聚焦｜美國水下信息系統發展現狀分析

一、概述

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

二、美國水下信息系統發展現狀

美國是最早提出水下網絡應用概念的國家，其研究成果處於世界領先水平。在上個世紀九十年代之前，美軍開展了大量水下網絡應用研究與試驗，水下信息網絡理論逐漸成熟，先後試驗成功的水下信息網絡功能日益完備，性能更加先進，已經具備實際作戰能力，整體能力世界領先，具有代表性的有：

⒈岸基聲納監視系統（SOSUS）

上世紀70 年代初，美國在大西洋和太平洋部署SOSUS遠程固定水聲監視系統，藉助於鋪設在海洋底部的水聽器網絡發現和確定潛在敵人的導彈核潛艇的位置，查明洋區和反潛區的水下情況，為艦隊提供目標信息並引導艦隊進行機動反潛。位於美國東、西海岸的反潛中心在收到水聽器的數據後，經過分析、處理上報司令部，最後由作戰艦隊情報中心向前沿地區分發。SOSUS 系統在大西洋、太平洋部署了多個岸基站，如圖1所示，其中大部分處於值守狀態，隨時準備投入使用和接收情報。

圖1 美國岸基聲納監視系統（SOSUS）全球部署圖

1996年美國及其盟國重啟一島鏈SOSUS系統，並針對我潛艇改建和擴建原有水下探測系統，探測頻段向低頻段延伸，進一步提升了水下反潛作戰能力。2005年以來，美國及其盟國於西太平洋海區初步建成了技術先進、手段複合、層次分明、縱橫交錯的龐大的反潛網絡系統，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系統建設，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的作戰行動構成了重大威脅。

⒉廣域海網（Seaweb）

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

圖2 Seaweb示意圖

Seaweb的設計目標是能夠進行節點識別、時鐘同步、地理定位、接入新節點、放棄失效節點及網絡修復。Seaweb的指控中心部署在艦艇、潛艇、飛機或岸基站，通過衛星鏈路或因特網接入浮標網關節點。高級別服務器負責管理、控制和配置網絡，每個服務器都可以記錄並處理數據包，支持訪問節點數據。

在1998 的Seaweb試驗中，採用了樹狀結構的地理位置分佈進行了Seaweb網絡配置。網絡由3個局域網節點群組成，每個局域網配置1個主控節點，主控節點比其他節點的智能和權限更高，負責管理網絡拓撲、路由和節點訪問通道。主控節點負責與網關節點通信，局域網節點只接收本地節點發送的數據。試驗驗證了採用分佈式節點群組成廣域海網的可行性，遠程自主節點的數據包在4次水聲中繼和1次無線通信中繼後，能夠高質量、可靠地到達岸基指控中心。

1999年的Seaweb試驗進一步優化了1998年試驗中的網絡結構，重點是多路徑訪問結構。Seaweb服務器進行遠程配置路由拓撲，實現Seaweb網絡自動配置和動態控制。此次試驗實現了節點對節點的測距定位和服務器與網絡節點的雙向通信，服務器在給節點下發指控報文的同時也能夠接收節點傳輸的傳感器數據包。

2000年的Seaweb試驗採用了第三代遙控聲納調制解調器ATM885，進一步提高了網絡性能。2001年的Seaweb試驗佈設了40個通信節點，並利用潛艇“USS Dolphin”號在佈網區域進行了網絡性能測試。

之後進行的Seaweb試驗在網絡覆蓋、網絡容量、質量服務和資源優化等指標均有了進一步提高，並採用了隨機網絡初始化、節點測距與定位、擴展頻譜信號、定向水聲換能器、信道實時評估、自適應調製等新技術。

⒊可部署自主分佈系統（DADS）

DADS是美國海軍研究辦公室（ONR）和空間與海戰系統司令部（SPAWAR）聯合研發的未來海軍瀕海防雷反潛作戰研究項目。該系統由14個固定節點及數個移動節點組成，包括2個傳感器節點、2個浮標網關節點和10個遙控聲吶中繼節點，潛艇、AUV、蛙人等作為移動節點加入網絡，服務器部署在岸基指揮中心。

