UUV协同探测的现状与发展前景

　　1　引言

　　从第一台UUV诞生至今已有近50年的时间,经过近50年的发展,单UUV的一些技术已比较成熟,一些型号的UUV已经参与了实战[1]。但值得注意的是,由于受到吨位的限制,单UUV能够携带和使用的设备是有限的,其航程和航速也是有限的。因此,单UUV的功能和执行任务的范围都受到了约束。如何解决这个问题,研究人员将目光投向了UUV协作。

　　探测能力是UUV应具备的最基本的能力,关于UUV协作的研究,也是从UUV的协同探测开始的。研究人员发现,多UUV协作系统具有空间分布、功能分布、时间分布的特点,能够扩展单体UUV的感知范围,提高工作效率,实现单UUV无法或难以完成的复杂任务,在海洋自主采样、海底勘探、水下目标搜索等许多方面有着广阔的应用前景[2]。但是,UUV要进行协作,还有许多难点有待解决。比如,UUV之间的通信问题和UUV的定位问题,等等。实现UUV之间的协同探测,是目前水下作战平台领域的热点问题。

　　2　UUV协同探测的特点及分类

　　2.1　UUV协同探测的特点

　　多台UUV进行协同探测,可以在复杂的海洋环境里完成单UUV无法或难以完成的任务,特别是在被探测海域面积广阔、水文环境复杂多变的情况下,UUV协同探测能够体现出较大的优势。总的来说,UUV协同探测与单UUV探测相比较,具有以下特点[3]:

　　1)降低成本:建造多台小型简单的UUV比建造一台大而全的复杂UUV更容易、成本更低,而且作业时某个节点损坏,损失也较小;

　　2)扩大能力:通过共享资源(信息、知识等)弥补单UUV能力的不足,扩大完成任务的能力范围,由N台UUV组成的协作系统,其能力可以远大于其中一台UUV能力的N倍;

　　3)提高效率:多台UUV可以形成覆盖面积较大的实时探测区域,能够快速完成大范围搜索任务,节省作业时间、提高作业效率;

　　4)提高探测概率:多角度、多方位、多传感器信息综合有效地提高了探测到目标的概率;

　　5)容错能力强:多UUV协作系统所具有的高度并行性、天然的冗余性为整个系统提供了较强的容错能力,可以提高系统的柔性和鲁棒性;

　　6)可重构:群体中每台UUV的功能结构可以根据使命需求灵活配置,系统的网络拓扑结构也可随着使命的执行过程进行动态调整。

　　2.2　UUV协同探测的分类

　　UUV协同探测的分类方法可以有多种。按探测目标的性质,可分为协同探测固定目标与协同探测运动目标;按UUV的网络结构,可分为主从结构协同探测和并列结构协同探测;按协同探测的时机,可分为预先协同探测和临时协同探测。

　　1)按探测目标的性质分

　　UUV协同探测的目标一般包括:敌方布设的海底声纳阵列、水雷、声纳浮标,敌潜艇,敌水面舰艇等等。其中,海底声纳阵列、水雷,以及声纳浮标都可以认为是固定不动的,而敌潜艇和水面舰艇则可认为是运动的。因此,根据目标的这一性质,可将UUV协同探测分为协同探测固定目标与协同探测运动目标。UUV协同探测固定目标与协同探测运动目标的区别在于,一是UUV使用的探测设备不同,二是UUV的数量要求不同。在探测装备方面,UUV探测固定目标时,由于固定目标(如声纳阵列、水雷)都不向外发射物理场,因此,UUV应使用主动探测设备进行探测;UUV探测运动目标时,一般可使用被动设备进行探测,必要时使用主动探测设备对目标进行定位。在UUV的数量方面,探测固定目标时,由于目标没有位移,需要的UUV数量相对较少,而探测运动目标时,由于目标位置的变化和UUV航程航速的限制,可能会需要数量较多的UUV才能完成任务。