近年来，尽管水下信息感知和传输技术有了长足的发展，但由于海洋环境极为复杂，水下战场相对于水面和空中，透明度仍然不高。以水下为主要战场的潜艇，具有隐蔽性好、机动范围广、打击威力大等显著特点，仍然是世界各国包括美海军重点的防御对象。为此，以美海军为首的主要国家海军积极推进水下信息网络建设，通过网络实现水下各种预警探测节点之间以及节点与其他维度平台之间的网络化信息联接，大力提高反潜作战能力。

一、美国海军水下信息网络的发展现状

美海军发展水下信息网络可以追溯到美国20世纪50年代建设的固定式水下监视系统（SOSUS）。

图1 美国岸基声纳监视系统（SOSUS）全球部署图

20世纪80年代后期，美国开始研制和部署采用光纤传输和局域网技术的分布式固定监视系统，主要包括固定式分布系统（FDS）和先进可部署系统（ADS），同时，为弥补固定式阵列的不足，美海军先后发展了舰载拖曳阵监视系统（SURTASS）和多功能拖曳阵列（MFTA），装备在水面舰船上，弥补固定式探测阵列无法移动的缺陷。上述固定式和拖曳式装备共同构成了综合水下监视系统（IUSS）。20世纪90年代开始，由于无线传感器网络的发展，美海军又将水下信息感知的重点聚焦到网络化反潜预警方面，“广域海网”（Seaweb）、“近海水下持续监视网络”（PLUSNet）、可部署自动分布式系统（DADS）就是其中的代表。“广域海网”是美海军基于“网络中心战”思想建设的“部队网”的水下部分。目的是通过可靠的传输链路，将传感器网络、信息网络与作战网络进行合成，使每一个传感器、每一艘舰艇、每一架飞机都能成为体系中的一个节点；通过可靠的通信链路，各个固定或移动节点均可自由地接入网络，快速准确地发送、接收信息，实现各平台、节点之间的通信，并能在出现故障的情况下自我修复，从而构成跨系统、跨任务、跨平台、跨国的综合性分布自主式水下作战信息网络体系，实现对水下作战信息的广泛获取、自由联通、高度集成融合、交互共享和应用，为浅海复杂环境下对安静型潜艇实施作战提供有力的信息支持，以夺取近海水下作战空间优势。

图2广域海网Seaweb示意图

近海水下持续监视网络是一种半自主控制的海底固定+水中机动网络化设施，由携带半自主传感器的多个潜航器组成。这些潜航器能够互相通信，并在没有人为指令的情况下做出基本决策，从而履行多种功能，包括对温度、水流、盐度、化学成分及其他海洋元素进行取样，密切监视并预测海洋环境。其目的是通过网络化协同工作，对安静型常规潜艇进行探测、分类、定位和跟踪，可在大约10000平方千米的区域内为反潜战提供监视能力。

图3近海水下持续监视网络PLUSNet示意图

可部署自动分布式系统是美海军研究局联合空间和海战系统司令部正在研发的未来海军近海防雷反潜作战研究项目。该系统是由布设在海底、可长期自主工作的水声传感器组成的水下监视系统，可以对重要的海域进行较长期的水声目标监视和水声信息采集。美海军在2001年6月进行了DADS应用的舰队作战试验，它由14个固定节点组成，包括2个DADS传感器节点、2个浮标网关节点和10个遥控声纳中继节点，装备Sublink设备的潜艇作为移动节点参加试验，“广域海网”服务器分别部署在潜艇和岸基反潜作战指控中心。2007年已经成功进行了40个节点的样机演示，当时计划于2010年形成作战能力。据美海军预算显示，DADS系统2010年已完成样机演示，但仍有研究拨款。目前尚未发现有采购拨款。

图4 美国可部署自动分布式系统DADS组成示意图

 

