超级军网美国海军发布无人水面艇主计划
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/04/28 17:37:13
2007年7月23日，美国海军发布了《海军无人水面艇主计划》。该计划从满足美国海军战略计划、舰队发展以及国防部到2020年部队转型的需求等方面，详细介绍了美国海军未来无人水面艇（USV）的发展计划。全文共分5个部分，即无人水面艇发展设想，无人水面艇的作战使命，发展系列无人水面艇，无人水面艇的技术与工程问题，建议与结论。现将主要内容摘编如下：
一、USV的发展设想
USV的发展设想是：开发和装备成本节约型的USV，改善海军和联合作战能力，支持本土防御、全球反恐作战、非对称作战和常规战争。为提升USV稳定性和耐波能力，协助打击地区性、跨国界、以及全球范围内的敌人，USV将增大目前和未来的平台。USV将完全实现自动化，从而降低通信/数据交换的需求以及操控人员的负担。此外，USV可通过布放和回收仪器设备，收集、发送和处理各类信息，使美军及其盟军能够以最低的风险或代价攻击目标。
为了实现USV的发展设想，USV主计划确定了以下目标：
（1）确定USV近期（5年）、中期（5年至10年）和未来（10年以上）的能力，具体包括：任务描述和优先性，每项任务的高层次作战概念（CONOPS），并通过对备选能力进行评估，确定这些能力是否适用于USV。
（2）建立USV的性能级别，使各级USV能够满足能力的需求：①推荐若干级别的水面艇，构建高效的、集团化的、互为补充的能力；②在海军项目中，界定USV类型和尺寸的具体范围；③审查各USV级别内部以及彼此之间的模块化和通用化水平。
（3）评估技术要求以及目前的技术准备情况，为USV平台和相关负载的研制提出相应的技术投资策略。
二、USV的作战使命
根据国防部和海军的指导性文件，这份主计划确定了USV优先发展的7个任务领域，按照优先级排列，包括：反水雷战(MCM)；反潜作战(ASW)；海上安全(MS)；水面作战(SUW)；支持特种部队作战（SOF）；电子战(EW)；支持海上拦截作战(MIO)。针对每一项任务领域，研究团队将开发一种USV任务包，这个任务包包括平台尺寸/类型、负载和可能的应用描述等。
三、发展系列USV
在2006年举行的USV主计划专题学术讨论会中，一项重要的结论是，界定USV的类型和尺寸级别将有助于协调舰队和USV采办项目，特别是在舰队兼容性、促进民品开发、集中控制、标准化、通用化、模块化和人员系统集成等方面。对于USV来说，最为重要的技术条件是USV能够被海军现役舰艇搭载，或仅需进行较小的改装，因此，通用的海军船型和尺寸成为首先考虑的因素。USV主计划推荐了一个非标准级的USV和三个标准级的USV，这4种级别的USV能够完全满足美国海军USV优先发展的7个任务领域的能力需求，具体包括：
“X－级”是一个长3米或更小的非标准级USV，采用非标准模块建造，能够支持特种部队作战、以及海上拦截作战任务。它将提供低层次的情报、侦察、监视能力，以及有限的续航力、有效载荷和适航性，支持有人操作。它可通过一个小型有人驾驶的小艇进行布放，例如，11米的刚性充气艇或充气式作战侦察突击艇。
“海港”级（Harbor Class）USV主要是在海军标准7米刚性充气艇基础上研制的，具有中等续航力，主要是执行海上安全任务，拥有较强的情报、监视和侦察能力，并装备了致命和非致命性武器。“海港级”USV具有7米充气艇的标准接口，可由多型舰艇部署。
“斯诺科勒”级（Snorkeler）USV是一个7米的半潜式水面艇，在航行过程中，除通气管之外，船体其余部分均在水下。相对于其它水面船体类型，这种作业模式可在7级海况下提供更为稳定的平台。“斯诺科勒”级USV将支持反水雷战拖曳（搜寻）/灭雷任务、反潜作战（海上盾牌），另外还可以充分利用相对隐蔽的外形支持特种作战任务。
“舰队”级（Fleet）USV是一个11米的滑行或半滑行水面艇，在拖曳扫雷具时具有中等航速/续航力，而在支持反潜战、水面战或电子战作战时，“舰队级”级USV能够提供较长的续航力。当移除或替换掉任务模块后，在24小时内，“舰队级”级USV还能支持有人驾驶。
四、无人水面艇的技术与工程问题
