一、概述
未来战争将是向太空和海洋迅速延伸的立体战争，水下位势决定了水上位势，潜得越深，自身的生存能力越强，信息覆盖范围越广。世界各军事大国和濒海发达国家正在积极从事深海战场开发，海洋空间将成为未来冲突与战争的主要场所。各国正投入较多的人力、物力和财力，加强水下信息网络的建设，加紧对潜艇、鱼雷和无人潜航器等水下目标的侦察监视，以求尽快掌握“制深海战场权”。
二、美国水下信息系统发展现状
美国是最早提出水下网络应用概念的国家，其研究成果处于世界领先水平。在上个世纪九十年代之前，美军开展了大量水下网络应用研究与试验，水下信息网络理论逐渐成熟，先后试验成功的水下信息网络功能日益完备，性能更加先进，已经具备实际作战能力，整体能力世界领先，具有代表性的有：
⒈岸基声纳监视系统（SOSUS）
上世纪70 年代初，美国在大西洋和太平洋部署SOSUS远程固定水声监视系统，借助于铺设在海洋底部的水听器网络发现和确定潜在敌人的导弹核潜艇的位置，查明洋区和反潜区的水下情况，为舰队提供目标信息并引导舰队进行机动反潜。位于美国东、西海岸的反潜中心在收到水听器的数据后，经过分析、处理上报司令部，最后由作战舰队情报中心向前沿地区分发。SOSUS 系统在大西洋、太平洋部署了多个岸基站，如图1所示，其中大部分处于值守状态，随时准备投入使用和接收情报。
图1 美国岸基声纳监视系统（SOSUS）全球部署图
1996年美国及其盟国重启一岛链SOSUS系统，并针对我潜艇改建和扩建原有水下探测系统，探测频段向低频段延伸，进一步提升了水下反潜作战能力。2005年以来，美国及其盟国于西太平洋海区初步建成了技术先进、手段复合、层次分明、纵横交错的庞大的反潜网络系统，完成冲绳岛周边、宫古岛至与那国岛一线、钓鱼岛东部至彭佳屿一线的SOSUS系统建设，不仅封堵我潜艇前出第一岛链，而且对我潜艇兵力在西太平洋海区的作战行动构成了重大威胁。
⒉广域海网（Seaweb）
广域海网（Seaweb）是一种典型的海底水声传感器网络，将固定节点、移动节点和网关节点通过水声通信链路连接成网，组成示意图如图2。自1998年起，美国海军多次进行了Seaweb 水声通信网络试验，旨在推进海军的作战能力。
图2 Seaweb示意图
Seaweb的设计目标是能够进行节点识别、时钟同步、地理定位、接入新节点、放弃失效节点及网络修复。Seaweb的指控中心部署在舰艇、潜艇、飞机或岸基站，通过卫星链路或因特网接入浮标网关节点。高级别服务器负责管理、控制和配置网络，每个服务器都可以记录并处理数据包，支持访问节点数据。
在1998 的Seaweb试验中，采用了树状结构的地理位置分布进行了Seaweb网络配置。网络由3个局域网节点群组成，每个局域网配置1个主控节点，主控节点比其他节点的智能和权限更高，负责管理网络拓扑、路由和节点访问通道。主控节点负责与网关节点通信，局域网节点只接收本地节点发送的数据。试验验证了采用分布式节点群组成广域海网的可行性，远程自主节点的数据包在4次水声中继和1次无线通信中继后，能够高质量、可靠地到达岸基指控中心。
1999年的Seaweb试验进一步优化了1998年试验中的网络结构，重点是多路径访问结构。Seaweb服务器进行远程配置路由拓扑，实现Seaweb网络自动配置和动态控制。此次试验实现了节点对节点的测距定位和服务器与网络节点的双向通信，服务器在给节点下发指控报文的同时也能够接收节点传输的传感器数据包。
2000年的Seaweb试验采用了第三代遥控声纳调制解调器ATM885，进一步提高了网络性能。2001年的Seaweb试验布设了40个通信节点，并利用潜艇“USS Dolphin”号在布网区域进行了网络性能测试。
之后进行的Seaweb试验在网络覆盖、网络容量、质量服务和资源优化等指标均有了进一步提高，并采用了随机网络初始化、节点测距与定位、扩展频谱信号、定向水声换能器、信道实时评估、自适应调制等新技术。
⒊可部署自主分布系统（DADS）
DADS是美国海军研究办公室（ONR）和空间与海战系统司令部（SPAWAR）联合研发的未来海军濒海防雷反潜作战研究项目。该系统由14个固定节点及数个移动节点组成，包括2个传感器节点、2个浮标网关节点和10个遥控声呐中继节点，潜艇、AUV、蛙人等作为移动节点加入网络，服务器部署在岸基指挥中心。
