0 引　言

随着智能化技术的快速发展，无人作战系统迅速应用到军事领域，无人作战系统已是现代海军装备的重要组成部分。在水下作战领域，以无人潜航器^[1]为代表的水下无人作战系统，极大推动了水下新型作战概念的实现。

水下无人作战系统具有机动灵活、隐蔽性好、覆盖区域广、使用成本低等特点，能够有效克服海洋中恶劣环境。携带武器的水下无人作战系统除具有在对敌潜艇持续跟踪、监视外，必要时还具有即时打击能力，更具威慑作用和战略意义^[2-4]。

目前国内外武器装备应用于水下无人作战系统大多处于科研试验阶段，面临着一系列问题，如技术问题、认知问题、装备问题、安全性问题等。其中，安全性是影响和限制其广泛应用的主要原因之一，安全性不仅涉及到技术问题，还在伦理领域存在诸多争议。装备武器的水下无人作战系统，由于工作环境恶劣，控制复杂，运行危险性较高，需要制定科学合理的控制措施，在满足武器控制功能合理、可行的基础上，重点提升系统的安全性。

本文通过对水下无人作战系统的武器控制方面进行安全性因素分析，从设计、使用和维护方面提出相应安全措施，目的是避免或降低武器控制过程中的危险隐患，以及增强系统应对突发情况的应急能力，确保武器使用安全。

1 安全性分析

虽然潜射鱼雷、潜射导弹等有人水下作战平台武器控制技术已经得到了成熟的发展，但水下无人作战系统武器控制决不是“水下无人平台+武器”这么简单的事情。与有人系统相比，水下无人作战系统的任务运行、维护、使用等工作应是一个高度自动化的过程，如对突发情况应对不当，可能会导致灾难性后果。

一般分析系统安全，除了系统固有的安全隐患外，主要考虑物、人、环境三方面的因素，也可以理解为物故障、人失误、环境因素。对于水下无人作战系统武器控制系统的安全性，考虑武器使用特殊性，本文从以下4方面对其安全性进行分析。

1）系统可靠方面。国内外关于无人系统安全性问题研究绝大部分与可靠性紧密相关，大多认为，安全事故发生多由其中某部件的故障导致 ^[5-6]。水下无人作战系统武器控制的实现，由结构复杂硬件和软件完成，在当前科技水平下，很难保障在整个任务周期内全部软硬件都能保持正常工作，另外水下无人平台一般需要在海洋复杂环境下、长期执行某项任务，潮湿、冲击等外部条件也影响系统可靠度。当系统出现故障时，如何有效应对是武器安全控制面临的难题。

2）决策方面。无人武器控制系统工作方式有遥控工作模式、半自主工作模式或全自主工作模式。考虑海洋战场环境复杂性及不可预测性，全自主工作模式是水下作战系统未来发展趋势。目前受科技发展水平限制，人工智能还达不到替代人类的程度，系统自主化成熟度存在一定缺陷。如果决策失误或不及时，可能造成致命危险。

3）外部因素方面。主要包含海洋环境和战场动态因素。海洋环境因素包含海况、水文条件等，主要会影响外部通信、系统稳定、武器出管姿态等；战场动态包含敌我态势、系统状态、武器状态等。考虑海洋环境复杂恶劣，以及战场态势瞬息万变，武器控制如不能根据外部因素及时调整，会影响武器使用安全。

4）武器运用方面。目前潜艇等有人水下作战平台中武器使用技术已经成熟，但水下无人作战系统还处于发展初期，武器控制还继承了部分有人系统部分工作模式。大多还按照“人在回路”和“人在现场”的思路设计，具有安全隐患。

通过以上分析得知，目前水下无人作战系统在可靠性、决策能力、应对外部因素和无人武器运用方面中存在一定因素，制约武器控制安全性。

2 设计措施

为保证水下无人作战系统武器控制的安全性，需打破有人武器控制设计理念。本文从4个方面进行相应设计：通过软硬件冗余、容错设计和无人健康管理机制增强系统健壮性，从而保证系统长周期内工作安全性和可靠性；通过可变自主控制决策机制实现无人武器控制安全决策；同时针对武器应用于水下、无人环境的特点，研究新控制策略，以保证武器控制安全。