与USV的操控、部署与回收、运输、USV子任务包的布放与回收等问题相关的技术与工程问题可分为两类：第一类是技术本身不能完全支持任务需要；第二类是技术本身是成熟的，但是目前在USV中的应用还不够成熟。其中，可归属到第一类的技术和工程问题包括：自主技术、障碍和碰撞规避、威胁避免、自动目标识别、USV子任务包的自动布放和回收；可归为第二类的技术和工程问题包括：集中控制、武器发射、USV部署与回收。
1. 自主技术
对于所有的军用、民用或学术领域的无人系统来说，自主控制技术都是一个重要的研究领域。自主技术能够降低USV对于人员和带宽需求，同时扩展超视距作战的战术应用范围，例如，对于海上安全、反潜战和反水雷领域，需要USV长期、独立地运行，并执行长距离航行、探测、评估、危险规避和信息收集等任务。另外，通过自主技术，USV可与多个航行器进行协同作业，这在大规模反潜作战和反水雷战中被视为一项重要的使能能力。提高USV的自主性，需要推动最低层面的信号处理和决策能力，而自主控制水平可根据操作人员的操控频率和复杂性进行衡量。USV必须收集来自传感器的各种数据，自主地识别威胁数据，并做出适当地反应。不可预知的情况或数据信息可能导致航行器放弃任务或改变攻击计划。在提供初始能力时，由于操控人员和航行器之间仍需保持通信联系，因此USV所需的复杂自主技术可能少于其它类型的无人系统。
各种无人系统的武器自主控制技术正通过陆军、海军、空军试验室和美国国防部长办公室“联合地面机器人计划”（JGRE）进行研究。对于近期能力而言，大多数无人系统的武器控制将需要人员参与，以确定正确的打击目标。例如，USV反潜战“杀伤区”或反水雷战“水雷危险区”将依靠人为确定。对于灭雷系统，存在一些特殊的武器发射问题，其中，较为重要的是目标定位精度，灭雷具必须借助低廉的近程传感器定位目标。在开发出可靠的自动目标识别（ATR）算法之前，将需要健壮的、高频带指挥、控制和通信系统来支持人员参与的反水雷战任务。
总之，USV任务的预置程序不可能适应所有任务的动态变化特性，因此USV要能够适应环境和任务的变化。目前，面临的挑战是为USV提供自主的自适应能力，而且未来能力将需要更多无人系统进行自主的、协同作业。
2. 障碍和碰撞规避
除最小的特种任务航行器之外，所有的USV必须具备自主的障碍规避能力。这些障碍具体包括：大面积岸区、船只、低垂的障碍物（例如在近岸作战中遇到的桥梁、树枝等）、浅水障碍（例如沉船、暗礁和沙洲等）、水面障碍物（例如游泳者、浮标、漂浮的残骸等）、USV拖曳系统遇到的水中障碍物等。
3. 威胁避免
多数任务领域需要USV具备自主的威胁避免能力，这将涉及舰船、小艇、飞机、主动传感器系统（例如雷达）、以及大范围的被动探测系统。这里需要权衡的是，航行器对于拦截或破坏的易损性，以及USV自我保护组件的复杂性和成本。
4. 自动目标识别
在所有的任务领域，自动目标识别（ATR）有助于障碍规避和威胁避免，并且是完成反水雷战、海上安全、反潜战和水面作战任务的支撑技术之一。ATR是确保USV无需返回母船或依靠人员遥控执行多步骤任务的关键。
执行所有的任务时，USV都需要进行一定程度的障碍和碰撞规避。尽管船艇控制算法已经足够成熟，但是自主运行过程中的传感器处理技术还不够完善。在某些情况下，USV需要集成声纳、雷达、光学和红外传感器信息，但是目前针对光学和红外传感器的图像处理算法仍处在初期发展阶段。
感知技术是一项取得较快发展的技术领域，它直接关系到USV作战，特别是反水雷战、反潜战和水面战。USV对于这一技术领域的需求是，进一步提高区域覆盖率（ACR），提高分类和识别能力和非传统跟踪技术，改进用于探测化学、生物、核、放射性和爆炸威胁的传感器。在满足USV反水雷战任务需求方面，合成孔径声纳(SAS)技术处于领先的地位。SAS技术能够大幅扩展探测区域，并能够提高目标的分辨率，这个特性对于反水雷战模块的开发具有重要意义。此外宽带水声技术也具有提高水雷探测范围的能力。
传感器处理和相关的自主决策技术是USV反水雷战和反潜战任务模块正在开发的技术领域。对于反水雷战模块，主要的技术风险是在识别类似水雷的对象和确定水雷过程中应用的声纳和光学图像自动处理技术。目前，研究团队正在开发第二代自动声纳处理设备，并在特定环境下实现了声纳信号的自动处理。但是，用于识别水雷和水面物体的光学处理技术仅仅处于初始研发阶段。对于USV反潜战任务模块来说，最大的技术挑战主要是在自主处理、目标识别、对抗措施、目标运动分析（TMA）和战术运用等方面。
5. USV负载自动布放和回收
