（4）舰船跟踪与定位。通过侦察卫星等侦察设备发现敌方可疑舰船后，若采用舰船跟随进行跟踪与定位，容易暴露我方舰船的位置。此时，可以在超视距范围外发射小型无人机，抵达相关海域后，使用可见光、红外或雷达侦察平台进行侦察与搜索，发现目标后将目标锁定并持续跟踪，同时将目标位置与侦察图像等数据传输给指挥站，完成目标跟踪与定位任务。

（5）目标指示与毁伤评估。中小型无人机可搭载激光、雷达等侦察设备，为舰船的舰载火炮和导弹选定攻击目标，同时及时提供目标的坐标、方位、速度等运动参数，协助舰载火控系统完成目标分析和射击计算，并使用激光指示器对目标进行指示，实现舰载武器对目标的精确打击。攻击过后，无人机还可以对目标的毁伤效果进行评估，协助指挥官决策是否进行再次攻击。

（6）预警和通信中继。由于大海宽广无垠，海上通信资源较为有限，而中小型无人机滞空能力强、成本低，可在海战场布置大量无人机携带通信控制系统、雷达系统等通信载荷，形成海上通信网络战节点，为战区提供不间断的战场预警和通信中继能力，提供传感器到传感器、传感器到信息平台的传输途径，并和卫星通讯系统、舰载无线电通信系统、水下通信系统构成海空天一体的立体化信息通信网络。

3  海上ISR无人机关键技术分析

虽然中小型ISR无人机因其独特的优势受到世界各国海上作战部队的青睐，但海上环境恶劣，其存在起降平台危险较大、智能化程度不够、数据传输较慢、任务载荷精度较低和平台抗腐蚀能力差等问题，制约了中小型无人机在海战场的应用，相关关键技术仍需进一步解决。

3.1 发射与回收技术

海上大型无人机和有人机，可在大型舰艇或岛礁机场有专用跑道起飞，而中小型无人机的起飞面临的是舰艇甲板或岛礁的狭小场地，且更易受到涌浪、甲板风等环境因素的影响，所以，它的起飞一直是个难题。而且，大多数无人机起飞后，在完成任务的同时，为了实现它的最大利用价值，都会进行回收利用。受平台的限制，海上无人机着舰回收的安全性问题尤为突出。有资料表明，无人机回收过程的故障数占无人机整个执行任务故障总数的80%以上[15]。因此，海上中小型ISR无人机的发射与回收两大技术难题，成为制约无人机海战运用的最主要因素。

目前，海上中小型无人机的起飞方式主要有母机投放、弹射起飞、火箭助推起飞、垂直起飞和手抛发射等（如图1所示）。其中弹射起飞是利用很强的弹性元件的弹力作为动力，为无人机提供起飞所需的加速度，如美国“影子200”、“扫描鹰”、“黑杰克”，英国的“不死鸟”，以色列的“先锋”都采用此起飞方式[16-17]；火箭助推起飞是借助固体火箭助推器，从发射架将无人机助推起飞，美国的“猎人”、英国的“小猎鹰”和以色列的“哈比”无人机都采用这种起飞方式[18]；垂直起飞技术能够让无人机垂直发射，并具备空中悬停能力，对跑道和其他发射装备无依赖，适合各类型舰艇使用，是目前无人机发射技术的研究重点，大多数旋翼无人机和无人直升机都采用了这种方式，还有少部分固定翼无人机，如最新的美国“金眼”和俄罗斯“无风”-3无人机[19]。

图1　无人机的起飞方式

海上中小型无人机的回收方式主要包括垂直降落、伞降回收、撞网回收、天钩回收（撞绳回收）、舰面降落和侧臂回收等，如图2所示。其中，伞降回收是无人机通过降落伞落到海面，工作人员进行打捞回收，大部分小型无人机都适合这种回收方式，但是需要无人平台具有防水能力，且打捞过程较为麻烦[20]；撞网回收是通过舰面无线电引导，将无人机引入阻拦网内进行回收的方式，美国的“银狐”、“美洲狮”和以色列的“先锋”、“侦察兵”无人机都采用这种回收方式[21]；天钩回收又称为单垂阻拦回收，是通过装在无人机上的自锁挂钩锁定在阻拦索上进行回收，2004年首次应用于“扫描鹰”无人机[22]；侧臂回收是一种能发射和回收质量达500 kg无人机的小型机械装置，可实现无人机安全发射和受控减速回收，兼容当前和未来的战术无人机，特别适合海上平台。2016年12月，美国极光科学公司成功进行了回收测试，但是此回收技术还有许多技术难点尚未完全攻破，比如回收阶段的航迹规划与自主控制能力等[23]，所以侧臂回收技术仍处于实验测试阶段，目前还未应用于现役无人机[24]。需要注意的是，海上中小型无人机的回收特别依赖舰船的无线电引导系统，它需要引导系统精确平稳地指引无人机进入设置好的回收区域，实现成功回收。表2列举了几种典型海上中小型无人机的起飞与回收方式。

图2　无人机的回收方式

表2　海上中小型无人机的起降方式

3.2 自主控制技术

无人机系统能够完成人类通过人机交互布置给它的任务，最核心的技术是自主控制技术，即无人机系统具有自主性，拥有感知、认知、分析、通信、规划、决策以及执行的能力。针对指定任务，无人机通过态势感知与分析、自主学习与决策，在最小化人为参与的情况下，优质高效完成任务。自主控制技术得益于目前蓬勃发展的人工智能技术，主要涉及态势感知技术、智能规划技术、自主决策技术以及协同技术。

