的海底水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)，將固定節(jié)點、移動節(jié)點和網(wǎng)關(guān)節(jié)點通過水聲通信鏈路連接成網(wǎng)，組成示意圖如圖2。自1998年起，美國海軍多次進行了Seaweb 水聲通信網(wǎng)絡(luò)試驗，旨在推進海軍的作戰(zhàn)能力。

圖2 Seaweb示意圖

Seaweb的設(shè)計目標是能夠進行節(jié)點識別、時鐘同步、地理定位、接入新節(jié)點、放棄失效節(jié)點及網(wǎng)絡(luò)修復(fù)。Seaweb的指控中心部署在艦艇、潛艇、飛機或岸基站，通過衛(wèi)星鏈路或因特網(wǎng)接入浮標網(wǎng)關(guān)節(jié)點。高級別服務(wù)器負責(zé)管理、控制和配置網(wǎng)絡(luò)，每個服務(wù)器都可以記錄并處理數(shù)據(jù)包，支持訪問節(jié)點數(shù)據(jù)。

在1998 的Seaweb試驗中，采用了樹狀結(jié)構(gòu)的地理位置分布進行了Seaweb網(wǎng)絡(luò)配置。網(wǎng)絡(luò)由3個局域網(wǎng)節(jié)點群組成，每個局域網(wǎng)配置1個主控節(jié)點，主控節(jié)點比其他節(jié)點的智能和權(quán)限更高，負責(zé)管理網(wǎng)絡(luò)拓撲、路由和節(jié)點訪問通道。主控節(jié)點負責(zé)與網(wǎng)關(guān)節(jié)點通信，局域網(wǎng)節(jié)點只接收本地節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)。試驗驗證了采用分布式節(jié)點群組成廣域海網(wǎng)的可行性，遠程自主節(jié)點的數(shù)據(jù)包在4次水聲中繼和1次無線通信中繼后，能夠高質(zhì)量、可靠地到達岸基指控中心。

1999年的Seaweb試驗進一步優(yōu)化了1998年試驗中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，重點是多路徑訪問結(jié)構(gòu)。Seaweb服務(wù)器進行遠程配置路由拓撲，實現(xiàn)Seaweb網(wǎng)絡(luò)自動配置和動態(tài)控制。此次試驗實現(xiàn)了節(jié)點對節(jié)點的測距定位和服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的雙向通信，服務(wù)器在給節(jié)點下發(fā)指控報文的同時也能夠接收節(jié)點傳輸?shù)膫鞲衅鲾?shù)據(jù)包。

2000年的Seaweb試驗采用了第三代遙控聲納調(diào)制解調(diào)器ATM885，進一步提高了網(wǎng)絡(luò)性能。2001年的Seaweb試驗布設(shè)了40個通信節(jié)點，并利用潛艇“USS Dolphin”號在布網(wǎng)區(qū)域進行了網(wǎng)絡(luò)性能測試。

之后進行的Seaweb試驗在網(wǎng)絡(luò)覆蓋、網(wǎng)絡(luò)容量、質(zhì)量服務(wù)和資源優(yōu)化等指標均有了進一步提高，并采用了隨機網(wǎng)絡(luò)初始化、節(jié)點測距與定位、擴展頻譜信號、定向水聲換能器、信道實時評估、自適應(yīng)調(diào)制等新技術(shù)。

⒊可部署自主分布系統(tǒng)（DADS）

DADS是美國海軍研究辦公室（ONR）和空間與海戰(zhàn)系統(tǒng)司令部（SPAWAR）聯(lián)合研發(fā)的未來海軍瀕海防雷反潛作戰(zhàn)研究項目。該系統(tǒng)由14個固定節(jié)點及數(shù)個移動節(jié)點組成，包括2個傳感器節(jié)點、2個浮標網(wǎng)關(guān)節(jié)點和10個遙控聲吶中繼節(jié)點，潛艇、AUV、蛙人等作為移動節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器部署在岸基指揮中心。

傳感器節(jié)點和聲吶中繼節(jié)點是可部署的自主節(jié)點，浮標網(wǎng)關(guān)節(jié)點是無線-水聲通信節(jié)點，具有水聲通信接口和無線通信接口功能。水聲通信接口實現(xiàn)與整個網(wǎng)絡(luò)的水聲通信鏈接，無線通信接口實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與岸基、飛機或衛(wèi)星的無線鏈接，為衛(wèi)星或飛機訪問水下節(jié)點提供服務(wù)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點包括固定浮標網(wǎng)關(guān)節(jié)點和AUV移動網(wǎng)關(guān)節(jié)點。移動網(wǎng)關(guān)節(jié)點在水下運動中采集傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)，然后適時浮出水面與岸基或艦基指控中心進行無線通信。

圖3 美國DADS組成示意圖

⒋近海水下持續(xù)監(jiān)視網(wǎng)（PLUSNet）

PLUSNet計劃由美國賓夕法尼亞大學(xué)研發(fā)的一種半自主控制的海底固定和水中機動的網(wǎng)絡(luò)化設(shè)施。該系統(tǒng)以核潛艇為母節(jié)點，核潛艇攜帶的UUV 為移動子節(jié)點，潛標、浮標、水聲探測陣為固定子節(jié)點，如圖4所示，可獲取海洋環(huán)境信息，進行水下目標探測。