USV负载自动布放和回收是一项还未进行开发的技术领域，可能需要很长一段时间才能够完全实施。表1表示了USV任务需要布放和回收的负载类型。
2007年7月23日，美国海军发布了《海军无人水面艇主计划》。该计划从满足美国海军战略计划、舰队发展以及国防部到2020年部队转型的需求等方面，详细介绍了美国海军未来无人水面艇（USV）的发展计划。全文共分5个部分，即无人水面艇发展设想，无人水面艇的作战使命，发展系列无人水面艇，无人水面艇的技术与工程问题，建议与结论。现将主要内容摘编如下：
一、USV的发展设想
USV的发展设想是：开发和装备成本节约型的USV，改善海军和联合作战能力，支持本土防御、全球反恐作战、非对称作战和常规战争。为提升USV稳定性和耐波能力，协助打击地区性、跨国界、以及全球范围内的敌人，USV将增大目前和未来的平台。USV将完全实现自动化，从而降低通信/数据交换的需求以及操控人员的负担。此外，USV可通过布放和回收仪器设备，收集、发送和处理各类信息，使美军及其盟军能够以最低的风险或代价攻击目标。
为了实现USV的发展设想，USV主计划确定了以下目标：
（1）确定USV近期（5年）、中期（5年至10年）和未来（10年以上）的能力，具体包括：任务描述和优先性，每项任务的高层次作战概念（CONOPS），并通过对备选能力进行评估，确定这些能力是否适用于USV。
（2）建立USV的性能级别，使各级USV能够满足能力的需求：①推荐若干级别的水面艇，构建高效的、集团化的、互为补充的能力；②在海军项目中，界定USV类型和尺寸的具体范围；③审查各USV级别内部以及彼此之间的模块化和通用化水平。
（3）评估技术要求以及目前的技术准备情况，为USV平台和相关负载的研制提出相应的技术投资策略。
二、USV的作战使命
根据国防部和海军的指导性文件，这份主计划确定了USV优先发展的7个任务领域，按照优先级排列，包括：反水雷战(MCM)；反潜作战(ASW)；海上安全(MS)；水面作战(SUW)；支持特种部队作战（SOF）；电子战(EW)；支持海上拦截作战(MIO)。针对每一项任务领域，研究团队将开发一种USV任务包，这个任务包包括平台尺寸/类型、负载和可能的应用描述等。
三、发展系列USV
在2006年举行的USV主计划专题学术讨论会中，一项重要的结论是，界定USV的类型和尺寸级别将有助于协调舰队和USV采办项目，特别是在舰队兼容性、促进民品开发、集中控制、标准化、通用化、模块化和人员系统集成等方面。对于USV来说，最为重要的技术条件是USV能够被海军现役舰艇搭载，或仅需进行较小的改装，因此，通用的海军船型和尺寸成为首先考虑的因素。USV主计划推荐了一个非标准级的USV和三个标准级的USV，这4种级别的USV能够完全满足美国海军USV优先发展的7个任务领域的能力需求，具体包括：
“X－级”是一个长3米或更小的非标准级USV，采用非标准模块建造，能够支持特种部队作战、以及海上拦截作战任务。它将提供低层次的情报、侦察、监视能力，以及有限的续航力、有效载荷和适航性，支持有人操作。它可通过一个小型有人驾驶的小艇进行布放，例如，11米的刚性充气艇或充气式作战侦察突击艇。
“海港”级（Harbor Class）USV主要是在海军标准7米刚性充气艇基础上研制的，具有中等续航力，主要是执行海上安全任务，拥有较强的情报、监视和侦察能力，并装备了致命和非致命性武器。“海港级”USV具有7米充气艇的标准接口，可由多型舰艇部署。
“斯诺科勒”级（Snorkeler）USV是一个7米的半潜式水面艇，在航行过程中，除通气管之外，船体其余部分均在水下。相对于其它水面船体类型，这种作业模式可在7级海况下提供更为稳定的平台。“斯诺科勒”级USV将支持反水雷战拖曳（搜寻）/灭雷任务、反潜作战（海上盾牌），另外还可以充分利用相对隐蔽的外形支持特种作战任务。
“舰队”级（Fleet）USV是一个11米的滑行或半滑行水面艇，在拖曳扫雷具时具有中等航速/续航力，而在支持反潜战、水面战或电子战作战时，“舰队级”级USV能够提供较长的续航力。当移除或替换掉任务模块后，在24小时内，“舰队级”级USV还能支持有人驾驶。
四、无人水面艇的技术与工程问题
与USV的操控、部署与回收、运输、USV子任务包的布放与回收等问题相关的技术与工程问题可分为两类：第一类是技术本身不能完全支持任务需要；第二类是技术本身是成熟的，但是目前在USV中的应用还不够成熟。其中，可归属到第一类的技术和工程问题包括：自主技术、障碍和碰撞规避、威胁避免、自动目标识别、USV子任务包的自动布放和回收；可归为第二类的技术和工程问题包括：集中控制、武器发射、USV部署与回收。
