本文选自《舰船科学技术》2024年9月 第46卷，第17期
作者：闫文敏，穆志海，张 赫，马 晶，孙 牧，张 壹，刘 浩。(1.中国船舶集团未来发展研究中心，北京 100101;2.中国舰船研究院，北京 100101)
摘要：随着水下作战向水下网络中心战转变，水下情报获取和目标的监视、探测、识别成为水下攻防体系作战的重要环节，成为未来海上体系对抗中情报任务的一项基本需求。水下目标监视系统具有战略威慑、高效侦察、探测、情报支持等多任务能力，世界多个国家在此方面投入研制力量。为跟踪国外水下目标监视系统研究的最新发展动态，通过深入分析水下目标监视系统的军事需求，概述了美国、俄罗斯、欧盟、日本、韩国等国家的水下监视系统发展现状，对国外现有典型水下监视系统进行分析，总结了国外水下目标监视系统发展趋势，阐述了水下目标监视系统发展对我国的启示。
近年来，尤其在俄乌冲突与大国竞争的背景下水下空间已逐步成为与深空同等重要的战略竞争空间，未来我国海上面临的军事对抗形势不断严峻。2022 年9月“北溪”天然气管道的破坏，更是引起了世界各军事强国对水下作战能力建设的重视，相应水下探测攻防装备和技术得到重视和发展。海底水下目标监视系统是海上作战中反潜侦察的主要手段中，主要通过构建水下侦察警戒网，获取潜艇等水下目标的声学、运动学等信息，形成有效的反潜作战监视系统。海洋环境不同于空中和水面，信息的获取较为困难，但随着水下通传感器、通信技术以及无人潜航器的发展掀起了一轮水下攻防对抗的军备竞赛。为此，以美国为代表的军事强国多年来在水下声传感器、水下通信等领域不断投入，不断发展水下信息网络，通过所构建的水下信息系统实现水下传感器节点之间以及节点与其他平台之间的网络化信息联接四，有效提升了其反潜等水下攻防对抗的作战能力。针对未来海上作战对水下目标探测的军事需求概括国外水下监视系统的发展现状，分析现有国外典型的水下目标监视系统，总结了国外水下目标监视系统发展趋势，结合我国实际提出未来水下目标监视系统的发展建议。
1.1 水下情报获取、目标监视和侦察
水下网络中心作战概念如图1所示。水下目标监视系统可在特定海域的水下空间，通过利用信息感知、目标识别和信息传输等手段，对水下来袭目标和武器进行先期发现、识别、信息回传，为反潜及水下军事对抗提供高效的情报信息。水下目标监测系统是海上联合作战体系的重要构成，是保障水下攻防对抗甚至海上联合作战行动的重要力量。
1.2 反潜作战
反潜作战主要包括对潜艇等目标的探测，感知定位和跟踪以及对其实施攻击。各个国家的作战舰艇都搭载了多样化的声学、磁探等不同类型的探测装备，对潜艇等大型水下目标的探测距离可达数百公里。即便如此，在广阔的水下作战空间，在没有任何信息引导的条件下，相关系统能够探测到目标的机率依然不高。由此可见，水下攻防作战的最关键、最难的是发现敌方目标。
美国为提升其对水下目标的监测能力，有效支撑海上编队的反潜作战，在大西洋建立了三道固定式水下监视系统(Sound Surveillance Underwater SystemSOSUS)，覆盖了美国东海岸、格陵兰至英国、挪威海等海域，在太平洋也建立了可用于监视潜艇等大型水下目标信息的固定式水下监视系统，对我国潜艇进出一岛链构成严重威胁。
美国多年来在水下监视系统和水下信息网络建设方面取得了系列成果，发展了综合水下监视系统(Integrated Undersea Surveillance System,USS)，利用水下信息网络技术，开展了主要包括水下预置系统Hydra、POSYDON、深海对抗、机械天线、机动反潜战监视系统、节能变速的深度可调潜水浮标等多个项研究，在水下情报信息获取等技术领域长期处于世界领先地位。
1.3 定位与导航
