夏學(xué)知，陳雁飛，曹江麗

（中國船舶重工集團(tuán)有限公司第七〇九研究所，武漢 430074）

一、前言

深海因其具有豐富的資源、廣闊的空間，以及所蘊(yùn)藏的巨大的政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、科研和生態(tài)環(huán)境價值，成為21 世紀(jì)大國必爭之地。隨著人類對海洋開發(fā)需求的不斷增長，以及物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)等新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展，利用信息技術(shù)提高人類“認(rèn)識海洋、經(jīng)略海洋、管控海洋”的能力已經(jīng)成為推進(jìn)海洋事業(yè)發(fā)展的重要動力。我國將處理好海洋軍事、經(jīng)濟(jì)和科技的關(guān)系，選擇走合作、開放的道路，通過科技先行力求脫穎而出，爭取海上的引領(lǐng)地位 [1]。

在民用領(lǐng)域，傳統(tǒng)海洋強(qiáng)國一直注重開展海洋開發(fā)的“藍(lán)色圈地”運(yùn)動。美國牢牢占據(jù)著深?；顒拥闹鲗?dǎo)地位，是目前深海資源擁有量最大、開發(fā)技術(shù)研究水平最高的國家。日本出于戰(zhàn)略資源需求的考慮，近年來在深海金屬礦、天然氣水合物、深海生物基因的勘查/開發(fā)/科研方面的投資力度已居世界第一。韓國、印度等新興工業(yè)國家也在積極參與區(qū)域海底資源的爭奪，例如：韓國于1998年研制成功了6000 m 水下機(jī)器人，已在太平洋有關(guān)海域進(jìn)行熱液硫化物和富鈷結(jié)殼礦區(qū)的選區(qū)調(diào)查；印度投入了大量資源用于深海開發(fā) [2]。

在軍事領(lǐng)域，深?？臻g由于通透性差、壓力變化大、水文特性復(fù)雜等特點(diǎn)而使其難以感知，易于遂行隱蔽性和突然性任務(wù)，成為繼陸、海、空、天、電磁之后的第6 維重要戰(zhàn)略空間 [3,4]。以深?；貫橹行?、以深海預(yù)警和通信系統(tǒng)為依托、以深海后勤體系為保障、以隱蔽性綜合打擊為手段，由此構(gòu)成體系化的深海軍事力量，可以充分發(fā)揮深海作戰(zhàn)效能，有望顛覆傳統(tǒng)海戰(zhàn)模式 [5]。美國在潛艇平臺、水下無人系統(tǒng)、海底監(jiān)視系統(tǒng)、反潛裝備等多方面都處于世界領(lǐng)先水平 [6～10]，朝著組建深海部隊(duì)、完善深海作戰(zhàn)條例、發(fā)展深海武器系統(tǒng)的方向發(fā)展。俄羅斯長期將潛艇平臺和水下作戰(zhàn)能力視為維持海上非對稱軍事平衡的重要手段，持續(xù)發(fā)展新型潛艇、水下推進(jìn)、綜合探測等裝備和技術(shù)，著力提升其深海軍事力量。

海洋強(qiáng)國從20 世紀(jì)五六十年代起，通過深海的探測、通信、導(dǎo)航、信息利用等方面的技術(shù)綜合與創(chuàng)新，逐步構(gòu)建深海立體信息體系，重點(diǎn)發(fā)展貫穿深海、淺海、海面、空中、太空、電磁等空間的綜合信息保障能力。圍繞海洋信息系統(tǒng)建設(shè)，國際組織及美國、歐洲、日本等世界海洋強(qiáng)國或地區(qū)，紛紛投入巨資實(shí)施了一系列重大項(xiàng)目，包括：全球海洋實(shí)時觀測網(wǎng)計(jì)劃（ARGO）、一體化海洋觀測系統(tǒng)（IOOS）、海王星海底觀測網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃（NEPTUNE）、歐洲海底觀測網(wǎng)（ESONET）、密集型地震海嘯海底監(jiān)測網(wǎng)系統(tǒng)（DONET）等。

近年來，我國逐步開展并深入實(shí)施深海大洋科學(xué)調(diào)查、資源勘探開發(fā)、戰(zhàn)略資源防護(hù)等海洋權(quán)益利用和維護(hù)工作，由此對“認(rèn)識海洋、經(jīng)略海洋、管控海洋”提出了全新的要求。與之對應(yīng)，海洋信息化建設(shè)及應(yīng)用成為亟需重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域，深海信息化與智慧化也成為“數(shù)字海洋”的重要發(fā)展方向 [11]。隨著大深度載人平臺、無人運(yùn)載器、深海預(yù)置裝置等大型海洋裝備的研制成功和陸續(xù)投入應(yīng)用，同步規(guī)劃發(fā)展深海信息體系、開展深海信息化建設(shè)，已成為當(dāng)務(wù)之急。