1. 自主技术
对于所有的军用、民用或学术领域的无人系统来说，自主控制技术都是一个重要的研究领域。自主技术能够降低USV对于人员和带宽需求，同时扩展超视距作战的战术应用范围，例如，对于海上安全、反潜战和反水雷领域，需要USV长期、独立地运行，并执行长距离航行、探测、评估、危险规避和信息收集等任务。另外，通过自主技术，USV可与多个航行器进行协同作业，这在大规模反潜作战和反水雷战中被视为一项重要的使能能力。提高USV的自主性，需要推动最低层面的信号处理和决策能力，而自主控制水平可根据操作人员的操控频率和复杂性进行衡量。USV必须收集来自传感器的各种数据，自主地识别威胁数据，并做出适当地反应。不可预知的情况或数据信息可能导致航行器放弃任务或改变攻击计划。在提供初始能力时，由于操控人员和航行器之间仍需保持通信联系，因此USV所需的复杂自主技术可能少于其它类型的无人系统。
各种无人系统的武器自主控制技术正通过陆军、海军、空军试验室和美国国防部长办公室“联合地面机器人计划”（JGRE）进行研究。对于近期能力而言，大多数无人系统的武器控制将需要人员参与，以确定正确的打击目标。例如，USV反潜战“杀伤区”或反水雷战“水雷危险区”将依靠人为确定。对于灭雷系统，存在一些特殊的武器发射问题，其中，较为重要的是目标定位精度，灭雷具必须借助低廉的近程传感器定位目标。在开发出可靠的自动目标识别（ATR）算法之前，将需要健壮的、高频带指挥、控制和通信系统来支持人员参与的反水雷战任务。
总之，USV任务的预置程序不可能适应所有任务的动态变化特性，因此USV要能够适应环境和任务的变化。目前，面临的挑战是为USV提供自主的自适应能力，而且未来能力将需要更多无人系统进行自主的、协同作业。
2. 障碍和碰撞规避
除最小的特种任务航行器之外，所有的USV必须具备自主的障碍规避能力。这些障碍具体包括：大面积岸区、船只、低垂的障碍物（例如在近岸作战中遇到的桥梁、树枝等）、浅水障碍（例如沉船、暗礁和沙洲等）、水面障碍物（例如游泳者、浮标、漂浮的残骸等）、USV拖曳系统遇到的水中障碍物等。
3. 威胁避免
多数任务领域需要USV具备自主的威胁避免能力，这将涉及舰船、小艇、飞机、主动传感器系统（例如雷达）、以及大范围的被动探测系统。这里需要权衡的是，航行器对于拦截或破坏的易损性，以及USV自我保护组件的复杂性和成本。
4. 自动目标识别
在所有的任务领域，自动目标识别（ATR）有助于障碍规避和威胁避免，并且是完成反水雷战、海上安全、反潜战和水面作战任务的支撑技术之一。ATR是确保USV无需返回母船或依靠人员遥控执行多步骤任务的关键。
执行所有的任务时，USV都需要进行一定程度的障碍和碰撞规避。尽管船艇控制算法已经足够成熟，但是自主运行过程中的传感器处理技术还不够完善。在某些情况下，USV需要集成声纳、雷达、光学和红外传感器信息，但是目前针对光学和红外传感器的图像处理算法仍处在初期发展阶段。
感知技术是一项取得较快发展的技术领域，它直接关系到USV作战，特别是反水雷战、反潜战和水面战。USV对于这一技术领域的需求是，进一步提高区域覆盖率（ACR），提高分类和识别能力和非传统跟踪技术，改进用于探测化学、生物、核、放射性和爆炸威胁的传感器。在满足USV反水雷战任务需求方面，合成孔径声纳(SAS)技术处于领先的地位。SAS技术能够大幅扩展探测区域，并能够提高目标的分辨率，这个特性对于反水雷战模块的开发具有重要意义。此外宽带水声技术也具有提高水雷探测范围的能力。
传感器处理和相关的自主决策技术是USV反水雷战和反潜战任务模块正在开发的技术领域。对于反水雷战模块，主要的技术风险是在识别类似水雷的对象和确定水雷过程中应用的声纳和光学图像自动处理技术。目前，研究团队正在开发第二代自动声纳处理设备，并在特定环境下实现了声纳信号的自动处理。但是，用于识别水雷和水面物体的光学处理技术仅仅处于初始研发阶段。对于USV反潜战任务模块来说，最大的技术挑战主要是在自主处理、目标识别、对抗措施、目标运动分析（TMA）和战术运用等方面。
5. USV负载自动布放和回收
USV负载自动布放和回收是一项还未进行开发的技术领域，可能需要很长一段时间才能够完全实施。表1表示了USV任务需要布放和回收的负载类型。
