0 引　言

智能化和无人化是未来军事装备发展主要方向之一，携带鱼雷、灭雷具等武器的水下无人作战系统（Unmanned Combat Undersea System，UCUS）^[1]可实现对目标的“察打一体”和“发现即打击”，相较于只能执行对潜侦察、探测任务的水下无人系统（Unmanned Undersea System ，UUS），对于对抗潜艇、无人潜航器和水雷等以隐身见长的时敏类目标尤其具有战术意义，因此它的发展受到各国海军的高度重视，有望成为继载人潜艇之后新一类的水下作战平台^[2]。虽然在潜艇等传统水下有人作战平台上，武器控制技术已经相当成熟，但对于水下无人作战系统而言，由于水下无人作战系统本身及其运行的特殊性，其武器控制相比水下有人作战平台的武器控制有显著不同。

1 水下无人作战系统武器控制发展现状

鉴于水下无人作战系统广阔的军事应用前景，美国、英国、挪威、法国等国家积极开展此方面的研究，世界范围内已经开发和正在开发多型用于反潜、灭雷作战的水下无人作战系统，并逐步验证了水下无人作战系统武器控制的可行性，其中比较典型且代表当前技术发展水平的有美国的“曼塔”（MANTA）无人潜航器和英国的“护身符”（Talisman）多功能无人潜航器。

美国海军水下作战中心研发的“曼塔”，是其新一代无人潜航器探索型试验平台，可搭载于”弗吉尼亚”级潜艇，是该艇验证利用无人潜航器进行反潜作战的重要组成部分。“曼塔”具有2种作战方式：一是与母艇共同执行任务，母艇直接利用“曼塔”携载的武器与传感器实施作战行动；二是脱离母艇单独遂行作战使命，由其自主或被遥控完成各项任务，其可秘密跟踪所发现的目标，并在适当距离时利用自身携载的鱼雷发起突然攻击。“曼塔”安装4部鱼雷发射管，可携带4枚重型鱼雷、8枚半长鱼雷或同等尺寸的其他载荷（声呐对抗设备等），根据需要，其可遵循指令控制自身携带的反潜鱼雷武器对特定水下目标发起攻击，发射完所有武器后可驶回母舰重新装填^[3]。

“护身符”是英国BAE系统公司研制的一型多功能、自主式无人潜航器，主要用于近海作战。尽管“护身符”的主要作战任务是侦查和扫雷，但其采用开放式体系结构，可快速地装备鱼雷，担负反潜作战任务。“护身符”是世界上第1艘在海上成功进行武器发射和试验控制的无人潜航器。试验中，“护身符”发射了“射水鱼”遥控灭雷具，对目标成功进行识别和定位以及模拟灭雷，显示了其与“射水鱼”灭雷具组合使用后的强大战斗力。除“护身符”以外，BAE系统公司还推出了“护身符M”、“护身符ASW”和“护身符L”等多个改进型，对遥控和自主方式下武器发射技术进行了不断验证^[4]。

2 水下无人作战系统武器控制技术挑战

水下无人作战系统武器控制虽然可借鉴潜艇等传统水下有人平台武器控制的成功经验和技术，但受水下无人作战系统自身承载能力和控制能力、水下无人作战系统武器适装性、水下无人作战系统武器使用方式和控制方式等多方面的影响，其在实际应用之前，仍面临诸多技术挑战，主要表现在：

1）水下无人作战系统与水下有人平台的一个最基本的区别是“无人在现场”，由此带来了运行方式的巨大差别，形成了水下无人作战系统目前普遍应用的“人在回路中”和“人在回路上”控制方式^[5]。水下无人作战系统一般采用遥控、半自主或全自主方式工作。在遥控工作方式下，受制于水下通信能力的限制，操控人员对武器控制的全面性和实时性之间存在显著矛盾；半自主工作方式，尤其是自主工作方式下，对水下无人作战系统本身及其武器控制的智能化程度提出很高要求。目前无论水下无人作战系统与外部的通信能力，还是水下无人作战系统的智能化水平，均在一定程度上限制了水下无人作战系统武器控制的可靠性。

2）从实战化角度出发，目前对于轻型级或重型级无人潜航器，一般要求在3级～4级海况下能稳定工作。相较于高海况下传统水下有人作战平台本身姿态不确定性带来的对于武器控制的不利影响，水下无人作战系统在此方面更加明显。根据无人水下作战系统的发展趋势，今后一段时期内，其整体尺寸、排水量还都较小，如美国重点发展的4种级别的无人潜航器中的重型级无人潜航器，直径也不过534 mm，重约1 360 kg^[6]，因此其受到外部环境的影响较大。恶劣海况给水下无人作战系统带来的姿态难以确定的问题，直接影响到武器的目标瞄准和发射安全，极易导致武器发射无效，更严重的是会危及水下无人作战系统自身的安全。

3）虽然巨型级无人潜航器是水下无人作战系统的一个发展方向，但从所赋予的水下无人作战系统反潜（ASW）、水雷对抗（MCM）和时敏目标打击（TCS）等作战使命任务，以及水下无人作战系统布放、回收的便利性来讲，重型级和轻型级水下无人作战系统仍是很长一段时间内发展的重点。重型级和轻型级水下无人作战系统尺寸较小，武器载荷搭载能力有限，为实现对较大作战海域的控制和火力分布，一般采用集群化、协同化作战。集群化、协同化等以网络为中心的作战模式对实现跨水下无人作战系统与有人平台，以及跨水下无人作战系统之间的武器控制提出了更高要求^[7]。