二、面臨問題

深海信息體系是由功能上相互聯(lián)系、相互作用，性能上相互補(bǔ)充的多種信息設(shè)施組成，其體系要素（各類感知裝置、作業(yè)平臺、作業(yè)指揮調(diào)度管理功能系統(tǒng)等）通過多種通信手段互聯(lián)互通，并與岸基、空中、水面的其他平臺/系統(tǒng)互連互通，形成具備廣域信息獲取、處理、共享的體系，由此保障深海作業(yè)人員/平臺對信息獲取與利用的需求。

深海信息體系需要面向軍民應(yīng)用需求，整合各類信息資源，提升深海信息感知和共享能力。受深海物理場特性和深海裝備能力限制，深海信息體系構(gòu)建面臨著一系列難點(diǎn)問題（見表1）。

三、初步設(shè)想

聚焦深海信息的觀測、利用、管理和保障需求，提出了深海信息體系建設(shè)的初步設(shè)想。深海信息體系包含深海信息感知、深海信息傳輸、深海作業(yè)管理、深海綜合保障、深海安防5 個方面，涉及的要素有：依附深海平臺/單元的探測、通信、導(dǎo)航、指揮控制、支援保障等設(shè)施，依附深海及海底的探測、導(dǎo)航、通信等設(shè)施，信息、法規(guī)、條令等外部資源。

（1）深海信息感知系統(tǒng)主要由海底固定、深海浮標(biāo)、深海平臺（有人/無人）配置的各類傳感器組成，具備水聲、光學(xué)、電磁場等多類信息收集與感知能力，用于平時水下環(huán)境信息收集和水下目標(biāo)的偵聽、水下探測，以滿足對特定深海區(qū)域的全天候、全頻域信息感知需求。還可與海面和空中甚至天基感知體系互聯(lián)，在更大體系層面發(fā)揮感知作用。

（2）深海信息傳輸系統(tǒng)主要由海底固定光纖通信、水下甚低頻（VLF）和超低頻（SLF）通信、水下無線射頻通信、水聲擴(kuò)頻通信、水下激光通信、水下中微子通信等設(shè)備，以及浮標(biāo)式數(shù)據(jù)鏈和衛(wèi)星通信天線等組成。用于深海感知和控制信息的傳輸，以及與海面、空中、岸基和天基信息系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

表1 深海信息體系構(gòu)建的主要難點(diǎn)

（3）深海作業(yè)管理系統(tǒng)主要包括深?？臻g站、無人水下航行器（UUV）和自主式水下航行器（AUV）、深海預(yù)置裝置、深海作業(yè)工具以及作業(yè)管理和指揮控制系統(tǒng)。深?？臻g站載荷能力大（數(shù)百至數(shù)千噸），可以攜帶功能廣泛的作業(yè)潛水器及作業(yè)工具在1000～3000 m 水域進(jìn)行深海工程作業(yè)。UUV 和AUV 具有輕型、中型和重型多個類別，可以執(zhí)行海洋調(diào)查、海洋探測、水下運(yùn)輸、布雷與獵雷、情報偵察等任務(wù)。深海預(yù)置裝置可為深海移動平臺提供能源補(bǔ)給、導(dǎo)航定位與對時條件。深海作業(yè)工具是拓展深海運(yùn)載器作業(yè)能力、提升深?？茖W(xué)考察能力的重要手段，可以根據(jù)具體的探索任務(wù)、科研目標(biāo)來進(jìn)行差異化配置。作業(yè)管理和指揮控制系統(tǒng)是構(gòu)建深海信息體系的核心，部署于深海作業(yè)平臺，執(zhí)行體系資源綜合管控、多源信息處理、綜合信息管理、單平臺/集群作業(yè)指揮調(diào)度、作戰(zhàn)指揮控制、安全防衛(wèi)管控等任務(wù)。

（4）深海綜合保障系統(tǒng)主要包括海洋地理環(huán)境、海洋水文氣象、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建設(shè)保障以及海洋工程建設(shè)、搜索救援、導(dǎo)航定位信息服務(wù)。在與我國利益相關(guān)的深遠(yuǎn)海域，加快建立深遠(yuǎn)海域水文信息大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，為權(quán)益維護(hù)提供信息支持。

（5）深海安防系統(tǒng)主要包括深海固定監(jiān)測網(wǎng)、大面積機(jī)動監(jiān)測網(wǎng)等深海警戒監(jiān)測設(shè)施，以及執(zhí)行警告、干擾、攔截、驅(qū)離任務(wù)的深海防衛(wèi)設(shè)施，由此滿足重要海域水下安全防護(hù)、深水重要設(shè)施防護(hù)、以及反潛預(yù)警的能力需求。

四、關(guān)鍵技術(shù)分析

1.深海探測技術(shù)