表1 USV任务需要布放和回收的负载USV任务需要进行布放和回收的负载UUV/ROVUSV导弹鱼雷反水雷战
布放和回收
反潜战
布放
海上安全
布放和回收
<SPAN lang=E
一、USV的发展设想
USV的发展设想是：开发和装备成本节约型的USV，改善海军和联合作战能力，支持本土防御、全球反恐作战、非对称作战和常规战争。为提升USV稳定性和耐波能力，协助打击地区性、跨国界、以及全球范围内的敌人，USV将增大目前和未来的平台。USV将完全实现自动化，从而降低通信/数据交换的需求以及操控人员的负担。此外，USV可通过布放和回收仪器设备，收集、发送和处理各类信息，使美军及其盟军能够以最低的风险或代价攻击目标。
为了实现USV的发展设想，USV主计划确定了以下目标：
（1）确定USV近期（5年）、中期（5年至10年）和未来（10年以上）的能力，具体包括：任务描述和优先性，每项任务的高层次作战概念（CONOPS），并通过对备选能力进行评估，确定这些能力是否适用于USV。
（2）建立USV的性能级别，使各级USV能够满足能力的需求：①推荐若干级别的水面艇，构建高效的、集团化的、互为补充的能力；②在海军项目中，界定USV类型和尺寸的具体范围；③审查各USV级别内部以及彼此之间的模块化和通用化水平。
（3）评估技术要求以及目前的技术准备情况，为USV平台和相关负载的研制提出相应的技术投资策略。
二、USV的作战使命
根据国防部和海军的指导性文件，这份主计划确定了USV优先发展的7个任务领域，按照优先级排列，包括：反水雷战(MCM)；反潜作战(ASW)；海上安全(MS)；水面作战(SUW)；支持特种部队作战（SOF）；电子战(EW)；支持海上拦截作战(MIO)。针对每一项任务领域，研究团队将开发一种USV任务包，这个任务包包括平台尺寸/类型、负载和可能的应用描述等。
三、发展系列USV
在2006年举行的USV主计划专题学术讨论会中，一项重要的结论是，界定USV的类型和尺寸级别将有助于协调舰队和USV采办项目，特别是在舰队兼容性、促进民品开发、集中控制、标准化、通用化、模块化和人员系统集成等方面。对于USV来说，最为重要的技术条件是USV能够被海军现役舰艇搭载，或仅需进行较小的改装，因此，通用的海军船型和尺寸成为首先考虑的因素。USV主计划推荐了一个非标准级的USV和三个标准级的USV，这4种级别的USV能够完全满足美国海军USV优先发展的7个任务领域的能力需求，具体包括：
“X－级”是一个长3米或更小的非标准级USV，采用非标准模块建造，能够支持特种部队作战、以及海上拦截作战任务。它将提供低层次的情报、侦察、监视能力，以及有限的续航力、有效载荷和适航性，支持有人操作。它可通过一个小型有人驾驶的小艇进行布放，例如，11米的刚性充气艇或充气式作战侦察突击艇。
“海港”级（Harbor Class）USV主要是在海军标准7米刚性充气艇基础上研制的，具有中等续航力，主要是执行海上安全任务，拥有较强的情报、监视和侦察能力，并装备了致命和非致命性武器。“海港级”USV具有7米充气艇的标准接口，可由多型舰艇部署。
“斯诺科勒”级（Snorkeler）USV是一个7米的半潜式水面艇，在航行过程中，除通气管之外，船体其余部分均在水下。相对于其它水面船体类型，这种作业模式可在7级海况下提供更为稳定的平台。“斯诺科勒”级USV将支持反水雷战拖曳（搜寻）/灭雷任务、反潜作战（海上盾牌），另外还可以充分利用相对隐蔽的外形支持特种作战任务。
“舰队”级（Fleet）USV是一个11米的滑行或半滑行水面艇，在拖曳扫雷具时具有中等航速/续航力，而在支持反潜战、水面战或电子战作战时，“舰队级”级USV能够提供较长的续航力。当移除或替换掉任务模块后，在24小时内，“舰队级”级USV还能支持有人驾驶。
四、无人水面艇的技术与工程问题
与USV的操控、部署与回收、运输、USV子任务包的布放与回收等问题相关的技术与工程问题可分为两类：第一类是技术本身不能完全支持任务需要；第二类是技术本身是成熟的，但是目前在USV中的应用还不够成熟。其中，可归属到第一类的技术和工程问题包括：自主技术、障碍和碰撞规避、威胁避免、自动目标识别、USV子任务包的自动布放和回收；可归为第二类的技术和工程问题包括：集中控制、武器发射、USV部署与回收。
1. 自主技术