傳感器節點和聲吶中繼節點是可部署的自主節點，浮標網關節點是無線-水聲通信節點，具有水聲通信接口和無線通信接口功能。水聲通信接口實現與整個網絡的水聲通信鏈接，無線通信接口實現網絡與岸基、飛機或衛星的無線鏈接，為衛星或飛機訪問水下節點提供服務。網關節點包括固定浮標網關節點和AUV移動網關節點。移動網關節點在水下運動中採集傳感器節點數據，然後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近海水下持續監視網（PLUSNet）

PLUSNet計劃由美國賓夕法尼亞大學研發的一種半自主控制的海底固定和水中機動的網絡化設施。該系統以核潛艇為母節點，核潛艇攜帶的UUV 為移動子節點，潛標、浮標、水聲探測陣為固定子節點，如圖4所示，可獲取海洋環境信息，進行水下目標探測。

圖4 PLUSNet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視區域，在無人潛航器與傳感器之間建立聯繫，並提高網絡通信與自主能力。

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，該項目目標是開發一種具有反潛戰監視能力的深海預警系統，通過部署在深海底部的分佈式聲學和非聲傳感器節點探測安靜型潛艇，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繫，提高反潛部隊對作戰環境的熟悉程度。該系統能夠適應各種作戰環境，可隨編隊移動，並能在敵方深海區域長期工作。

DARPA認為該項目的主要挑戰在於：如何實現遠程探測和分類、如何進行遠程水下通信、如何實現持久的能源供應，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勢探測安靜型潛艇。在能源方面，根據華盛頓大學應用物理實驗室的研究結果，目前最佳的能源方式是燃料電池。在部署應用方面，美軍依託於其制空、制海權，採用水面艦艇和空基等多種方式進行布放，系統與外界通過浮標天線進行通信，並接入空海一體戰系統。2013年4月3日，為該項目訂製的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第二具配備聲納的無人潛航器進行後續組網行動。

圖5 深海對抗項目（DSOP）概念圖

三、我國水下信息系統發展存在的問題

美軍目前的水下信息系統建設已由原來的磁探儀等原始單一手段，發展為中水區懸浮聲納陣列、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絡化的體系建設。在保持傳統海底聲納基陣優勢的同時，不斷拓展移動式、可部署式、分佈式、傳感器式等新型技術和模式，通過將廣闊海域範圍內的各種平臺、系統和岸基基站、戰術作戰中心等相對獨立的單位通過基於信息網絡的作戰體系進行整合，形成了多平臺、多手段、多元化、網絡化、體系化的完整水下信息系統。積累了大量的全球海洋聲場分佈數據，再加上其在水下無人平臺、聲吶系統裝備上的世界領先技術，為其水下信息系統的發展奠定了技術基礎。和美國相比，我國水下信息系統的發展存在以下差距：

⒈水下目標探測能力亟待提高

我國在近海海域佈設有少量的岸基光纖水聲被動探測陣，主要停留在試驗驗證、數據積累階段，離實際作戰部署還有很長一段路要走，在深遠海水下目標監視方面，僅有少量潛、浮標用於水聲數據收集，系統構建目前僅停留在理論研究、前期規劃階段，離實際建設與應用部署還有一段距離。

我國水下目標監視作戰力量非常有限，水面作戰艦艇、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需求，我國需要儘快建設水下目標監視作戰力量，彌補反潛作戰體系的短板，為我海軍提供清晰透明的水下戰場態勢，協助我軍掌握未來周邊海上衝突與戰爭的主動權。

⒉作戰意圖判斷與威脅評估能力有待提升

受限於對敵攻擊潛艇與彈道導彈潛艇探測跟蹤的欠缺，我國對敵潛艇的活動規律掌握不多，目標識別能力較低，作戰意圖分析、威脅評估分級能力尚不構成有效作戰體系。

⒊深遠海域水文信息大數據支持能力有待形成

在未來可能發生衝突的深遠海域，我國還未建設可提供有效支持的水文環境資料大數據系統，無法為未來對敵攻擊潛艇探測跟蹤、對敵彈道導彈潛艇遠程預警提供海洋水文信息支持，需要儘快建立我國的深淵海域水文信息大數據系統，為未來可能爆發的衝突與戰爭提供準確詳細的水文信息支持。