态势感知技术是无人机系统理解并适应环境的能力。为了适应复杂不确定的战场环境，无人机须具备对战场环境的感知、认知与理解，这就意味着无人机能够融合多种传感器的数据信息，自主对周围战场环境进行建模，并通过对数据计算、分析与处理，完成环境特征提取、目标识别、态势评估、状态估计等，将数据转换成有用的情报，服务于后期的决策过程。2021年，Toru Y等人提出了一个3D悬垂系统，该系统可以使无人机基于着陆场景和飞行经验，实现对周围环境的智能感知[25]。

智能规划技术是无人机实现智能飞行的关键技术。无人机在执行任务时，可以根据任务的地点，智能规划最适合的飞行航线，并能有效避开威胁，防止碰撞，而且可以根据作业环境态势的变化以及任务的改变，实时或近实时地修改与重新制定系统的任务路径，智能完成任务的航迹规划和重规划。例如，采用离线训练-在线规划框架的基于DDPG的智能规划技术的无人机，可高效稳定运行，能适应未知连续高维的环境态势，具有较强的智能规划性能[26]。2021年，我国的刘欢等人提出了基于蚁群算法的无人机自主规划技术，有效提高了无人机智能路线规划和飞行的能力[27]。

自主决策技术是无人机系统能够自主做决定、下决心的技术，可以使无人机实现更高的自主性。但目前的自主决策技术仅限于无人机系统的任务设定、任务分配、处理、利用和分发等过程。例如，2021年，针对多无人机协同的自主决策问题，Ma等人结合双甲骨文与临近搜索算法，提出了DO-NS算法，加快了数据计算时间并提高了系统决策质量，从而有效改善了无人机的自主决策能力[28]。但是，对于指挥过程中是否放开机器自主决策存在诸多风险，争议较大，鉴于目前的智能技术，需要慎重考虑。

协同技术是无人机系统与其他有人/无人系统协作的能力。无人机在与其他系统进行协同作战、集群作战时，需要通过信息共享、任务冲突消解、任务分配来提供相互协作能力，使无人机系统编队协调其活动，在不需要人类的监督下，实现共同的目标。这种协同技术将带来无人机系统控制方式的转变，即从以前直接对单个无人机的控制转变为编队制定战略决策，是未来无人机系统重要的发展技术之一[29-30]。

虽然随着人工智能技术的发展，无人机的智能化程度越来越高，但距离独立于操作者的管理和自我管理的真正自主性还很远。

3.3 任务载荷技术

无人机系统能执行侦察、监视、电子对抗、目标跟踪、作战效能评估等任务很大程度得益于无人机的任务载荷，主要是各类通用的传感器，如光电、雷达、信号、生化、气象传感器等。无人机系统的作战效能不仅取决于无人机平台的性能，更多的是取决于任务载荷技术。任务载荷除了必须满足无人机尺寸、重量、能耗、隐身等装机要素约束外，还必须具备成本低、分辨率高、探测远、应用灵活方便等属性要求。无人机的任务载荷技术主要包括在以下几类。

（1）可见光探测技术。它主要是涉及电磁波的可见光波段，此类探测技术成像分辨率高，提供的图像直观、清晰，是其他传感器技术无法比拟的，而且以被动探测为主，隐蔽性好，抗电磁干扰性强。但是，它在传播过程中易受到雨、雪、雾、风等不良天气的形象。所以，在气象环境比较好的情况下，它是无人机执行近距离侦察、监视的最佳选择。如采用光学透雾与电子透雾两种方法相结合，可以增强图像成像质量和增大作用距离，实现无人机的超视距观测[31]。

（2）红外探测技术。它主要涉及电磁波的红外波段，此类探测技术探测距离较近，成像模糊，且极易受环境温差的影响，但是它不受恶劣天气影响，且可以探测隐身单位，特别适合无人机夜间执行ISR任务。红外探测技术通常会和可见光、激光探测技术组合成光电综合探测设备。例如，2020年，以色列拉斐尔公司推出了微晶( Microlite) 轻型紧凑式光电/红外成像系统，可执行全天候广域持续监视任务[32]。

（3）雷达成像技术。它主要是指合成孔径雷达（SAR）技术，涉及电磁波的微波波段。相较于光电探测技术，SAR雷达能在夜间或能见度极低的天气条件下工作，以高分辨率进行大面积成像侦察，但是重量大、功率高，只适合大型无人机装载使用。但随着无线电天线技术和信号处理装备的小型化发展，SAR雷达将可装备于中小型无人机。例如，2022年，Mohammad等人提出了基于无人机SAR图像的分类数据处理技术，有效改善了SAR雷达的成像质量[33]。

无人机任务载荷种类较多，有各自的优缺点。为了适应未来海战的多样化作战需求，无人机的任务载荷需进行模块化设计，即无人机可根据执行任务的不同，选择不同、最适合的任务载荷，实现无人机的“一机多用”，任务载荷的“即插即用”。

3.4 通信链路技术

无人机通信链路技术是无人机开发的重要技术之一，它是连接无人机与各类作战平台的纽带，是无人机成功完成任务的保障。无人机在执行任务时，各类任务载荷产生大量的图像情报、声像情报和信号情报，此时需要通信网络将这些情报信息实时、快速、安全地传回数据中心，以便形成有用的综合情报，供指挥员决策使用。在无人机协同作战、集群作战中，各个无人机与有人机、无人机之间、无人机与水面作战系统之间、无人机与陆地作战系统之间必须进行有机协调，实现无人机与各作战平台、指挥系统之间的互联互通互操作，此时同样需要高带宽、大容量、快速的通信网络系统进行数据传输与通讯。可以说，通信网络系统是无人作战系统的血脉，它的好坏直接决定了整个作战系统的运行畅通与否。