无人水下航行器声呐装备现状与发展趋势

无人水下航行器声呐装备现状与发展趋势

无人水下潜航器（UUV）最早出现于20世纪60年代。在发展初期，UUV主要用于深水勘探、沉船打捞、水下电缆铺设及维修等民用领域，后逐步扩展应用于水下声源探测、协助潜艇深水避雷、港口战术侦察等军事领域。近十几年来，随着平台、推进器、导航、控制系统以及传感器技术的发展，加上现代战争追求人员零伤亡的理念，UUV的军事应用得到高度重视，其在水下侦察、水下通信和反潜、反水雷作战、信息作战等领域的应用得到了空前发展。

美国国防部于2007～2013年间前后发布了4版《无人系统（一体化）路线图》，其中针对UUV的4个级别将任务按优先级扩充为17项，如表1所示：

美海军于2000年和2004年分别发布两版《海军无人水下潜航器总体主规划》，将UUV（不分级别）的任务按优先顺序归纳为9类：①情报/监视/侦察（ISR）；②水雷对抗（MCM）；③反潜战（ASW）；④检查/识别；⑤海洋调查；

⑥通信/导航网络节点（CN3）；⑦载荷投送；⑧信息作战；

⑨时敏打击。

不论是《海军无人水下潜航器总体主规划》，还是《无人系统（一体化）路线图》，这几版文件中对于所有级别的

UUV，情报/监视/侦察（ISR）、检查/识别和水雷对抗（MCM）这3项任务的排序都十分靠前，这也印证了在当今复杂国际环境下美国海军对于这3项UUV任务执行的迫切需求。

UUV执行各项任务无一不需要声呐的配合，尤其是对于ISR、检查/识别和MCM，声呐性能的优劣，往往是任务完成度的决定性因素。根据功能的不同，UUV声呐装备主要分为三大类：通信声呐、导航声呐和探测声呐，如图1所示。

通信声呐主要用于UUV与协同行动的其他UUV、母船（艇）或通信浮标之间的信息链接；导航声呐为UUV的安全航行和执行作业任务提供其位置、航向、深度、速度和姿态等信息；探测声呐主要用于警戒、探测、识别水中或沉底目标信息，对水下地形、地貌、地质进行勘察和测绘。承担不

同任务的UUV，应装备不同的声呐系统，声呐作为UUV完成使命任务的重要手段，已成为UUV装备发展的关键内容之一。

一、国外UUV声呐装备现状

（一）国外UUV探测声呐装备

在UUV声呐装备中，探测声呐种类最为丰富，常见的有：侧扫声呐、合成孔径声呐、前视成像声呐、多波束测深声呐、舷侧及拖曳被动探测声呐等。UUV由于受载荷空间与能源的限制，需要根据特定任务选择相应功能声呐装载。

⑴侧扫声呐

侧扫声呐是利用海底表面物质的散射特征差异来判断目标物的沉积属性或形态特征。作业时向两侧发射宽角度波束，以覆盖海底大面积区域，然后通过接收海底的反向散射数据进行成像。

国际上应用较成熟的无人水下航行器如美国BLUEFIN-21、SEAHORSE，德国SeaOtter，挪威HUGIN1000/3000均配备侧扫声呐。典型的有美国EdgeTech公司2200系列侧扫声纳，采用模块化设计，功耗低，最大工作水深达6000m，其本身装有换能器及耐压舱，可独立作业；也可安装在UUV 的耐压舱中，利用平台处理器进行控制，工作频率为75&120kHz、75&410kHz或120&410kHz。可用于执行海底目

标搜索、地球物理测量、电缆/管线敷设定位等具体任务。

⑵合成孔径声呐

合成孔径声呐是利用匀速直线运动的声基阵，形成大的虚拟（合成）孔径，以提高声呐横向分辨率。具有横向分辨率与工作频率和距离无关的优点、其分辨率比常规侧扫声呐高1～2个量级。由于具备超高分辨率的小目标成像能力，

合成孔径声呐常作为UUV执行水雷对抗（MCM）使命的首选装备，如美国的REMUS600、挪威的HUGIN1000/3000均有配备。

HUGIN1000/3000军用UUV上所配置的Kongsberg公司HISAS1030合成孔径声呐，采用干涉式聚焦合成孔径成像技术，可以在恶劣环境下实现远距离高分辨成像，其工作频率为60～120kHz，最大量程达到200m@2m/s或者260m@1.5m/s，实际分辨率在全量程内均优于5cm×5cm。

⑶多波束测深声呐

多波束测深声呐是利用发射换能器阵列向海底发射宽扇区覆盖的声波，利用接收换能器阵列对声波进行窄波束接收，通过对发射、接收扇区指向的正交性形成对海底地形的照射脚印进行处理，一次探测就能给出与航向垂直的垂面内上百个甚至更多的海底被测点的水深值，从而精确、快速地测出沿航线一定宽度内水下目标的大小、形状和高低变化，并较可靠地描绘出海底地形的三维特征。

多波束测深声呐在执行大范围海底搜索和地形测绘时效果显著，大多数军用或民用UUV均为该类声呐留有接口，如美国的BLUEFIN-21、HUGIN1000/3000，德国的SeaOtter 等。丹麦的RESONSeabat7125-AUV多波束测深声呐，具有400kHz的工作频率，波束宽度达到1°×0.5°，覆盖开角达165°，最大测深能力不小于175m。

⑷被动探测声呐

UUV装备的被动探测声呐通常指进行远距离目标探测的被动声呐，主要有舷侧阵声呐和拖曳线列阵声呐。相比于潜艇上的装备，UUV舷侧阵声呐受安装尺度所限，阵列长度大幅缩减，工作频段也会有所不同；UUV拖曳线列阵声呐则是受机动性限制，一般只采用挂接形式。

利用被动探测声呐，UUV能够将情报、监视与侦察（ISR）这项最优先、最基本的任务有效地扩大到极浅水域和常规平台难以抵达的地区，完成对信号、图像、特征等情报的搜集，同时与水下信息网络紧密结合，实现水下战场的“单向”透明，并在反潜战（ASW）中产生巨大效能。

被动探测声呐多装备于大型或超大型无人水下航行器（LDUUV/XLUUV），如美国“虎鲸”超大型UUV，其两舷侧设计有72（或96）单元水听器阵列；俄罗斯“替代者”超大型UUV，设计具备携带拖曳线列阵声呐的能力。被动探测声呐对敌水面舰探测跟踪距离可达到数十千米，对敌低噪潜艇发现距离也可达数千米，极大地提升了UUV在ISR与ASW 中的作战实力。