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美國海軍從上世^[1]紀(jì)90年代開始研究無人水面艇。2007年，美國海軍發(fā)布《海軍無人水面艇主計劃》，為無人水面艇賦予了7項任務(wù)，同時還界定了無人水面艇的船型、尺寸和標(biāo)準(zhǔn)等要素，這標(biāo)志著美國無人水面艇走上正規(guī)發(fā)展階段。

以色列“保護者”型無人水面艇已經(jīng)開始批量生產(chǎn)，并裝備部隊。新加坡海軍是它第一個海外用戶，在一次演習(xí)中，他們利用登陸艦搭載2艘“保護者”無人水面艇，進行海上保衛(wèi)和封鎖行動，據(jù)新加坡國防部稱，“保護者”無人水面艇是“非常高效的”。

德國、日本也在積極研究無人水面艇。中國無人水面艇的發(fā)展尚處于起步階段，民用方面已取得進展，“天象1號”無人水面艇曾在奧運會青島奧帆賽期間，作為氣象應(yīng)急裝備為奧帆賽提供氣象保障服務(wù)。

2007年7月23日，美國海軍發(fā)布了《海軍無人水面艇主計劃》。該計劃從滿足美國海軍戰(zhàn)略計劃、艦隊發(fā)展以及國防部到2020年部隊轉(zhuǎn)型的需求等方面，詳細(xì)介紹了美國海軍未來無人水面艇（USV）的發(fā)展計劃。

USV的發(fā)展設(shè)想是：開發(fā)和裝備成本節(jié)約型的USV，改善海軍和聯(lián)合作戰(zhàn)能力，支持本土防御、全球反恐作戰(zhàn)、非對稱作戰(zhàn)和常規(guī)戰(zhàn)爭。為提升USV穩(wěn)定性和耐波能力，協(xié)助打擊地區(qū)性、跨國界、以及全球范圍內(nèi)的敵人。USV將完全實現(xiàn)自動化，從而降低通信/數(shù)據(jù)交換的需求以及操控人員的負(fù)擔(dān)。此外，USV可通過布放和回收儀器設(shè)備，收集、發(fā)送和處理各類信息，使美軍及其盟軍能夠以最低的風(fēng)險或代價攻擊目標(biāo)。^[1]

為了實現(xiàn)USV的發(fā)展設(shè)想，USV主計劃確定了以下目標(biāo)：

（1）確定USV近期（5年）、中期（5年至10年）和未來（10年以上）的能力，具體包括：任務(wù)描述和優(yōu)先性，每項任務(wù)的高層次作戰(zhàn)概念（CONOPS），并通過對備選能力進行評估，確定這些能力是否適用于USV。

（2）建立USV的性能級別，使各級USV能夠滿足能力的需求：①推薦若干級別的水面艇，構(gòu)建高效的、集團化的、互為補充的能力；②在海軍項目中，界定USV類型和尺寸的具體范圍；③審查各USV級別內(nèi)部以及彼此之間的模塊化和通用化水平。

（3）評估技術(shù)要求以及技術(shù)準(zhǔn)備情況，為USV平臺和相關(guān)負(fù)載的研制提出相應(yīng)的技術(shù)投資策略。

根據(jù)國防部和海軍的指導(dǎo)性文件，這份主計劃確定了USV優(yōu)先發(fā)展的7個任務(wù)領(lǐng)域，按照優(yōu)先級排列，包括：反水雷戰(zhàn)(MCM)；反潛作戰(zhàn)(ASW)；海上安全(MS)；水面作戰(zhàn)(SUW)；支持特種部隊作戰(zhàn)（SOF）；電子戰(zhàn)(EW)；支持海上攔截作戰(zhàn)(MIO)。針對每一項任務(wù)領(lǐng)域，研究團隊將開發(fā)一種USV任務(wù)包，這個任務(wù)包包括平臺尺寸/類型、負(fù)載和可能的應(yīng)用描述等。

USV主計劃推薦了一個非標(biāo)準(zhǔn)級的USV和三個標(biāo)準(zhǔn)級的USV，這4種級別的USV能夠完全滿足美國海軍USV優(yōu)先發(fā)展的7個任務(wù)領(lǐng)域的能力需求，具體包括：

“X－級”是一個長3米或更小的非標(biāo)準(zhǔn)級USV，采用非標(biāo)準(zhǔn)模塊建造，能夠支持特種部隊作戰(zhàn)、以及海上攔截作戰(zhàn)任務(wù)。它將提供低層次的情報、偵察、監(jiān)視能力，以及有限的續(xù)航力、有效載荷和適航性，支持有人操作。它可通過一個小型有人駕駛的小艇進行布放，例如，11米的剛性充氣艇或充氣式作戰(zhàn)偵察突擊艇。

“海港”級（Harbor Class）USV主要是在海軍標(biāo)準(zhǔn)7米剛性充氣艇基礎(chǔ)上研制的，具有中等續(xù)航力，主要是執(zhí)行海上安全任務(wù)，擁有較強的情報、監(jiān)視和偵察能力，并裝備了致命和非致命性武器?！昂８奂墶盪SV具有7米充氣艇的標(biāo)準(zhǔn)接口，可由多型艦艇部署。^[2]

