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未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)新常態(tài)：有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)
摘 要：有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同將成為無(wú)人平臺(tái)在未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)運(yùn)用的新常態(tài)。隨著武器裝備的智能化、自主化水平不斷提高，人與機(jī)器之間的任務(wù)剖分會(huì)發(fā)生明顯改變，人會(huì)逐漸把大量重復(fù)且確定的工作交給機(jī)器完成，而自己只參與重要決策環(huán)節(jié)。有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)是分布式協(xié)同作戰(zhàn)理念指導(dǎo)下應(yīng)用較為廣泛的典型作戰(zhàn)模式，通過(guò)有人平臺(tái)和無(wú)人機(jī)之間分工協(xié)作，形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，達(dá)到“1+1>2”的作戰(zhàn)效果。本文對(duì)近些年美軍在有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同領(lǐng)域的項(xiàng)目進(jìn)行深入分析，總結(jié)了有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同需要發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)的典型作戰(zhàn)場(chǎng)景和作戰(zhàn)流程進(jìn)行研究，提出對(duì)有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展的思考。
關(guān)鍵詞: 有人/無(wú)人協(xié)同；無(wú)人機(jī)
引 言
有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)是將體系能力分散到有人和無(wú)人平臺(tái)之上，通過(guò)體系內(nèi)各平臺(tái)之間的協(xié)同工作，一方面使作戰(zhàn)能力倍增，另一方面利用無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)有人機(jī)的保護(hù)，大幅提高體系的抗毀傷能力和魯棒性。有人/無(wú)人協(xié)同作戰(zhàn)能夠?qū)崿F(xiàn)有人和無(wú)人平臺(tái)之間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，分工協(xié)作，充分發(fā)揮各自平臺(tái)能力，形成“1+1>2”的效果。有人機(jī)與無(wú)人機(jī)在空中作戰(zhàn)將長(zhǎng)期保持控制與被控制的關(guān)系[1]，隨著無(wú)人智能化水平的不斷發(fā)展，有人機(jī)與無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)樣式、協(xié)同形態(tài)和相關(guān)技術(shù)也在不斷演進(jìn)。因此，發(fā)展有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同編隊(duì)提高作戰(zhàn)效能是現(xiàn)階段的明智選擇。
本文主要研究美軍在有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同領(lǐng)域的項(xiàng)目和技術(shù)突破情況，給出對(duì)于有人/無(wú)人機(jī)未來(lái)發(fā)展的思考。本文組織結(jié)構(gòu)如下：第1章對(duì)美軍近些年在有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同方向典型項(xiàng)目進(jìn)行重點(diǎn)分析；第2章主要介紹了有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同的關(guān)鍵技術(shù)；第3章是有人/無(wú)人機(jī)典型作戰(zhàn)場(chǎng)景和場(chǎng)景模式；第4章是對(duì)有人/無(wú)人協(xié)同未來(lái)發(fā)展方向的展望；最后對(duì)本文進(jìn)行總結(jié)。