二、美国海军水下信息网络的发展特点

通过对美海军水下信息网络发展现状的分析，可以分析出美海军水下信息网络如下发展特点。

（一）固定部署与移动部署相结合

水下信息网络源于美国20世纪50年代发展的SOSUS水听器阵列。SOSUS是一种固定式水下监视系统，由设置在港湾、海峡和主要海上通道附近的探测设备和岸基信号处理系统组成。与舰艇及机载探潜系统相比，固定式水下监视系统具有很多优点，包括不受运载工具容积和载重量的限制，可使用大尺寸的基阵，可增大作用距离；探测系统可根据不同海区的水声传播条件设置于有利的水层，并可避免各种运载工具的噪声干扰；隐蔽性好，不易被敌方破坏。但是，这种传统的水下信息获取主要依靠单个传感器，该方式的探测效率较低，很难满足对大范围、长时间水下信息获取的需求。通过网络技术将多个不同位置布放的传感器进行互联，各节点间通过可靠的通信手段实现数据的交换、分发和汇聚，采用集中或分布式数据处理实现对网络覆盖范围内目标的探测、定位、跟踪和分类识别等功能，可以形成分布式网络化水下预警探测系统。因此，20世纪80年代后期，国外开始研制和部署采用光纤传输和局域网技术的分布式固定监视系统，典型代表是美国的FDS（固定式分布系统）、FDS-C（民用现成技术固定式分布系统）等。分布式水下监视系统具有机动灵活、效费比高等优点，扩大了水下预警的探测范围和持续时间，可有效增强水下战场的信息感知能力。20世纪90年代以来，国外开始重点研究可部署的水下监视系统。美国近年来发展的先进可部署系统、可部署自动分布式系统、近海水下持续监视网络等都是可部署的水下监视系统。这些系统能够通过水下、水面和空中平台进行部署，水下综合采用固定式和移动式传感器节点，能够实现机动部署和协同工作。这在一定程度上克服了固定式水下监视系统的缺陷，具有了更大的灵活性。但是，由于固定式水下监视系统以其可长期持续监视的能力，仍在水下预警监视中发挥着重要作用，也是目前各国海军发展的重点之一。

（二）浅海探测与深海探测相结合

随着美海军战略重点逐渐由深海向浅海转移，美海军高度重视浅海水域的水下监视，先后研发了先进可部署系统、近海水下持续监视网络、固定分布式系统等一系列适用于浅海区域的水下信息网络。先进可部署系统可对浅水近岸环境中的安静型潜艇进行探测，近海水下持续监视网络更是专门用于在西太平洋地区的近海环境中对安静型常规潜艇进行探测、分类、定位和跟踪。固定分布式系统虽然不是专门针对浅海探测研制，但也可以部署在浅水区，用于发现潜艇（静音柴电潜艇、潜航器）。由此可见，浅海水下信息网络是美海军水下信息网络发展的重点。虽然美海军高度重视对浅海水下信息网络的研究，但并没有忽视深海反潜网络的研究。目前，美国已经启动了多项深海反潜网络研究，包括可靠声学路径垂直阵、深海主动探测系统和深海作战系统。这些系统中借鉴了大型垂直阵、浮标声纳中的体系接收阵、浅海反潜中使用的大功率声源、浅海网络中的声学-射频（ACOMMS/RF）中继浮标、可发电大型浮标、声纳深海探测技术等很多现成技术，有望使深海网络在近期实现部署。从技术角度看，美海军探索深海反潜网络的主要方式是集成现有技术，注重对深海信道的利用。因此，美海军水下信息网络将在很长一段时间内，进行浅海探测和深海探测综合发展。

（三）水下监视与水面处理相结合

早期的水下监视系统都是通过水下探测设备进行探测，探测到的信息由岸上进行处理。例如，美国最早的SOSUS水下监视系统是通过借助铺设在洋底的水听器电缆网，以发现和确定潜在敌人的导弹核潜艇的位置和运动诸元，该系统搜集的原始数据通过电缆传回岸基站进行分析。固定分布式系统水下部分主要是与光缆相连的水听器阵列，部署在各种复杂海区深海海底（如海峡）或具有战略意义的浅海地区，获得的信息通过电缆传回到岸上的操作人员。随着水声探测技术的发展，美海军开始借助浮标等水声设备实现水声信息处理或水下探测。例如，美国先进可部署系统通过在海底敷设传感器阵地，传感器将搜集到的信号数据传递给浮标，浮标内处理器对数据进行压缩和初步处理，再传递回水面平台。再如，浮标也是美海军深海主动探测系统的重要组成部分。浮标利用海上的自然摇摆运动产生电力，可为海洋观测站、海岸警备浮标、声纳/雷达系统和声学监视系统提供电力。这种技术可满足海上传感器平台的电力供应需求。在连续电力保障下，卫星通信系统可将传感器探测到的可疑活动直接发送给工作人员。
三、美海军水下信息网络的发展趋势综合以上分析，可以看出美海军水下信息网络主要有以下发展趋势。

（一）浅海水下信息网络成为水下信息网络发展的热点

海湾战争以来，在“由海向陆”和“21世纪海上力量”等美国国防部顶层规划的指引下，美海军的战略重点逐渐由深海向浅海转移。在美军“网络中心战”概念的影响下，美海军提出了“水下信息网络中心战”的概念，特别重视浅海地区水下监视系统和水下信息网的发展，以此增加水下探测距离和分辨率、提高水下战场信息控制能力，扩大水声预警探测范围。从技术上讲，浅海环境比较复杂，环境噪声使信噪比很低，对水下通信技术的挑战更高，而发展浅海水下信息网络的关键在于通信，美海军非常重视浅海水下信息网络建设。为了更好地实施浅海作战，有效应对安静型潜艇，美国先后研发了先进可部署系统、近海水下持续监视网络等一系列专门针对浅海的水下信息网络。先进可部署系统研制的主要目的是探测、定位在浅水近岸环境中的安静型潜艇。