不同于大气环境中的导航技术，卫星导航、光学、无线电、电磁波等常用导航技术对传输介质的要求，可用于水下定位与导航的方式较少。目前水下导航定位主要依靠惯性导航辅以声学和地球物理场匹配导航等技术实现四。
水下目标监视系统可以通过能耗很低的水下传感器节点，将探测到的目标位置信息，经数据融合等信息处理后，结合水下定位与导航技术对目标进行精准定位与导航，同时可为现代水下无人潜航器等提供定位导航能力。
水下目标监视系统对未来海上作战至关重要，各国都发展了大量的水下目标监测系统，尤其美国为监视、掌握和限制我国潜艇部队活动，不断更新其水下监听阵系统，以监控我国潜艇的活动。
2.1 美国
2016年以来，美国海军发布了包括《海军航空兵构想》《水下战科学技术战略》在内的多个规划文件，明确了海军装备技术发展方向和重点。DARPA通过多个水下无人转系统、跨域通信、节能变速的深度可调潜水浮标、移动艇外秘密通信与接近、持久性水生生物传感器、机械天线等多个项目推动美海军水下目标监视系统建设。
近年来，美国为弥补固定式监视系统的不足和提升整个水下的信息获取能力，不断采用光纤和局域网等技术，发展了固定式分布系统(Fixed DistributedSystem，FDS)，先进可部署系统(Advanced Deployable System，ADS)，舰载拖曳阵监视系统(Surveil-lance Towed Array Sensor System Low Frequency Active,SURTASS/LFA)和多功能拖曳阵列等系列可移动部署的水下监视系统。
通过不断应用无线传感器网络技术，构建了新型水下目标监视系统。基于相对强大的水下信息网络，美军为确保其“水下信息网络中心战”作战概念的实现，发展了“广域海网”( Seaweb)1、“近海水下持续监视网络”(PLUSNet)1、可部署自动分布式系统(Deployable Autonomous Distributed System, DADS )深海主动探测系统、可靠声学通道线列阵系统等水下监视系统。近10年来，为提高水下综合作战能力，获得水下作战的军事优势，美海军又先后投资了多个分布式敏捷反潜系统项目四。
以上主要项目完成后，利用已完成的水下监视系统的关键技术及其它系统技术成果，可通过系统的集成构建形成以分布式固定水下传感系统和可移动式无人潜航器搭载不同的探测感知载荷为主的水下目标监视网络，提升其水下信息获取能力，以获得水下军事对抗的非对称优势。
2.2 俄罗斯
俄罗斯 2000年3月出台的《2010年前俄联邦海上军事活动政策原则》文件明确将建立水面水下监视系统。2010年12月，俄罗斯《2030年前俄联邦海洋活动发展战略》发布，并将建立国家统一水面水下监视系统纳入计划。
2020年以来，俄罗斯斥资30余亿卢布，建立了“俄国家一体化的水下监视网络中心战系统”。美国的智库战略与国际研究中心发表的《北欧水下战》研究报告认为近年来俄罗斯水下作战能力正逐步恢复。未来，俄海军将不断更新和升级其水下信息系统，逐步实现跨兵种联合作战能力。
2016年12月，俄罗斯先后完成了水下导航和通讯系统以及和声(Harmony)海上监视系统。和声系统中的水下声呐跟踪系统能够探测所部署区域内的水面舰船、水下潜艇，甚至能跟踪低空飞行的飞机和直升机。通过俄罗斯水下导航和通讯系统及 Harmony 海上监视系统可以看出，俄一体化的水下监视网络中心战系统仍在建设，但建设速度远低于预期。
2.2 欧盟