1 美軍有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同發(fā)展現(xiàn)狀分析
美軍將有人/無(wú)人協(xié)同列為“第三次抵消戰(zhàn)略”五大關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域之一。有人/無(wú)人協(xié)同概念最早出現(xiàn)于上世紀(jì)60年代，指有人與無(wú)人系統(tǒng)之間為實(shí)現(xiàn)共同作戰(zhàn)任務(wù)目標(biāo)建立起聯(lián)系，用于描述平臺(tái)互用性和共享資產(chǎn)控制。近些年，DARPA及各軍兵種在有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同領(lǐng)域開(kāi)展了大量研究工作，主要從體系架構(gòu)、指揮控制、通信組網(wǎng)以及人機(jī)交互四個(gè)方面重點(diǎn)發(fā)展。
1.1 體系架構(gòu)
為了探索確保美國(guó)空中優(yōu)勢(shì)的新方法，2014年，DARPA發(fā)布體系集成技術(shù)和試驗(yàn)（SoSITE）項(xiàng)目公告。該項(xiàng)目目標(biāo)是探索一種更新、更靈活的方式，將單個(gè)武器系統(tǒng)的能力分散到多個(gè)有人與無(wú)人平臺(tái)、武器上，尋求開(kāi)發(fā)并實(shí)現(xiàn)用于新技術(shù)快速集成的系統(tǒng)架構(gòu)概念，無(wú)需對(duì)現(xiàn)有能力、系統(tǒng)或體系進(jìn)行大規(guī)模重新設(shè)計(jì)。SoSITE項(xiàng)目計(jì)劃運(yùn)用開(kāi)放式系統(tǒng)架構(gòu)方法，開(kāi)發(fā)可無(wú)縫安裝、即裝即用，并能快速完成現(xiàn)代化升級(jí)的、可互換的模塊和平臺(tái)，使得新技術(shù)的集成整合更容易、更快速。如圖1所示，通過(guò)開(kāi)放式系統(tǒng)架構(gòu)方法實(shí)現(xiàn)空中平臺(tái)關(guān)鍵功能在各類(lèi)有人/無(wú)人平臺(tái)間的分配，包括電子戰(zhàn)、傳感器、武器系統(tǒng)、作戰(zhàn)管理、定位導(dǎo)航與授時(shí)以及數(shù)據(jù)/通信鏈等功能。
圖1 SoSITE概念圖
2017年，美軍在SoSITE分布式發(fā)展思路的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了“馬賽克戰(zhàn)”的概念，更加強(qiáng)調(diào)不同平臺(tái)之間動(dòng)態(tài)協(xié)同，從平臺(tái)和關(guān)鍵子系統(tǒng)的集成轉(zhuǎn)變?yōu)閼?zhàn)斗網(wǎng)絡(luò)的連接、命令與控制。通過(guò)將各類(lèi)傳感器、指揮控制系統(tǒng)、武器系統(tǒng)等比作“馬賽克碎片”，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)將各個(gè)碎片之間進(jìn)行鉸鏈，形成一個(gè)靈活機(jī)動(dòng)的作戰(zhàn)體系，解決傳統(tǒng)裝備研發(fā)和維護(hù)成本高、研制周期長(zhǎng)的問(wèn)題。
1.2 指揮控制
針對(duì)有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同的指揮控制，美軍重點(diǎn)研究強(qiáng)對(duì)抗/干擾環(huán)境下的有人機(jī)與無(wú)人機(jī)協(xié)作執(zhí)行任務(wù)的方法，形成分布式的指控管理能力。
2014年，DARPA提出“拒止環(huán)境中協(xié)同作戰(zhàn)”（CODE）項(xiàng)目。“CODE”的目標(biāo)是使配備“CODE”軟件的無(wú)人機(jī)群在一名有人平臺(tái)上任務(wù)指揮官的全權(quán)監(jiān)管下，按照既定交戰(zhàn)規(guī)則導(dǎo)航到目的地，協(xié)作執(zhí)行尋找、跟蹤、識(shí)別和打擊目標(biāo)的任務(wù)[2,3]。CODE項(xiàng)目通過(guò)開(kāi)發(fā)先進(jìn)算法和軟件，探索分布式作戰(zhàn)中無(wú)人機(jī)的自主和協(xié)同技術(shù)，擴(kuò)展美軍現(xiàn)有無(wú)人機(jī)系統(tǒng)在對(duì)抗/拒止作戰(zhàn)空間與地面、海上高機(jī)動(dòng)目標(biāo)展開(kāi)動(dòng)態(tài)遠(yuǎn)程交戰(zhàn)的能力。
CODE項(xiàng)目分為三個(gè)階段，