传感器节点和声呐中继节点是可部署的自主节点，浮标网关节点是无线-水声通信节点，具有水声通信接口和无线通信接口功能。水声通信接口实现与整个网络的水声通信链接，无线通信接口实现网络与岸基、飞机或卫星的无线链接，为卫星或飞机访问水下节点提供服务。网关节点包括固定浮标网关节点和AUV移动网关节点。移动网关节点在水下运动中采集传感器节点数据，然后适时浮出水面与岸基或舰基指控中心进行无线通信。
图3 美国DADS组成示意图
⒋近海水下持续监视网（PLUSNet）
PLUSNet计划由美国宾夕法尼亚大学研发的一种半自主控制的海底固定和水中机动的网络化设施。该系统以核潜艇为母节点，核潜艇携带的UUV 为移动子节点，潜标、浮标、水声探测阵为固定子节点，如图4所示，可获取海洋环境信息，进行水下目标探测。
图4 PLUSNet示意图
在“蒙特利湾2006”试验期间进行的4个项目试验中，PLUSNet 进行了该项目有史以来规模最大的试验，十多艘舰艇、三十多个UUV以及各种浮标、潜标参加。UUV编队每天更改路径，研究怎样的编队形式才能够覆盖最大的水下监视区域，在无人潜航器与传感器之间建立联系，并提高网络通信与自主能力。
⒌深海对抗项目（DSOP）
美国国防高级研究计划局（DARPA）在2010年启动了深海对抗（Deep Sea Operations Program）项目，该项目目标是开发一种具有反潜战监视能力的深海预警系统，通过部署在深海底部的分布式声学和非声传感器节点探测安静型潜艇，保护美国航母编队免遭潜艇的攻击，同时保持与水面舰艇之间的联系，提高反潜部队对作战环境的熟悉程度。该系统能够适应各种作战环境，可随编队移动，并能在敌方深海区域长期工作。
DARPA认为该项目的主要挑战在于：如何实现远程探测和分类、如何进行远程水下通信、如何实现持久的能源供应，同时还要考虑到深海压力和温度等极端条件的影响。
在探测方面，DSOP利用深海声信号传播优势探测安静型潜艇。在能源方面，根据华盛顿大学应用物理实验室的研究结果，目前最佳的能源方式是燃料电池。在部署应用方面，美军依托于其制空、制海权，采用水面舰艇和空基等多种方式进行布放，系统与外界通过浮标天线进行通信，并接入空海一体战系统。2013年4月3日，为该项目订制的UUV 携带传感器完成了深海测试试验，试验为期6天，期间进行了2次4450米共计11小时的潜航。目前该项目正计划生产第二具配备声纳的无人潜航器进行后续组网行动。
图5 深海对抗项目（DSOP）概念图
三、我国水下信息系统发展存在的问题
美军目前的水下信息系统建设已由原来的磁探仪等原始单一手段，发展为中水区悬浮声纳阵列、深水系留半悬浮水中声纳阵列、超深水系留水中声纳阵列、低频主动拖曳式声纳等多元化网络化的体系建设。在保持传统海底声纳基阵优势的同时，不断拓展移动式、可部署式、分布式、传感器式等新型技术和模式，通过将广阔海域范围内的各种平台、系统和岸基基站、战术作战中心等相对独立的单位通过基于信息网络的作战体系进行整合，形成了多平台、多手段、多元化、网络化、体系化的完整水下信息系统。积累了大量的全球海洋声场分布数据，再加上其在水下无人平台、声呐系统装备上的世界领先技术，为其水下信息系统的发展奠定了技术基础。和美国相比，我国水下信息系统的发展存在以下差距：
⒈水下目标探测能力亟待提高
我国在近海海域布设有少量的岸基光纤水声被动探测阵，主要停留在试验验证、数据积累阶段，离实际作战部署还有很长一段路要走，在深远海水下目标监视方面，仅有少量潜、浮标用于水声数据收集，系统构建目前仅停留在理论研究、前期规划阶段，离实际建设与应用部署还有一段距离。
我国水下目标监视作战力量非常有限，水面作战舰艇、潜艇、反潜直升机及反潜巡逻机对安静型潜艇、小型UUV的探测能力远不能满足作战需求，我国需要尽快建设水下目标监视作战力量，弥补反潜作战体系的短板，为我海军提供清晰透明的水下战场态势，协助我军掌握未来周边海上冲突与战争的主动权。
⒉作战意图判断与威胁评估能力有待提升
受限于对敌攻击潜艇与弹道导弹潜艇探测跟踪的欠缺，我国对敌潜艇的活动规律掌握不多，目标识别能力较低，作战意图分析、威胁评估分级能力尚不构成有效作战体系。
⒊深远海域水文信息大数据支持能力有待形成
在未来可能发生冲突的深远海域，我国还未建设可提供有效支持的水文环境资料大数据系统，无法为未来对敌攻击潜艇探测跟踪、对敌弹道导弹潜艇远程预警提供海洋水文信息支持，需要尽快建立我国的深渊海域水文信息大数据系统，为未来可能爆发的冲突与战争提供准确详细的水文信息支持。
閱讀更多 智能前沿技術 的文章