对于所有的军用、民用或学术领域的无人系统来说，自主控制技术都是一个重要的研究领域。自主技术能够降低USV对于人员和带宽需求，同时扩展超视距作战的战术应用范围，例如，对于海上安全、反潜战和反水雷领域，需要USV长期、独立地运行，并执行长距离航行、探测、评估、危险规避和信息收集等任务。另外，通过自主技术，USV可与多个航行器进行协同作业，这在大规模反潜作战和反水雷战中被视为一项重要的使能能力。提高USV的自主性，需要推动最低层面的信号处理和决策能力，而自主控制水平可根据操作人员的操控频率和复杂性进行衡量。USV必须收集来自传感器的各种数据，自主地识别威胁数据，并做出适当地反应。不可预知的情况或数据信息可能导致航行器放弃任务或改变攻击计划。在提供初始能力时，由于操控人员和航行器之间仍需保持通信联系，因此USV所需的复杂自主技术可能少于其它类型的无人系统。
各种无人系统的武器自主控制技术正通过陆军、海军、空军试验室和美国国防部长办公室“联合地面机器人计划”（JGRE）进行研究。对于近期能力而言，大多数无人系统的武器控制将需要人员参与，以确定正确的打击目标。例如，USV反潜战“杀伤区”或反水雷战“水雷危险区”将依靠人为确定。对于灭雷系统，存在一些特殊的武器发射问题，其中，较为重要的是目标定位精度，灭雷具必须借助低廉的近程传感器定位目标。在开发出可靠的自动目标识别（ATR）算法之前，将需要健壮的、高频带指挥、控制和通信系统来支持人员参与的反水雷战任务。
总之，USV任务的预置程序不可能适应所有任务的动态变化特性，因此USV要能够适应环境和任务的变化。目前，面临的挑战是为USV提供自主的自适应能力，而且未来能力将需要更多无人系统进行自主的、协同作业。
2. 障碍和碰撞规避
除最小的特种任务航行器之外，所有的USV必须具备自主的障碍规避能力。这些障碍具体包括：大面积岸区、船只、低垂的障碍物（例如在近岸作战中遇到的桥梁、树枝等）、浅水障碍（例如沉船、暗礁和沙洲等）、水面障碍物（例如游泳者、浮标、漂浮的残骸等）、USV拖曳系统遇到的水中障碍物等。
3. 威胁避免
多数任务领域需要USV具备自主的威胁避免能力，这将涉及舰船、小艇、飞机、主动传感器系统（例如雷达）、以及大范围的被动探测系统。这里需要权衡的是，航行器对于拦截或破坏的易损性，以及USV自我保护组件的复杂性和成本。
4. 自动目标识别
在所有的任务领域，自动目标识别（ATR）有助于障碍规避和威胁避免，并且是完成反水雷战、海上安全、反潜战和水面作战任务的支撑技术之一。ATR是确保USV无需返回母船或依靠人员遥控执行多步骤任务的关键。
执行所有的任务时，USV都需要进行一定程度的障碍和碰撞规避。尽管船艇控制算法已经足够成熟，但是自主运行过程中的传感器处理技术还不够完善。在某些情况下，USV需要集成声纳、雷达、光学和红外传感器信息，但是目前针对光学和红外传感器的图像处理算法仍处在初期发展阶段。
感知技术是一项取得较快发展的技术领域，它直接关系到USV作战，特别是反水雷战、反潜战和水面战。USV对于这一技术领域的需求是，进一步提高区域覆盖率（ACR），提高分类和识别能力和非传统跟踪技术，改进用于探测化学、生物、核、放射性和爆炸威胁的传感器。在满足USV反水雷战任务需求方面，合成孔径声纳(SAS)技术处于领先的地位。SAS技术能够大幅扩展探测区域，并能够提高目标的分辨率，这个特性对于反水雷战模块的开发具有重要意义。此外宽带水声技术也具有提高水雷探测范围的能力。
传感器处理和相关的自主决策技术是USV反水雷战和反潜战任务模块正在开发的技术领域。对于反水雷战模块，主要的技术风险是在识别类似水雷的对象和确定水雷过程中应用的声纳和光学图像自动处理技术。目前，研究团队正在开发第二代自动声纳处理设备，并在特定环境下实现了声纳信号的自动处理。但是，用于识别水雷和水面物体的光学处理技术仅仅处于初始研发阶段。对于USV反潜战任务模块来说，最大的技术挑战主要是在自主处理、目标识别、对抗措施、目标运动分析（TMA）和战术运用等方面。
5. USV负载自动布放和回收
USV负载自动布放和回收是一项还未进行开发的技术领域，可能需要很长一段时间才能够完全实施。表1表示了USV任务需要布放和回收的负载类型。
表1 USV任务需要布放和回收的负载
USV任务 | 需要进行布放和回收的负载 | |||
UUV/ROV | USV | 导弹 | 鱼雷 | |