第一階段從2014年到2016年年初，內(nèi)容包括系統(tǒng)分析、架構(gòu)設(shè)計(jì)和發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)，完成系統(tǒng)需求定義和初步系統(tǒng)設(shè)計(jì)；
第二階段從2016年年初到2017年年中，洛馬和雷神公司以RQ-23“虎鯊”無(wú)人機(jī)為測(cè)試平臺(tái)，加裝相關(guān)軟硬件，并開(kāi)展了大量飛行試驗(yàn)，驗(yàn)證了開(kāi)發(fā)式架構(gòu)、自主協(xié)同規(guī)劃等指標(biāo)；
第三階段從2018年1月開(kāi)始，測(cè)試使用6架真實(shí)無(wú)人機(jī)以及模擬飛機(jī)的協(xié)同能力，實(shí)現(xiàn)單人指揮無(wú)人機(jī)小組完成復(fù)雜任務(wù)。
圖2 “拒止環(huán)境中協(xié)同作戰(zhàn)”項(xiàng)目
2014年，DARPA提出“分布式戰(zhàn)場(chǎng)管理”（DBM）項(xiàng)目。項(xiàng)目背景是未來(lái)的對(duì)抗性空域，協(xié)同作戰(zhàn)的飛機(jī)可能需要限制通信以免被對(duì)手發(fā)現(xiàn)，或者會(huì)被對(duì)方干擾而無(wú)法交換信息，這將嚴(yán)重影響有人/無(wú)人編隊(duì)作戰(zhàn)能力，為此，DBM項(xiàng)目的目標(biāo)是使作戰(zhàn)編隊(duì)即使在受到干擾的情況下也能繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)。
- 2014年啟動(dòng)第一階段，通過(guò)發(fā)展先進(jìn)算法和軟件，提高分布式空戰(zhàn)任務(wù)自適應(yīng)規(guī)劃和態(tài)勢(shì)感知等能力，幫助履行戰(zhàn)場(chǎng)管理任務(wù)的飛行員進(jìn)行快速且合理的決策，以在強(qiáng)對(duì)抗環(huán)境下更好地執(zhí)行復(fù)雜作戰(zhàn)任務(wù)。
- 2016年5月，DARPA向洛馬公司授予1620萬(wàn)美元的項(xiàng)目第二階段合同，設(shè)計(jì)全功能決策輔助軟件原型，幫助策劃有人機(jī)和無(wú)人機(jī)參與的復(fù)雜空戰(zhàn)。
- 2018年1月，DARPA已向BAE系統(tǒng)公司授予DBM項(xiàng)目第三階段合同，前兩階段發(fā)展的成果能讓有人/無(wú)人機(jī)編組在干擾環(huán)境中飛行，具備回避威脅和攻擊目標(biāo)的能力。圖3是DBM項(xiàng)目的能力驗(yàn)證環(huán)境。
圖3 “分布式作戰(zhàn)管理”能力驗(yàn)證環(huán)境
1.3 通信組網(wǎng)
有人平臺(tái)和無(wú)人平臺(tái)通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同能力形成是以平臺(tái)之間的互聯(lián)互通為基本前提的。協(xié)同任務(wù)一方面對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的帶寬、時(shí)延、抗干擾/毀傷、低探測(cè)等性能提出了新要求，另一方面通信組網(wǎng)應(yīng)能適應(yīng)傳統(tǒng)平臺(tái)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)以及未來(lái)新型/改進(jìn)型網(wǎng)絡(luò)。
“中平臺(tái)間的通信能力對(duì)抗環(huán)境中的通信”（C2E）項(xiàng)目通過(guò)發(fā)展抗干擾、難探測(cè)的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，確保在使用相同射頻和波形的飛機(jī)之間開(kāi)展不受限制的通信，以應(yīng)對(duì)各種頻譜戰(zhàn)威脅。
DARPA在2015年發(fā)布 “滿足任務(wù)最優(yōu)化的動(dòng)態(tài)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)”（DyNAMO）項(xiàng)目，通過(guò)開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)適應(yīng)技術(shù)，保證各類(lèi)航空平臺(tái)在面對(duì)主動(dòng)干擾時(shí)，能在一定安全等級(jí)下進(jìn)行即時(shí)高速通信，C2E項(xiàng)目的硬件成果被用于該項(xiàng)目的演示驗(yàn)證，保證原始射頻數(shù)據(jù)在目前不兼容的空基網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行通信，為有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同體系中異構(gòu)平臺(tái)之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享奠定了基礎(chǔ)。