欧盟的水下监视系统项目主要包括“水下网络中的鲁棒声通信”( Robust Acoustic Communications inUnderwater Networks，RACUN)、“港口和海上监视和保护”( Harbour and Maritime Surveillance and Protection，HARMPRO)以及“海上无人反潜系统”(Mari-time Unmanned Anti-Submarine System, MUSAS )等。RACUN由欧洲防务局(European Defence Agency)在2010 年启动，建立了由16 个通信节点和 UUV 组成的网络，并已进行了试验验证。HARMPRO是“永久结构性合作”(Permanent Structured CooperationPESCO)联合体下的项目，其目的是提供海洋传感器、软件和平台(水面、水下和空中载体)的集成系统，用于融合和处理数据，辅助探测和识别各种潜在的海上威胁。HARMPRO系统能对港口和沿海水域进行监视和保护，包括海上交通线和咽喉要道，以保障海上交通和设施的安全。另外，海上无人反潜系统(MUSAS)包含一种基于人工智能的增强系统，以保证水下基础设施和港口的运营安全，并对可能的入侵和/或恐怖威胁做出迅速反应。
2.4 日本
在美国海军的支持下，日本目前也建立了不间断的水下监视系统，主要采用传统的水听阵+岸基站的方式建设，实现了对敌方潜艇穿越日本临近海峡的能力，同时具备海港的警戒防卫。同时，日本还发展了磁探监测装备，建立了监测站，实现了对津轻海峡和对马海峡等重要海域的磁性监测。
2.5 韩国
韩国国防采购计划管理局(DAPA)主持研制了新型港口水下监视系统，系统投入1亿美元以上，可有效发现低噪声潜艇等其他水下移动物体，系统以新型的水下监听传感器为核心构建，可及时发现水下目标，并与韩国海军的指挥控制和监视系统相连，以实时共享目标信息，目前韩国多个主要港口已经安装该系统。
3.1综合水下监视系统
IUSS美国海军综合水下监视系统(Integrated UnderseaSurveillance System，IUSS)是一种将多种水下侦察监视系统综合在一起形成的一种综合性水下监视系统(见图2)，该系统主要由水下监听系统搭配海洋监视船共同编组而成四，冷战期间系统建设最完善时包含11座设备站和14 艘监视船、SOSUS 系统、FDS系统和 FDS-C系统以及拖曳式阵列传感器。
固定式水下监视系统(SOSUS)是美海军最早发展的水下信息网络。太平洋海域是系统的重点部署区，美海军为确保在太平洋海区的水下优势，在太平洋海区部署了3 道 SOSUS 系统，其中“海龙”系统布主要用于监测第一岛链相关海域和重要海峡;“海蜘蛛”系统主要监测区域为美国本土西部;“巨人”系统布设于太平洋中部，西起日本以东，东至西经 150°主要覆盖太平洋中部1。
固定分布式系统(Fixed Distributed System，FDS)是一种被动声阵列监视系统，主要由一系列固定在深海、海峡和浅水濒海地区海床上大面积分布的与光缆相连的水听器基阵组成"。FDS系统以数字化的光纤传输为主，传感器探测能力强、数据传输带宽大、成本低、数据处理能力强，在获取目标精确位置信息的基础上，能够将探测数据处理形成目标图像信息，能够为海上联合作战提供实时的水下信息保障，为美国海军舰队和国家指挥当局提供了可靠的反潜战情报保障。
3.2 先进可部署系统 ADS
“先进可部署系统”(Advanced Deployable Sys.tem，ADS)最大的特点是可机动部署性，可以较快的布放至任务海域，用于监测任务海域的安静型常规潜艇和核潜艇，同时系统通过自身的传感器可监测水下的布雷作业、水面的舰船活动。ADS 的水下处理与分析部分通过岸缆与 ADS的传感器连接，它能隐藏在可重复使用和输送的运载装置内，水下部分主要由多个水声传感器构成，ADS可获取威胁目标的精确位置信息，并将获取的数据信息处理后形成特向信息，通过信息传输系统回传。ADS另一特点是可在敌目标执行作战任务之前通过隐蔽探测发现目标的活动，并将信息实时回传。
3.3 广域海网监视系统 SeaWeb