“斯諾科勒”級（Snorkeler）USV是一個7米的半潛式水面艇，在航行過程中，除通氣管之外，船體其余部分均在水下。相對于其它水面船體類型，這種作業(yè)模式可在7級海況下提供更為穩(wěn)定的平臺。“斯諾科勒”級USV將支持反水雷戰(zhàn)拖曳（搜尋）/滅雷任務(wù)、反潛作戰(zhàn)（海上盾牌），另外還可以充分利用相對隱蔽的外形支持特種作戰(zhàn)任務(wù)。

“艦隊”級（Fleet）USV是一個11米的滑行或半滑行水面艇，在拖曳掃雷具時具有中等航速/續(xù)航力，而在支持反潛戰(zhàn)、水面戰(zhàn)或電子戰(zhàn)作戰(zhàn)時，“艦隊級”級USV能夠提供較長的續(xù)航力。當(dāng)移除或替換掉任務(wù)模塊后，在24小時內(nèi)，“艦隊級”級USV還能支持有人駕駛。

在無人水面艇的動力方面，由于柴油機的可靠性好，油料熱效率高，因而應(yīng)用比較廣泛。美國海軍無人水面艇發(fā)動機的主要供應(yīng)商是洋馬海事公司。該公司提供一系列柴油機，單機最大輸出功率達720馬力。該公司最新型柴油機采用電子發(fā)動機管理系統(tǒng)監(jiān)視和調(diào)節(jié)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、渦輪增壓、冷卻溫度和節(jié)流閥，并調(diào)整電噴時間和油料流量，確保工作環(huán)境下油料完全燃燒并獲得最大的燃油熱效率。此外，美國還在研究一種高能量密度動力源，推進柴油機作為混合系統(tǒng)中的一部分，再輔以鋰電池組和其它可能的動力源，為無人水面艇提供高可靠性、低維護量的發(fā)動機，保證它能夠在海洋環(huán)境和惡劣海況下，無需再加油連續(xù)運轉(zhuǎn)2周。

自主技術(shù)能夠降低USV對于人員和帶寬需求，同時擴展超視距作戰(zhàn)的戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用范圍，例如，對于海上安全、反潛戰(zhàn)和反水雷領(lǐng)域，需要USV長期、獨立地運行，并執(zhí)行長距離航行、探測、評估、危險規(guī)避和信息收集等任務(wù)。另外，通過自主技術(shù)，USV可與多個航行器進行協(xié)同作業(yè)，這在大規(guī)模反潛作戰(zhàn)和反水雷戰(zhàn)中被視為一項重要的使能能力。提高USV的自主性，需要推動最低層面的信號處理和決策能力，而自主控制水平可根據(jù)操作人員的操控頻率和復(fù)雜性進行衡量。USV必須收集來自傳感器的各種數(shù)據(jù)，自主地識別威脅數(shù)據(jù)，并做出適當(dāng)?shù)胤磻?yīng)。不可預(yù)知的情況或數(shù)據(jù)信息可能導(dǎo)致航行器放棄任務(wù)或改變攻擊計劃。在提供初始能力時，由于操控人員和航行器之間仍需保持通信聯(lián)系，因此USV所需的復(fù)雜自主技術(shù)可能少于其它類型的無人系統(tǒng)。

各種無人系統(tǒng)的武器自主控制技術(shù)正通過陸軍、海軍、空軍試驗室和美國國防部長辦公室“聯(lián)合地面機器人計劃”（JGRE）進行研究。對于近期能力而言，大多數(shù)無人系統(tǒng)的武器控制將需要人員參與，以確定正確的打擊目標(biāo)。例如，USV反潛戰(zhàn)“殺傷區(qū)”或反水雷戰(zhàn)“水雷危險區(qū)”將依靠人為確定。對于滅雷系統(tǒng)，存在一些特殊的武器發(fā)射問題，其中，較為重要的是目標(biāo)定位精度，滅雷具必須借助低廉的近程傳感器定位目標(biāo)。在開發(fā)出可靠的自動目標(biāo)識別（ATR）算法之前，將需要健壯的、高頻帶指揮、控制和通信系統(tǒng)來支持人員參與的反水雷戰(zhàn)任務(wù)。

總之，USV任務(wù)的預(yù)置程序不可能適應(yīng)所有任務(wù)的動態(tài)變化特性，因此USV要能夠適應(yīng)環(huán)境和任務(wù)的變化。面臨的挑戰(zhàn)是為USV提供自主的自適應(yīng)能力，而且未來能力將需要更多無人系統(tǒng)進行自主的、協(xié)同作業(yè)。

除最小的特種任務(wù)航行器之外，所有的USV必須具備自主的障礙規(guī)避能力。這些障礙具體包括：大面積岸區(qū)、船只、低垂的障礙物（例如在近岸作戰(zhàn)中遇到的橋梁、樹枝等）、淺水障礙（例如沉船、暗礁和沙洲等）、水面障礙物（例如游泳者、浮標(biāo)、漂浮的殘骸等）、USV拖曳系統(tǒng)遇到的水中障礙物等。