發(fā)展新型探測、深海多平臺探測、組網(wǎng)協(xié)同探測技術(shù)，大幅提高探測范圍；發(fā)展新型持久機(jī)動+固定式深海探測技術(shù)，加強(qiáng)深海要道監(jiān)控能力；發(fā)展水下/深海無人平臺組網(wǎng)探測技術(shù)，提升大范圍持久機(jī)動多維網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視偵察能力；加強(qiáng)有人+無人系統(tǒng)平臺的協(xié)同探測技術(shù)，建立多維空間網(wǎng)絡(luò)無人值守能力 [11]。

2.深海通信技術(shù)

構(gòu)建海底多元化網(wǎng)絡(luò)化體系，拓展跨介質(zhì)等新型技術(shù)運(yùn)用。發(fā)展傳輸速率大、傳輸距離遠(yuǎn)、可靠性高的深海水聲通信傳輸新手段和新裝備，綜合利用海光纜、浮標(biāo)、水聲通信組網(wǎng)，借助水下無人平臺作為移動中繼節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)廣闊海域范圍的水下信息傳輸；整合廣闊海域范圍內(nèi)的各種平臺、系統(tǒng)和岸基基站等通信資源，構(gòu)建多平臺、多手段、多元化、網(wǎng)絡(luò)化、體系化的深海信息傳輸系統(tǒng)，為構(gòu)建從深海到太空的一體化體系提供更多的通信支持。

3.深海導(dǎo)航技術(shù)

發(fā)展水下地磁匹配導(dǎo)航技術(shù)，根據(jù)載體所在位置的地磁場總量或三分量信息、地磁圖信息，獲得精確的導(dǎo)航信息；發(fā)展全球海洋水下定位技術(shù)，通過水聲通信結(jié)合衛(wèi)導(dǎo)導(dǎo)航系統(tǒng)，為深水平臺提供類似全球定位系統(tǒng)（GPS）/中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）的精確定位能力；發(fā)展量子導(dǎo)航技術(shù)，提高導(dǎo)航精度；發(fā)展探測/通信/導(dǎo)航一體化智能信息處理技術(shù)。

4.深海作業(yè)控制技術(shù)

發(fā)展深海作業(yè)控制體系設(shè)計(jì)與深海數(shù)據(jù)資源建設(shè)、多源信息智能處理與按需保障、深海平臺資源智能管控、協(xié)同感知與任務(wù)動態(tài)規(guī)劃、集群作業(yè)協(xié)作與自主控制、深海海洋特性、目標(biāo)特性庫管理等技術(shù)，構(gòu)建深海立體透明感知、跨域信息共享、安全可靠的智能化深海裝備體系。由此建立深海裝備單平臺、多平臺、集群的多級綜合集成與作業(yè)控制能力，支撐深海信息體系和深海數(shù)據(jù)資源體系的建設(shè)和應(yīng)用。

五、發(fā)展建議

在我國“深海進(jìn)入、深海探測、深海開發(fā)”三步走發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施過程中，高效安全的深海信息體系始終是深海開發(fā)利用的關(guān)鍵支撐。立足基本國情、技術(shù)現(xiàn)狀和未來需求，針對性地提出以下發(fā)展建議。

1.加強(qiáng)深海信息體系頂層規(guī)劃

加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，注重體系協(xié)調(diào)發(fā)展，提升深海體系能力。發(fā)展深海探測、導(dǎo)航、通信系統(tǒng)，發(fā)展資源管控、任務(wù)規(guī)劃、作業(yè)管理決策、指揮控制任務(wù)系統(tǒng)，發(fā)展自主智能航行、自主智能作業(yè)、自主智能防衛(wèi)系統(tǒng)，加強(qiáng)深海數(shù)據(jù)體系工程和平臺自主能力建設(shè)；發(fā)展有人/無人協(xié)同、無人集群協(xié)同、跨體系協(xié)同（協(xié)同態(tài)勢感知與評估、協(xié)同任務(wù)分配、協(xié)同航路規(guī)劃、協(xié)同航行控制、協(xié)同智能決策）系統(tǒng)，加強(qiáng)平臺協(xié)同自主能力建設(shè)。

2.加強(qiáng)深海裝備型譜規(guī)劃

規(guī)范信息裝備型譜，指導(dǎo)系列化的設(shè)備研制，適應(yīng)不同規(guī)模、不同任務(wù)的深海裝備部署要求。建立信息收集、信息交換、信息控制等方面標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，支持體系內(nèi)部、體系之間的綜合集成。

3.加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和設(shè)備研制

提前布局制約體系發(fā)展的重點(diǎn)攻關(guān)方向，加強(qiáng)量子探測、多基地組網(wǎng)探測，水下綜合導(dǎo)航定位授時、重力場導(dǎo)航，以及平臺自主智能控制、集群聯(lián)合感知與智能自主協(xié)同、海洋大數(shù)據(jù)分析利用等關(guān)鍵技術(shù)研究，為深海設(shè)備發(fā)展和體系建設(shè)提供關(guān)鍵支撐。