圖4 美軍現(xiàn)有主要空基網(wǎng)絡(luò)示意圖
1.4 人機(jī)交互
CODE等項(xiàng)目在有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同的人機(jī)交互上也做了大量工作。此外，美軍陸軍于2017年完成“無(wú)人機(jī)操作最佳角色分配管理控制系統(tǒng)（SCORCH）”研發(fā)。如圖5所示，“SCORCH”系統(tǒng)包含無(wú)人機(jī)的智能自主學(xué)習(xí)行為軟件以及高級(jí)用戶界面，提供了獨(dú)特的協(xié)同整合能力，將人機(jī)交互、自主性和認(rèn)知科學(xué)領(lǐng)域的最新技術(shù)融合到一套整體作戰(zhàn)系統(tǒng)中。系統(tǒng)界面針對(duì)多架無(wú)人機(jī)控制進(jìn)行了優(yōu)化，設(shè)有具備觸摸屏交互功能的玻璃座艙、一個(gè)配備專(zhuān)用觸摸顯示屏的移動(dòng)式游戲型手動(dòng)控制器、一個(gè)輔助型目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)以及其他高級(jí)特性。“SCORCH”負(fù)責(zé)多架無(wú)人機(jī)的任務(wù)分配，并在達(dá)到關(guān)鍵決策點(diǎn)的時(shí)候向空中任務(wù)指揮者發(fā)出告警，允許單一操作者同時(shí)有效控制三個(gè)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)并瀏覽它們傳回的實(shí)時(shí)圖像。
圖5 無(wú)人機(jī)操作最佳角色分配管理控制系統(tǒng)
2 有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)分析
2.1 開(kāi)放式系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)
有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同包含多種作戰(zhàn)平臺(tái)，如果不同的作戰(zhàn)平臺(tái)上采用差異較大的技術(shù)體制，將致體系集成難度劇增。開(kāi)放式系統(tǒng)架構(gòu)正是為了解決該問(wèn)題進(jìn)行設(shè)計(jì)的，推動(dòng)采辦和商業(yè)模型遠(yuǎn)離傳統(tǒng)煙囪式開(kāi)發(fā)模式，具有可移植、模塊化、解耦合、易升級(jí)、可擴(kuò)展等特點(diǎn)，可降低壽命周期成本，縮短部署時(shí)間，獲得了工業(yè)界和國(guó)防部的支持。
目前，美軍具有代表性的開(kāi)放式系統(tǒng)架構(gòu)有未來(lái)機(jī)載能力環(huán)境（Future Airborne Capability Environment，F(xiàn)ACE）和開(kāi)放式任務(wù)系統(tǒng)（Open Mission Systems，OMS）。
2.1.1 未來(lái)機(jī)載能力環(huán)境
美國(guó)海軍提出未來(lái)機(jī)載能力環(huán)境概念，目標(biāo)是建立一個(gè)公共操作環(huán)境，以支持軟件在任意機(jī)載電子系統(tǒng)上的移植和部署。該思想受到了移動(dòng)設(shè)備中使用公共操作環(huán)境所帶來(lái)優(yōu)勢(shì)的啟發(fā)。FACE通過(guò)制定一個(gè)嚴(yán)格的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)集合，采用開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)、集成式模塊化航空電子系統(tǒng)和模塊化開(kāi)放系統(tǒng)分析方法，使航空電子系統(tǒng)內(nèi)部應(yīng)用程序之間的互操作性最大化。