（二）提高水下信息网络的快速可部署能力和灵活性是发展的重点

由于海洋区域的广袤性和水下信息网络设备的昂贵性，任何国家都难以承受在广大海域大量部署固定式水下信息网络的经济要求。加之水下环境的复杂性，因此，提高水下信息网络的快速可部署能力和灵活性成为关注的重点。可快速部署式水下信息网络系统能有针对性地在预定战场提前部署，而且部分可回收再利用，经济效益明显。近年来美国发展的先进可部署系统、可部署自动分布式系统、近海水下持续监视网络等都非常注重网络的快速部署能力和灵活性，在设计中考虑了多种平台的部署方式。先进可部署系统是美海军正在研制中的一种可快速部署的高机动性水下监视系统，可随海上作战编队一道行动，由水面舰艇和反潜直升机投放，可在战争冲突发生前期或期间快速部署在预定作战海域，提供大面积海域的水下声学信息供作战指挥官参考。按照美海军计划，ADS是舰艇反潜战任务模块中最主要的传感器组之一，将装备在近海战斗舰、潜艇以及反潜飞机上。可部署自动分布式系统由布设在海底的可长期自主工作的水声传感器组成，可快速部署，能够对重要的海域进行较长期的水声目标监视和水声信息采集。近海水下持续监视网络通过采用水下固定式和移动式节点，实现机动部署和协同工作。

（三）移动式平台将在水下信息网络中发挥越来越重要的作用

水下传感器节点成本很高，而海洋中水下区域往往又很大，这意味着应用稀疏网络的部署，使得可移动的UUV在水下无线网络中普遍使用。目前，UUV已经用于执行扫雷、侦察、情报搜集及海洋探测等任务。由于水下环境很复杂，水下信息网络必须要能够适应这种复杂的环境才能发挥效能。例如，声影区和气泡云等都能导致网络通信中的信息遗失，有时只需移动一点位置就会极大改善通信条件，所以移动节点将是解决这一问题的有效方法。UUV应用于水下信息网络中，不仅可以增强网络的自适应能力，还可扩展网络的覆盖范围，提高网络的经济可承受性。这种具有自适应能力的移动网络已成为欧美主要国家海军的研究热点，以期提高水下协同作战能力和信息感知能力。近海水下持续监视网络本身是一种半自主控制的海底固定+水中机动网络化设施，采用了携带半自主传感器的多个潜航器。这些潜航器主要包括“海马”、“金枪鱼-21”、“海上滑行者”等多种类型的UUV，能够在水下机动，并可以相互通信，极大提高了水下信息网络的适应能力、覆盖范围和快速响应能力。可部署自动分布式系统在2001年6月进行的舰队作战（FBE-I）试验中，也采用装备Sublink设备的潜艇作为移动节点，体现了移动节点在水下信息网络中所具有的优势。

（四）核心技术的突破始终是水下信息网络发展的关键

声波是唯一一种能在水介质中进行远距离传输的能量形式。水下声学网络，就是以水下声波作为信息载体而组成的无线网络，类比于空中的无线网络，只不过空中的信息载体是无线电波，水中的信息载体就是声波。就水下信息网络本身而言，水下声学网络要解决两个技术问题：一是水下声通信，二是在声通信基础上的组网。水声通信解决的是点到点的两个用户（或信息源）之间的通信，组网解决的是多个用户（或信息源）共享水介质信道时的信息交互问题。为此，美海军认为，水下信息网络核心技术的重点投资领域包括数据传输技术、信息分发管理技术、分布式处理基础设施、合作处理/决策支持技术、人机界面、有关建模与仿真及信息管理、信息再现技术等。除了水下通信、网关协议、网络构架等核心技术之外，水下信息网络的布放与回收技术也是一项关键技术。但是，关于水下信息网络的部署资料很少见。美国电船公司开发的一种巡航导弹核潜艇（SSGN）通用发射和回收模块（ULRM）具有一定的代表性。该系统能够在SSGN潜水状态对水下信息网络中各种负载进行装填、发射和回收。电船公司希望在同一负载筒中装载PLUSNet系统组件及其发射和回收装置。这样对潜艇的影响最小，同时需要简化发射和回收装置，所采用方法能够通过利用多个SSGN导弹筒升级实现。电船公司通过一系列商业研究后制作的ULRM封装在筒型结构的负载筒中，可以安装在导弹发射筒里，可以为PLUSNet系统组件提供最大的可用空间，同时可部署PLUSNet系统的所有舷外组件。通用发射和回收装置的优点包括；使负载的尺寸和种类达到最大；使发射和回收操作期间对潜艇的操作限制减到最小；使发射和回收装置复杂程度降到最低；使发射和回收的负载接口重量和复杂程度降到最低；使负载与潜艇的冲突降到最低等。