SeaWeb 是美国目前最为成熟的水下监视系统!是美海军基于“网络中心战”思想建设“部队网”的水下部分(见图3)。系统实现了对海底的各类传感器、无人潜器等节点数据的遥测和远程指挥控制系统通过远程声呐调制解调器构成了无线海底通信链路，水下固定的传感器或移动的智能载荷能够按需接人网络，实现信息的收发和传输;SeaWeb网络可提供基于声传感器的测距、定位和导航等功能，可为包括潜艇和自主水下无人航行器的水下集群协同作战，该网络在更高的频率和更短的范围内工作，可为美国海军未来水下作战提供信息支持。
3.4 可部署自主分布式系统DADS
可部署自主分布系统(Deployable Autonomous Dis-tributed System，DADS)是在 Seaweb 的支持下，由美国海军研究局(Ofice ofNaval Research，ONR)和空间及海战系统司令部研发，系统由水声传感器组成可对任务海域持续的水声目标监视和水声信息采集可由现有水面和水下平台机动布设，建立了具备互操作功能网络节点的固定蜂窝网格。系统可用于海上舰艇编队作战，搭载于现有编队平台，在关键海域布设，为海上编队作战提供水下信息支持，提升编队对低噪声潜艇和水雷的探测能力、威胁目标的定位能力、目标识别能力等。
PlusNet美国的“近海水下持续监视网”( Persistent Littor-al Undersea Surveillance Network,PLUSNet)是一种在浅海环境中持续自主探测、跟踪舰船、安静型柴电动力潜艇的可控网络，可有效提高美海军在浅海区域的监视能力。该系统是一种半自主控制的海底固定站点+水中机动网络的固定与移动式节点相结合的水下监视系统，系统包含了多个携带半自主传感器的潜航器。如:Bluefin Robotics 公司的“奥德赛(Odyssey)AUV，Kongsberg公司的水下滑翔机Teledyne Web Research 公司的“斯洛克姆( Slocum)水下滑翔机中s，系统各移动式节点能够互相通信，通过各移动式高节点平台的网络化协同工作，具备智能自主决策能力，可以实现对常规潜艇和核潜艇等目标的探测、识别、分类、定位和跟踪甚至打击等功能。
3.6 水下声呐跟踪系统
Harmony俄罗斯的“和声”( Harmony)系统类似于美国队的 SOSUS 系统。其主要由水下传感器和能与卫星通信的声呐浮标构成水下信息网络，用以探测潜艇、水面舰船和飞机。“和声”系统的核心是具备任务载荷搭载能力的水下机器人平台，由潜艇搭载布放，这些水下机器人系统自主运行到任务海域后即可作为独立的水声监测站。这些水声监测站可进行被动声呐探测通过对采集到的声信号的处理识别目标。同时，水声监测站具备主动发射电子信号功能，通过发射的电子信号实现对水下目标的探测、分类和识别。将多个水声监测站获得数据进行集成处理，可构建出目标任务区域的水面和水下态势。水声监测站拥有与卫星通信功能模块，该模块通过具有通信功能的浮标与通信卫星进行数据传输，“和声”系统已于 2020年开始运行。
3.7 海德拉系统 Hydra
“Hydra”系统是一种由无人潜航器与无人机构成的分布式水下网络。这些无人系统能够独立运行数周或数月，可与传统水面和水下舰艇平台实现协同，交替进行水面及水下的能力投送中,"。“Hydra”系统可通过海军的舰船、潜艇或飞机投送至任务区域。“Hydra”项目除验证了无人系统“母舰”外，还验证了母舰隐蔽运送至战场的无人机和无人潜航器"。“Hy-dra”的主要特点是隐蔽性和高度智能化，系统可以长期隐蔽在海底，对敌人实施出其不意的攻击或侦察系统具备智能指挥功能，由其发射的无人机与无人潜航器均可受其指挥，以实现统一协同展开行动中，“Hydra”系统重视可扩展性、快速重配置能力以及有效载荷的最大化。项目第一阶段重点关注模块化封装的设计与技术验证、可部署的无人机和无人潜航器以及其他相关技术。