未來(lái)機(jī)載能力環(huán)境（FACE聯(lián)盟）成立于2010年，旨在為所有軍用機(jī)載平臺(tái)類(lèi)型定義開(kāi)放的航空電子環(huán)境。FACE技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是一種開(kāi)放的實(shí)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，用于使安全關(guān)鍵計(jì)算操作更加健壯、可互操作更強(qiáng)、便攜且安全。該標(biāo)準(zhǔn)的最新版本（2017年發(fā)布3.0版本）進(jìn)一步提升了應(yīng)用程序的互操作性和可移植性，增強(qiáng)了在FACE組件之間交換數(shù)據(jù)的要求，包括正式指定的數(shù)據(jù)模型，并強(qiáng)調(diào)定義標(biāo)準(zhǔn)的通用語(yǔ)言要求。通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)接口，該開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)和組件之間的互操作性以及接口重用。圖6是FACE的軟件架構(gòu)，共分為可移植組件單元、傳輸服務(wù)單元、平臺(tái)特定服務(wù)單元、輸入輸出服務(wù)單元以及操作系統(tǒng)單元。
在航空電子系統(tǒng)中使用開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)化具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：（1）降低FACE系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和實(shí)施成本（2）使用標(biāo)準(zhǔn)接口將導(dǎo)致功能的重用（3）跨多個(gè)FACE系統(tǒng)和供應(yīng)商的應(yīng)用程序的可移植性（4）采購(gòu)符合FACE標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。 
圖6 FACE架構(gòu)
2.1.2 開(kāi)放式任務(wù)系統(tǒng)
美國(guó)空軍發(fā)起了開(kāi)放式任務(wù)系統(tǒng)計(jì)劃，旨在開(kāi)發(fā)一種非專(zhuān)有的開(kāi)放式系統(tǒng)架構(gòu)。OMS項(xiàng)目由來(lái)自政府、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界成員組成，正在積極協(xié)調(diào)新興OMS標(biāo)準(zhǔn)的制定，包括多個(gè)機(jī)載平臺(tái)和傳感器采集程序，以及無(wú)人機(jī)系統(tǒng)（UAS）指揮和控制計(jì)劃（UCI）和通用任務(wù)控制中心（CMCC）。
OMS以及其他OSA工作的目標(biāo)是確定新的采購(gòu)和架構(gòu)方法，以降低開(kāi)發(fā)和生命周期成本，同時(shí)提供升級(jí)和擴(kuò)展系統(tǒng)功能的可行途徑。由美國(guó)空軍開(kāi)發(fā)的開(kāi)放式任務(wù)系統(tǒng)（OMS）標(biāo)準(zhǔn)在其定義中利用商業(yè)開(kāi)發(fā)的面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)（SOA）概念和中間件。空軍正在尋求擴(kuò)展OMS標(biāo)準(zhǔn)的能力，以促進(jìn)航空電子系統(tǒng)的快速發(fā)展。UCS OMS參考架構(gòu)建立了面向服務(wù)的基本設(shè)計(jì)模式和原則以及關(guān)鍵接口和模塊。航空電子系統(tǒng)的功能被表征為一組服務(wù)和一組客戶。在某些情況下，程序或系統(tǒng)可以是客戶端和服務(wù)。OMS標(biāo)準(zhǔn)定義了客戶端和服務(wù)的基本行為以及用于進(jìn)入和退出系統(tǒng)的航空電子服務(wù)總線（ASB）協(xié)議，支持測(cè)試，容錯(cuò)，隔離和身份驗(yàn)證。
在SoSITE項(xiàng)目的最新試驗(yàn)中，使用了臭鼬工廠開(kāi)發(fā)的復(fù)雜組織體開(kāi)放式系統(tǒng)架構(gòu)（E-OSA）任務(wù)計(jì)算機(jī)版本2（EMC2），即所謂的“愛(ài)因斯坦盒”，如圖7所示。洛克希德·馬丁公司開(kāi)發(fā)的E-OSA兼容了美空軍OMS標(biāo)準(zhǔn)。“愛(ài)因斯坦盒”可為系統(tǒng)之間的通信提供了安全保護(hù)功能，在將相關(guān)能力部署到操作系統(tǒng)之前，“愛(ài)因斯坦盒”能夠確保快速而安全的實(shí)驗(yàn)。“愛(ài)因斯坦盒”不僅是一個(gè)通信網(wǎng)關(guān)，它可被比作一部智能手機(jī)，能夠運(yùn)行很多不同的應(yīng)用程序，具備實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)任務(wù)規(guī)劃、ISR以及電子戰(zhàn)的能力。
圖7 使用EMC2的美軍試驗(yàn)