圖4PLUSNet示意圖

在“蒙特利灣2006”試驗期間進行的4個項目試驗中，PLUSNet進行了該項目有史以來規(guī)模最大的試驗，十多艘艦艇、三十多個UUV以及各種浮標、潛標參加。UUV編隊每天更改路徑，研究怎樣的編隊形式才能夠覆蓋最大的水下監(jiān)視區(qū)域，在無人潛航器與傳感器之間建立聯(lián)系，并提高網(wǎng)絡(luò)通信與自主能力。

⒌深海對抗項目（DSOP）

美國國防高級研究計劃局（DARPA）在2010年啟動了深海對抗（Deep Sea Operations Program）項目，該項目目標是開發(fā)一種具有反潛戰(zhàn)監(jiān)視能力的深海預(yù)警系統(tǒng)，通過部署在深海底部的分布式聲學(xué)和非聲傳感器節(jié)點探測安靜型潛艇，保護美國航母編隊免遭潛艇的攻擊，同時保持與水面艦艇之間的聯(lián)系，提高反潛部隊對作戰(zhàn)環(huán)境的熟悉程度。該系統(tǒng)能夠適應(yīng)各種作戰(zhàn)環(huán)境，可隨編隊移動，并能在敵方深海區(qū)域長期工作。

DARPA認為該項目的主要挑戰(zhàn)在于：如何實現(xiàn)遠程探測和分類、如何進行遠程水下通信、如何實現(xiàn)持久的能源供應(yīng)，同時還要考慮到深海壓力和溫度等極端條件的影響。

在探測方面，DSOP利用深海聲信號傳播優(yōu)勢探測安靜型潛艇。在能源方面，根據(jù)華盛頓大學(xué)應(yīng)用物理實驗室的研究結(jié)果，目前最佳的能源方式是燃料電池。在部署應(yīng)用方面，美軍依托于其制空、制海權(quán)，采用水面艦艇和空基等多種方式進行布放，系統(tǒng)與外界通過浮標天線進行通信，并接入空海一體戰(zhàn)系統(tǒng)。2013年4月3日，為該項目訂制的UUV 攜帶傳感器完成了深海測試試驗，試驗為期6天，期間進行了2次4450米共計11小時的潛航。目前該項目正計劃生產(chǎn)第二具配備聲納的無人潛航器進行后續(xù)組網(wǎng)行動。

圖5深海對抗項目（DSOP）概念圖

三、我國水下信息系統(tǒng)發(fā)展存在的問題

美軍目前的水下信息系統(tǒng)建設(shè)已由原來的磁探儀等原始單一手段，發(fā)展為中水區(qū)懸浮聲納陣列、深水系留半懸浮水中聲納陣列、超深水系留水中聲納陣列、低頻主動拖曳式聲納等多元化網(wǎng)絡(luò)化的體系建設(shè)。在保持傳統(tǒng)海底聲納基陣優(yōu)勢的同時，不斷拓展移動式、可部署式、分布式、傳感器式等新型技術(shù)和模式，通過將廣闊海域范圍內(nèi)的各種平臺、系統(tǒng)和岸基基站、戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)中心等相對獨立的單位通過基于信息網(wǎng)絡(luò)的作戰(zhàn)體系進行整合，形成了多平臺、多手段、多元化、網(wǎng)絡(luò)化、體系化的完整水下信息系統(tǒng)。積累了大量的全球海洋聲場分布數(shù)據(jù)，再加上其在水下無人平臺、聲吶系統(tǒng)裝備上的世界領(lǐng)先技術(shù)，為其水下信息系統(tǒng)的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。和美國相比，我國水下信息系統(tǒng)的發(fā)展存在以下差距：

⒈水下目標探測能力亟待提高

我國在近海海域布設(shè)有少量的岸基光纖水聲被動探測陣，主要停留在試驗驗證、數(shù)據(jù)積累階段，離實際作戰(zhàn)部署還有很長一段路要走，在深遠海水下目標監(jiān)視方面，僅有少量潛、浮標用于水聲數(shù)據(jù)收集，系統(tǒng)構(gòu)建目前僅停留在理論研究、前期規(guī)劃階段，離實際建設(shè)與應(yīng)用部署還有一段距離。

我國水下目標監(jiān)視作戰(zhàn)力量非常有限，水面作戰(zhàn)艦艇、潛艇、反潛直升機及反潛巡邏機對安靜型潛艇、小型UUV的探測能力遠不能滿足作戰(zhàn)需求，我國需要盡快建設(shè)水下目標監(jiān)視作戰(zhàn)力量，彌補反潛作戰(zhàn)體系的短板，為我海軍提供清晰透明的水下戰(zhàn)場態(tài)勢，協(xié)助我軍掌握未來周邊海上沖突與戰(zhàn)爭的主動權(quán)。

⒉作戰(zhàn)意圖判斷與威脅評估能力有待提升

受限于對敵攻擊潛艇與彈道導(dǎo)彈潛艇探測跟蹤的欠缺，我國對敵潛艇的活動規(guī)律掌握不多，目標識別能力較低，作戰(zhàn)意圖分析、威脅評估分級能力尚不構(gòu)成有效作戰(zhàn)體系。

⒊深遠海域水文信息大數(shù)據(jù)支持能力有待形成

在未來可能發(fā)生沖突的深遠海域，我國還未建設(shè)可提供有效支持的水文環(huán)境資料大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，無法為未來對敵攻擊潛艇探測跟蹤、對敵彈道導(dǎo)彈潛艇遠程預(yù)警提供海洋水文信息支持，需要盡快建立我國的深淵海域水文信息大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，為未來可能爆發(fā)的沖突與戰(zhàn)爭提供準確詳細的水文信息支持。