| 反水雷战 | 布放和回收 | | | |
| 反潜战 | | | | 布放 |
| 海上安全 | 布放和回收 | <SPAN lang=E | ||
一、USV的发展设想
USV的发展设想是：开发和装备成本节约型的USV，改善海军和联合作战能力，支持本土防御、全球反恐作战、非对称作战和常规战争。为提升USV稳定性和耐波能力，协助打击地区性、跨国界、以及全球范围内的敌人，USV将增大目前和未来的平台。USV将完全实现自动化，从而降低通信/数据交换的需求以及操控人员的负担。此外，USV可通过布放和回收仪器设备，收集、发送和处理各类信息，使美军及其盟军能够以最低的风险或代价攻击目标。
为了实现USV的发展设想，USV主计划确定了以下目标：
（1）确定USV近期（5年）、中期（5年至10年）和未来（10年以上）的能力，具体包括：任务描述和优先性，每项任务的高层次作战概念（CONOPS），并通过对备选能力进行评估，确定这些能力是否适用于USV。
（2）建立USV的性能级别，使各级USV能够满足能力的需求：①推荐若干级别的水面艇，构建高效的、集团化的、互为补充的能力；②在海军项目中，界定USV类型和尺寸的具体范围；③审查各USV级别内部以及彼此之间的模块化和通用化水平。
（3）评估技术要求以及目前的技术准备情况，为USV平台和相关负载的研制提出相应的技术投资策略。
二、USV的作战使命
根据国防部和海军的指导性文件，这份主计划确定了USV优先发展的7个任务领域，按照优先级排列，包括：反水雷战(MCM)；反潜作战(ASW)；海上安全(MS)；水面作战(SUW)；支持特种部队作战（SOF）；电子战(EW)；支持海上拦截作战(MIO)。针对每一项任务领域，研究团队将开发一种USV任务包，这个任务包包括平台尺寸/类型、负载和可能的应用描述等。
三、发展系列USV
在2006年举行的USV主计划专题学术讨论会中，一项重要的结论是，界定USV的类型和尺寸级别将有助于协调舰队和USV采办项目，特别是在舰队兼容性、促进民品开发、集中控制、标准化、通用化、模块化和人员系统集成等方面。对于USV来说，最为重要的技术条件是USV能够被海军现役舰艇搭载，或仅需进行较小的改装，因此，通用的海军船型和尺寸成为首先考虑的因素。USV主计划推荐了一个非标准级的USV和三个标准级的USV，这4种级别的USV能够完全满足美国海军USV优先发展的7个任务领域的能力需求，具体包括：
“X－级”是一个长3米或更小的非标准级USV，采用非标准模块建造，能够支持特种部队作战、以及海上拦截作战任务。它将提供低层次的情报、侦察、监视能力，以及有限的续航力、有效载荷和适航性，支持有人操作。它可通过一个小型有人驾驶的小艇进行布放，例如，11米的刚性充气艇或充气式作战侦察突击艇。
“海港”级（Harbor Class）USV主要是在海军标准7米刚性充气艇基础上研制的，具有中等续航力，主要是执行海上安全任务，拥有较强的情报、监视和侦察能力，并装备了致命和非致命性武器。“海港级”USV具有7米充气艇的标准接口，可由多型舰艇部署。
“斯诺科勒”级（Snorkeler）USV是一个7米的半潜式水面艇，在航行过程中，除通气管之外，船体其余部分均在水下。相对于其它水面船体类型，这种作业模式可在7级海况下提供更为稳定的平台。“斯诺科勒”级USV将支持反水雷战拖曳（搜寻）/灭雷任务、反潜作战（海上盾牌），另外还可以充分利用相对隐蔽的外形支持特种作战任务。
“舰队”级（Fleet）USV是一个11米的滑行或半滑行水面艇，在拖曳扫雷具时具有中等航速/续航力，而在支持反潜战、水面战或电子战作战时，“舰队级”级USV能够提供较长的续航力。当移除或替换掉任务模块后，在24小时内，“舰队级”级USV还能支持有人驾驶。
四、无人水面艇的技术与工程问题
与USV的操控、部署与回收、运输、USV子任务包的布放与回收等问题相关的技术与工程问题可分为两类：第一类是技术本身不能完全支持任务需要；第二类是技术本身是成熟的，但是目前在USV中的应用还不够成熟。其中，可归属到第一类的技术和工程问题包括：自主技术、障碍和碰撞规避、威胁避免、自动目标识别、USV子任务包的自动布放和回收；可归为第二类的技术和工程问题包括：集中控制、武器发射、USV部署与回收。
1. 自主技术