2.2 無(wú)人機(jī)控制權(quán)限交接
不同無(wú)人機(jī)控制權(quán)限交接流程和交接指令差異較大，STANAG 4586通用控制標(biāo)準(zhǔn)目前并不涵蓋無(wú)人機(jī)控制權(quán)限交接的指令，目前在無(wú)人機(jī)控制權(quán)限交接上缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)[4,5]。無(wú)人機(jī)控制權(quán)限交接指令主要分成：申請(qǐng)權(quán)限請(qǐng)求、釋放權(quán)限請(qǐng)求、搶權(quán)請(qǐng)求、同意、不同意和確認(rèn)等。
有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)在控制權(quán)交接上可大致分成空地交接和空空交接兩種模式。空中不同的有人機(jī)平臺(tái)之間對(duì)無(wú)人機(jī)控制權(quán)限進(jìn)行交接，主要發(fā)生在存在有人機(jī)加入和退出有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)體系時(shí)，如有人機(jī)油料不足需要返航或者被敵方擊中，需要將無(wú)人機(jī)控制權(quán)限交給其他有人機(jī)。有人機(jī)與地面控制站之間對(duì)無(wú)人機(jī)的控制權(quán)限進(jìn)行交接，主要發(fā)生在執(zhí)行任務(wù)前和任務(wù)完成后，無(wú)人機(jī)起降過(guò)程還需地面控制站作為主控方，另外當(dāng)發(fā)現(xiàn)無(wú)人機(jī)出現(xiàn)異常情況，有人機(jī)操作不及時(shí)時(shí)，也需將無(wú)人機(jī)控制權(quán)限交給地面控制站。
2.3 協(xié)同任務(wù)分配和航路智能規(guī)劃
針對(duì)有/無(wú)人平臺(tái)編隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)任務(wù)過(guò)程中的任務(wù)自規(guī)劃、航路自調(diào)整、目標(biāo)自分配等要求和特點(diǎn)[6]，利用戰(zhàn)術(shù)驅(qū)動(dòng)的任務(wù)自動(dòng)分解與角色自主分配技術(shù)，在有人機(jī)上進(jìn)行強(qiáng)實(shí)時(shí)戰(zhàn)術(shù)驅(qū)動(dòng)的任務(wù)自動(dòng)解算與有人/無(wú)人平臺(tái)角色智能化分配，自主生成多種可行的任務(wù)規(guī)劃方案，為有人機(jī)操作人員選擇最佳方案提供輔助決策支撐。
如圖8所示，利用有人/無(wú)人協(xié)同航路臨機(jī)規(guī)劃技術(shù)，基于戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)和平臺(tái)狀態(tài)的航路在線自動(dòng)計(jì)算與優(yōu)化，提供多種航路規(guī)劃方案。建立任務(wù)自主分配策略和輔助決策知識(shí)庫(kù)、航路自規(guī)劃與自適應(yīng)飛行控制策略和輔助決策知識(shí)庫(kù)，提高有/無(wú)人編隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)的自主化規(guī)劃能力。
圖8 協(xié)同任務(wù)分配和航路智能規(guī)劃
2.4 綜合識(shí)別和情報(bào)融合
針對(duì)不同的有人/無(wú)人協(xié)同作戰(zhàn)任務(wù)，有人機(jī)和無(wú)人機(jī)攜帶的載荷類(lèi)型差異較大，特別是無(wú)人機(jī)可攜帶的載荷包括雷達(dá)、可見(jiàn)光、紅外、多光譜/超光譜、電子偵察等，通常情況下無(wú)人機(jī)同時(shí)攜帶多種類(lèi)型載荷進(jìn)行探測(cè)，多個(gè)無(wú)人機(jī)平臺(tái)將會(huì)采集大量多源情報(bào)數(shù)據(jù)。為了提高遠(yuǎn)距離目標(biāo)識(shí)別的置信度，增強(qiáng)態(tài)勢(shì)感知、改善目標(biāo)檢測(cè)，提高精確定位，提高生存能力，不同平臺(tái)多模態(tài)傳感器情報(bào)的綜合識(shí)別和融合將會(huì)是有人/無(wú)人協(xié)同的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在圖像/視頻的目標(biāo)檢測(cè)和識(shí)別領(lǐng)域取得廣泛的應(yīng)用，比傳統(tǒng)方法具有明顯優(yōu)勢(shì)。借助人工智能技術(shù)，通過(guò)對(duì)多源情報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合識(shí)別和情報(bào)融合，形成戰(zhàn)場(chǎng)統(tǒng)一態(tài)勢(shì)信息，為決策過(guò)程提供快速、精確、可靠的依據(jù)。