3 水下无人作战系统武器控制原理

目前传统水下有人作战平台武器控制是典型的人在回路（人工操作）控制，武器系统运行方式如图3所示，虚线框内的部分为武器控制的参与方，主要包括武器控制装备和相关装备的操作人员。有人水下作战平台武器维护、武器通道构建、武器控制指令一般由操作员根据既定规则（例如操作手册）进行。在一些自动化程度高的武器控制系统中，这些工作可以由系统自动运行，但当系统出现临界故障或故障、故障排除、系统降功能使用等特殊情况时，需要操作员结合技术材料和既往经验进行判别、决策。

与水下有人作战平台相比，水下无人作战系统武器控制应该是一个高度自动化的过程，并随着控制智能化程度的提高，逐渐从自动化到自主化进展^[8]。水下无人作战系统武器（载荷）控制常用的工作模式有遥控、半自主或自主。受制于智能化水平、水下通信带宽、水下通信实时性、系统隐身性等因素的制约，目前普遍采用半自主工作模式。

在半自主工作模式下，武器控制过程如图4所示，武器载荷控制操作员在控制环路中，可视情对水下无人作战系统武器控制过程进行干预，即典型的“人在回路中”控制方式。人工干预可以确定，也可以自适应。确定的人工干预由操作人员判断、制定和完成；自适应的人工干预是在水下无人作战系统武器控制自主能力分级的基础上，通过采用可变自主控制结构，设计“自主级别”切换机制，赋予水下无人作战系统可变的武器控制自主能力，使其能够实时评估自身的武器控制自主能力，并适时主动引入人工干预，在“人-机”大系统的控制环中，实现由人到机的主动交互和由机到人的主动交互，实现人机智能的最佳组合^[9]。

当水下无人作战系统处于自主工作模式下时，武器控制的决策和操作都由水下无人作战系统任务管理系统和其自身的武器载荷控制系统自主完成，操作人员处于控制回路之上，起到监控作用，即“人在环上”控制方式，武器控制过程如图5所示。当水下无人作战系统集群作战时，由集群完成集群信息自主处理、作战自主决策、武器自主控制、平台火力自主协同，实现多水下无人作战系统武器协同控制，其原理如图6所示。

4 水下无人作战系统武器控制关键技术

随着水下无人作战系统总体技术水平的提高，使搭载武器成为可能，潜在的应用需求促进了水下无人作战系统武器控制技术的发展。但水下无人作战系统武器控制技术的成熟度与实际应用需求相比，仍存在着较大差距，提高水下无人作战系统武器控制的安全性、有效性、可靠性和实用性，需要在以下几个技术方面进行重点突破：

1）水下无人作战系统武器控制模型。目前大部分水下无人作战系统武器控制模型都是从有人水下作战平台武器控制模型移植过来，虽然有继承性，但有人作战平台的武器控制模型，还是完全按照“人在回路”和“人在现场”的思路设计，与完全无人在现场的水下无人作战系统武器控制有本质的区别。水下无人作战系统武器控制模型需要纳入水下无人作战系统总体指挥控制体系中，以“人在回路中”和“人在回路上”的思路进行其武器控制体系研究。

2）水下无人作战系统武器控制自主化技术。武器控制自主化是实现水下无人作战系统实战化的重要组成部分，实现水下无人作战系统武器控制自主化，需要进一步发展能适应战场环境变化、适应己方作战体系变化、适应作战目标变化的武器智能控制方法。目前，采用以专家知识为基础的人工智能专家系统来实现水下无人作战系统武器自主控制是一种方法，但仍需要在武器资源管控、武器控制通道构建、武器控制故障诊断与容错处理、水下无人作战集群武器协同控制等多个方面进一步突破具备自学习能力和自适应能力的武器智能控制方法。

3）水下无人作战系统武器控制系统定量分析技术。相比无人机、无人车等其他无人系统，虽然水下无人系统的发展并不晚，但由于技术难度大，因此进步速度滞后，在武器控制系统定量分析方面更是远远落后于其他无人作战系统。水下无人作战系统搭载武器及发射武器对系统本身安全性影响的定量分析，以及武器载荷的安全性、有效性和适应性定量分析等，是指导水下无人作战系统设计、试验和使用的重要依据。目前世界范围内对水下无人作战系统武器控制系统缺乏针对性的定量分析以及分析方法。

5 结　语

从水下有人平台武器控制到水下无人作战系统武器控制是从武器传统控制领域向武器智能控制领域的转变，将“人的行为”融合到机器中，涉及的理论和方法都有很大的不同。虽然人工智能在近些年得到了飞速发展，但要实现非结构动态复杂环境下的水下无人作战系统武器自主控制，在今后相当长一段时间内仍存在诸多困难。但国内外近年来在水下无人作战系统方面的实践，逐步验证了水下无人作战系统武器载荷的使用价值和可实现性，随着水下无人作战系统武器控制关键技术逐步得到突破，必将促进水下无人作战系统走向实际战场。