对于所有的军用、民用或学术领域的无人系统来说，自主控制技术都是一个重要的研究领域。自主技术能够降低USV对于人员和带宽需求，同时扩展超视距作战的战术应用范围，例如，对于海上安全、反潜战和反水雷领域，需要USV长期、独立地运行，并执行长距离航行、探测、评估、危险规避和信息收集等任务。另外，通过自主技术，USV可与多个航行器进行协同作业，这在大规模反潜作战和反水雷战中被视为一项重要的使能能力。提高USV的自主性，需要推动最低层面的信号处理和决策能力，而自主控制水平可根据操作人员的操控频率和复杂性进行衡量。USV必须收集来自传感器的各种数据，自主地识别威胁数据，并做出适当地反应。不可预知的情况或数据信息可能导致航行器放弃任务或改变攻击计划。在提供初始能力时，由于操控人员和航行器之间仍需保持通信联系，因此USV所需的复杂自主技术可能少于其它类型的无人系统。
各种无人系统的武器自主控制技术正通过陆军、海军、空军试验室和美国国防部长办公室“联合地面机器人计划”（JGRE）进行研究。对于近期能力而言，大多数无人系统的武器控制将需要人员参与，以确定正确的打击目标。例如，USV反潜战“杀伤区”或反水雷战“水雷危险区”将依靠人为确定。对于灭雷系统，存在一些特殊的武器发射问题，其中，较为重要的是目标定位精度，灭雷具必须借助低廉的近程传感器定位目标。在开发出可靠的自动目标识别（ATR）算法之前，将需要健壮的、高频带指挥、控制和通信系统来支持人员参与的反水雷战任务。
总之，USV任务的预置程序不可能适应所有任务的动态变化特性，因此USV要能够适应环境和任务的变化。目前，面临的挑战是为USV提供自主的自适应能力，而且未来能力将需要更多无人系统进行自主的、协同作业。
2. 障碍和碰撞规避
除最小的特种任务航行器之外，所有的USV必须具备自主的障碍规避能力。这些障碍具体包括：大面积岸区、船只、低垂的障碍物（例如在近岸作战中遇到的桥梁、树枝等）、浅水障碍（例如沉船、暗礁和沙洲等）、水面障碍物（例如游泳者、浮标、漂浮的残骸等）、USV拖曳系统遇到的水中障碍物等。
3. 威胁避免
多数任务领域需要USV具备自主的威胁避免能力，这将涉及舰船、小艇、飞机、主动传感器系统（例如雷达）、以及大范围的被动探测系统。这里需要权衡的是，航行器对于拦截或破坏的易损性，以及USV自我保护组件的复杂性和成本。
4. 自动目标识别
在所有的任务领域，自动目标识别（ATR）有助于障碍规避和威胁避免，并且是完成反水雷战、海上安全、反潜战和水面作战任务的支撑技术之一。ATR是确保USV无需返回母船或依靠人员遥控执行多步骤任务的关键。
执行所有的任务时，USV都需要进行一定程度的障碍和碰撞规避。尽管船艇控制算法已经足够成熟，但是自主运行过程中的传感器处理技术还不够完善。在某些情况下，USV需要集成声纳、雷达、光学和红外传感器信息，但是目前针对光学和红外传感器的图像处理算法仍处在初期发展阶段。
感知技术是一项取得较快发展的技术领域，它直接关系到USV作战，特别是反水雷战、反潜战和水面战。USV对于这一技术领域的需求是，进一步提高区域覆盖率（ACR），提高分类和识别能力和非传统跟踪技术，改进用于探测化学、生物、核、放射性和爆炸威胁的传感器。在满足USV反水雷战任务需求方面，合成孔径声纳(SAS)技术处于领先的地位。SAS技术能够大幅扩展探测区域，并能够提高目标的分辨率，这个特性对于反水雷战模块的开发具有重要意义。此外宽带水声技术也具有提高水雷探测范围的能力。
传感器处理和相关的自主决策技术是USV反水雷战和反潜战任务模块正在开发的技术领域。对于反水雷战模块，主要的技术风险是在识别类似水雷的对象和确定水雷过程中应用的声纳和光学图像自动处理技术。目前，研究团队正在开发第二代自动声纳处理设备，并在特定环境下实现了声纳信号的自动处理。但是，用于识别水雷和水面物体的光学处理技术仅仅处于初始研发阶段。对于USV反潜战任务模块来说，最大的技术挑战主要是在自主处理、目标识别、对抗措施、目标运动分析（TMA）和战术运用等方面。
5. USV负载自动布放和回收
USV负载自动布放和回收是一项还未进行开发的技术领域，可能需要很长一段时间才能够完全实施。表1表示了USV任务需要布放和回收的负载类型。
表1 USV任务需要布放和回收的负载USV任务需要进行布放和回收的负载UUV/ROVUSV导弹鱼雷反水雷战
布放和回收
反潜战
布放
海上安全
布放和回收
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