4.1 构建分布式机动可部署水下监视网络成为发展趋势
构建分布式机动可部署水下监视网络成为发展趋势4.1水下移动式平台技术的不断发展，为有效解决水下传感器节点部署范围广、节点数量多、成本高等问题提供了有效的手段，使得可移动水下无人潜航器(UUV)在水下无线网络中普遍使用。UUV等无人系统应用于水下目标监视系统和水下信息网络建设，扩展了水下信息网络的覆盖范围，增强了水下信息网络的自适应能力，降低水下信息网络的成本。这种具有自适应能力的移动网络已成为世界各国海军的研究热点，以期提高水下协同作战能力和信息感知能力;有人平台与无人平台协同组网，发挥了无人系统可执行远程、高危、长时任务的先天优势，有效拓展了水下信息网络功能，提升了其机动可部署性。近海持久水下监视网络(PLUSNet)就是无人系统与传统有人系统协同工作构建水下信息网络的典型案例。
4.2 赋能水下目标监视系统向智能化方向发展
通用人工智能技术和具备智能化特征的水下无人系统应用于水下目标监视系统建设，不断提升系统的智能化程度，逐渐具备自主探测、识别、跟踪和指控能力，可实现系统各项任务各项动作的自主执行，未来水下目标监视系统的智能化和自主性越来越高，将在其行为受到一定约束条件控制的前提下，实现自主完成水下威胁目标监测和处置行动，而无需外部操控。
4.3 水下信息网络系统的可灵活快速部署性成为发展重点
随着美分布式作战、马赛克战等作战概念的提出，未来海上对抗的范围会更大，地点具有不确定性，再加上水下信息网络建设的高昂成本，美俄等国均开始发展可机动部署的水下监视系统，近年来水下无人系统的智能化程度的不断提升，更是促使水下信息网络不断向机动快速可灵活部署方向发展，以实现水下网络信息系统有针对性地在预定战场提前部署，及时回收再利用。近年来美国发展系列水下监视系统和水下信息网络在设计中均考虑了多种平台的部署方式。
5.1 统筹水下无人装备与水下目标监视能力一体化建设
水下预警探测体系与我国面临的主要战略威胁和战场环境密切相关，水下目标监视系统的建设必须立足我国海军的作战使命任务和国家战略，明确水下目标监视能力建设的军事需求，立足当前，面向长远结合当前水下无人平台的发展现状，充分利用水下可移动无人系统优势，突出重点，有计划有步骤的发展相应的水下目标监视系统技术，基于水下无人系统技术，一体化发展可快速、灵活机动部署的水下目标监视能力，支撑水下攻防力量体系建设。
5.2 构建智能化水下目标监视、情报支持系统
随着大数据、人工智能等新技术在军事领域的应用，水下目标监视系统向智能化、自主化方向发展:充分利用这些新技术，不仅可以有效降低成本，最主要能够大幅提升系统的目标监视和信息能力，精准实现战场资源的合理调配，提升水下作战的综合信息保障能力。要着眼于未来海上联合作战过程中新域新质作战力量的运用，加强智能化的水下信息保障装备和智能信息保障体系建设，最大限度实现水下作战过程中的侦察、监视、探测和通信指控的数字化、智能化，加速形成水下监视系统和水下信息网络服务新域新质作战力量体系的能力。
5.3 统筹利用军民力量开展相关基础设施和装备开发
水下目标监视系统网络建设投入大、周期长，需要举军民之力，特别是在码头、港口、海洋通信、海底网络、海洋大数据工程、海洋测量调查、远洋运输等大型装备设备设施、大型海洋工程建设中，综合考虑国防建设要求，坚持军地一体、军民共建共享，坚持军事效益、经济效益并重，既服务于国家经济建设，又满足国防建设需要，综合利用海洋通信网络建设、海洋工程建设装备技术和力量，一体化构建水下信息感知和指控通联网络。
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