2.1 软硬件冗余容错设计

水下无人作战系统工作在无人、复杂恶劣的海洋环境中，缺少保障资源的情况，这就需要系统本身增加相关冗余、容错设计^[7]。

系统软硬平台设计方面，对于分析的薄弱环节，应采用软硬件冗余设计，以维持系统稳定性。设计方法如图1所示。

主要设计思路为：根据功能需求，水下无人作战系统武器控制关键部件采取软、硬件综合冗余设计，形成功能冗余构件，最终达到武器控制功能通道冗余设计，具有容错能力。当武器控制突发状况下，能够智能检测、定位故障，并采用冗余构件重组方法，保持功能通道运行。系统不论软硬件出现问题，都能保证功能通道正常运行，能有效解决系统部分部件突然失效问题，增强系统健壮性，增强系统应对突发故障能力。

2.2 无人健康管理机制

随着无人系统/设备集成化、综合化和智能化水平的提髙，研制的风险越来越大，对设备运行状态的监测及维修手段也提出了更高的要求。健康管理技术综合考虑安全性、经济性及可靠性，越来越得到人们的重视和应用^[8-10]。

对于水下无人作战系统，“无人在现场”控制、长周期值班的特点，更需要建立与之相适应的无人健康管理机制，保障系统长期正常运行。设计方法如图2所示。

主要设计思路为：将自主监测系统、智能故障诊断、健康评估和维护维修能够有效结合起来，其中智能故障诊断和健康评估是关键。

水下无人武器控制系统自主监测，不仅监测系统状态，还要监测其工作环境情况变化，如温度、湿度信息等。系统监测异常时，能够智能检测、并定位故障，在执行任务期间可采取自主容错措施应对应急情况，同时给出事后维护维修建议；系统监测正常时，能够结合系统状态能够评估其健康状况，在执行任务采取对应维护措施，如出现恶化趋势给出事后维护维修建议。

通过无人健康管理机制，提高水下无人作战系统武器控制性能可靠性和任务执行力，从而提高长时间执行任务的安全性。

2.3 可变自主决策机制

随着无人系统发展，自动控制技术已基本解决，水下无人作战系统的技术瓶颈，主要是任务自主化的，体现在复杂作战态势综合处理，以及对突发事件应对措施。

水下无人作战系统一般有遥控工作模式、半自主工作模式或全自主工作模式^[11]。考虑到海洋环境复杂多变，全自主工作模式是未来水下无人作战系统武器控制的主要工作模式。但目前人工智能发展水平，还无法完全达到任务全自主化，同时考虑到无人/有人平台协同更能提升作战效能，本文中水下无人作战系统武器控制应采用可变的自主决策机制，如图3所示。

主要设计思路为：水下无人作战系统武器控制具备半自主和全自主2种工作模式，在现今技术水平下，为安全起见，系统设置以半自主工作模式为主，同时具备应急的全自主工作模式。

在半自主工作方式下，如状态监控、发射准备等流程的控制实现全自主化，其中打击确定、发射等关键动作完成需结合有人平台指挥员指令完成。系统工作模式切换主要有2种途径：一是由指挥员综合任务性质、工作环境和武器使用要求情况等设定；二是根据外部通信情况、控制系统状态和态势评估情况，指挥员遥控设定或系统应急自行切换。通过可变自主决策机制，从而保证武器控制决策正确性及实时性。

2.4 水下无人武器安全控制

对于水下无人作战系统武器控制使用过程，本文从安全角度，重点研究以下4点：

1）武器发射方式。水下武器多以鱼雷为主，在安全角度，现有潜艇等平台^[12]的水压平衡式、气动不平衡式、空气涡轮泵式等发射方式是不能直接移植到无人平台，需对现有发射方式或流程改进或者重新设计，应简化控制流程，同时具有自主控制、防差错等功能。

2）武器控制能适应战场环境变化。水文条件、海况及战场态势都对武器使用有着安全有影响，武器控制策略应根据战场环境实时调整。

3）安全防护措施。考虑无人作战平台在海洋复杂环境存在失效或者被敌人截获的情况，武器控制应有安全加密或自毁功能。

4）应急控制功能。相对于正常状态下武器控制流程，应急状态下武器控制功能设计才是是水下无人作战系统安全性研究重点。安全的无人武器控制，能应对可能出现每一个故障或突发状况。

本文设计摒除有人武器控制“人在回路”和“人在现场”的思路，通过以上设计形成特有水下无人作战系统武器控制策略。

3 结　语

水下无人作战是未来海战发展趋势之一，其武器控制的安全性是各方关注的重要方面。本文从软硬件设计、系统健康管理、自主决策和水下无人武器控制方法方面研究，并提出相应设计思路，能够有效提升水下无人作战系统武器控制安全性。本文研究成果，对今后水下无人作战平台武器控制的工程实现具有一定参考意义。