多數(shù)任務(wù)領(lǐng)域需要USV具備自主的威脅避免能力，這將涉及艦船、小艇、飛機、主動傳感器系統(tǒng)（例如雷達）、以及大范圍的被動探測系統(tǒng)。這里需要權(quán)衡的是，航行器對于攔截或破壞的易損性，以及USV自我保護組件的復(fù)雜性和成本。

在所有的任務(wù)領(lǐng)域，自動目標(biāo)識別（ATR）有助于障礙規(guī)避和威脅避免，并且是完成反水雷戰(zhàn)、海上安全、反潛戰(zhàn)和水面作戰(zhàn)任務(wù)的支撐技術(shù)之一。ATR是確保USV無需返回母船或依靠人員遙控執(zhí)行多步驟任務(wù)的關(guān)鍵。

執(zhí)行所有的任務(wù)時，USV都需要進行一定程度的障礙和碰撞規(guī)避。盡管船艇控制算法已經(jīng)足夠成熟，但是自主運行過程中的傳感器處理技術(shù)還不夠完善。在某些情況下，USV需要集成聲納、雷達、光學(xué)和紅外傳感器信息，但是針對光學(xué)和紅外傳感器的圖像處理算法仍處在初期發(fā)展階段。

感知技術(shù)是一項取得較快發(fā)展的技術(shù)領(lǐng)域，它直接關(guān)系到USV作戰(zhàn)，特別是反水雷戰(zhàn)、反潛戰(zhàn)和水面戰(zhàn)。USV對于這一技術(shù)領(lǐng)域的需求是，進一步提高區(qū)域覆蓋率（ACR），提高分類和識別能力和非傳統(tǒng)跟蹤技術(shù)，改進用于探測化學(xué)、生物、核、放射性和爆炸威脅的傳感器。在滿足USV反水雷戰(zhàn)任務(wù)需求方面，合成孔徑聲納(SAS)技術(shù)處于領(lǐng)先的地位。SAS技術(shù)能夠大幅擴展探測區(qū)域，并能夠提高目標(biāo)的分辨率，這個特性對于反水雷戰(zhàn)模塊的開發(fā)具有重要意義。此外寬帶水聲技術(shù)也具有提高水雷探測范圍的能力。

傳感器處理和相關(guān)的自主決策技術(shù)是USV反水雷戰(zhàn)和反潛戰(zhàn)任務(wù)模塊正在開發(fā)的技術(shù)領(lǐng)域。對于反水雷戰(zhàn)模塊，主要的技術(shù)風(fēng)險是在識別類似水雷的對象和確定水雷過程中應(yīng)用的聲納和光學(xué)圖像自動處理技術(shù)。研究團隊正在開發(fā)第二代自動聲納處理設(shè)備，并在特定環(huán)境下實現(xiàn)了聲納信號的自動處理。但是，用于識別水雷和水面物體的光學(xué)處理技術(shù)僅僅處于初始研發(fā)階段。對于USV反潛戰(zhàn)任務(wù)模塊來說，最大的技術(shù)挑戰(zhàn)主要是在自主處理、目標(biāo)識別、對抗措施、目標(biāo)運動分析（TMA）和戰(zhàn)術(shù)運用等方面。

USV負(fù)載自動布放和回收是一項還未進行開發(fā)的技術(shù)領(lǐng)域，可能需要很長一段時間才能夠完全實施。

USV主計劃預(yù)期USV能力將通過大量不同無人系統(tǒng)聯(lián)合作戰(zhàn)得到有效運用，這就需要一個集中控制方案，降低各種特殊硬件、軟件、人員和訓(xùn)練、以及通信系統(tǒng)的分散程度。美國國防部長辦公室和各軍種無人系統(tǒng)之間的聯(lián)合互操作標(biāo)準(zhǔn)研究工作還沒有啟動。但是，海軍和國防部長辦公室已經(jīng)啟動了“聯(lián)合無人系統(tǒng)集中控制先期概念技術(shù)演示”（JUSC2 ACTD）項目，在無人系統(tǒng)集中控制技術(shù)發(fā)展方面邁出了第一步。這個先期概念演示項目在瀕海戰(zhàn)斗艦的0型（Flight 0）上集成了無人航行器集中控制系統(tǒng)，并且增加了聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn)（JAUS & STANAG 4586），但是，JUSC2項目僅是減少了操控人員的數(shù)量。海軍正在討論將JUSC2項目轉(zhuǎn)移到統(tǒng)一的集中控制臺項目，該項目將為瀕海戰(zhàn)斗艦、以及其他海軍水面和潛艇等平臺開發(fā)、集成、配置和維護一個統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的集成控制臺，這個控制臺將完全取代用于單獨無人航行器的分散控制系統(tǒng)。實現(xiàn)這一最終目標(biāo)的關(guān)鍵是制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，包括互操作性，通信，艇體、機械和電氣(HM&E)，有效負(fù)載的模塊化，指揮、控制、通信和計算機（C4）體系結(jié)構(gòu)。