3 典型作戰(zhàn)場(chǎng)景和作戰(zhàn)流程
以空中預(yù)警機(jī)為例，下面對(duì)有人/無(wú)人協(xié)同作戰(zhàn)典型作戰(zhàn)場(chǎng)景進(jìn)行介紹。如圖9所示，預(yù)警機(jī)實(shí)現(xiàn)有人/無(wú)人編隊(duì)的指揮控制與引導(dǎo)，由預(yù)警機(jī)完成信息的綜合處理、聯(lián)合編隊(duì)的戰(zhàn)術(shù)決策、任務(wù)管理以及對(duì)無(wú)人機(jī)的指揮控制，由無(wú)人機(jī)完成自主飛行控制、戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知以及對(duì)空/地/海目標(biāo)的最終打擊[7]。有人戰(zhàn)機(jī)充當(dāng)體系中的通信節(jié)點(diǎn)，將有人/無(wú)人作戰(zhàn)編隊(duì)嵌入到整個(gè)對(duì)抗體系中，從而實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)的信息共享、可用資源的統(tǒng)一調(diào)度及作戰(zhàn)任務(wù)的綜合管理。
圖9 有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同典型作戰(zhàn)場(chǎng)景
有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)典型作戰(zhàn)流程如圖10所示，共分成任務(wù)準(zhǔn)備階段、任務(wù)執(zhí)行階段和任務(wù)結(jié)束階段。
（1）任務(wù)準(zhǔn)備階段。
分別完成對(duì)有人機(jī)和無(wú)人機(jī)的任務(wù)/航路裝訂。有人機(jī)和無(wú)人機(jī)分別起飛，并飛至交接區(qū)域，無(wú)人機(jī)地面控制站將無(wú)人機(jī)的控制權(quán)限移交給有人機(jī)，在有人機(jī)的指揮下，共同飛往任務(wù)區(qū)域。
（2）任務(wù)執(zhí)行階段。
有人機(jī)根據(jù)當(dāng)前戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息，分配各個(gè)無(wú)人機(jī)的作戰(zhàn)任務(wù)，并對(duì)無(wú)人機(jī)的航線和傳感器進(jìn)行規(guī)劃。無(wú)人機(jī)在有人機(jī)的指揮下，按照規(guī)劃結(jié)果執(zhí)行飛行任務(wù)，抵達(dá)目標(biāo)區(qū)域后，傳感器開(kāi)機(jī)。有人機(jī)上的操作人員對(duì)無(wú)人機(jī)傳感器進(jìn)行控制，無(wú)人機(jī)負(fù)責(zé)采集并回傳目標(biāo)情報(bào)至有人機(jī)。通過(guò)多源情報(bào)綜合處理，形成新的態(tài)勢(shì)信息，為有人機(jī)的進(jìn)一步?jīng)Q策提供依據(jù)。
（3）任務(wù)結(jié)束階段。
任務(wù)執(zhí)行完成后，有人機(jī)指揮無(wú)人機(jī)抵達(dá)交接區(qū)域，有人機(jī)將無(wú)人機(jī)的控制權(quán)限移交給無(wú)人機(jī)地面控制站。有人機(jī)和無(wú)人機(jī)執(zhí)行各自的任務(wù)或返航。
圖10 有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同典型作戰(zhàn)流程
4.對(duì)有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同領(lǐng)域發(fā)展的展望
有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)是未來(lái)重要的發(fā)展方向，在對(duì)當(dāng)前美軍有人/無(wú)人協(xié)同項(xiàng)目和關(guān)鍵技術(shù)分析和理解的基礎(chǔ)上，可預(yù)見(jiàn)未來(lái)該領(lǐng)域?qū)?huì)逐漸向以下方向發(fā)展。
（1）“即來(lái)即用”的大規(guī)模無(wú)人機(jī)控制
隨著未來(lái)無(wú)人機(jī)自主能力不斷提升，只在重大決策點(diǎn)需要人為介入，無(wú)人機(jī)操作人員控制的無(wú)人機(jī)數(shù)量將大幅提升。另外，人機(jī)交互的手段將越來(lái)越豐富，對(duì)無(wú)人機(jī)的控制效率將得到本質(zhì)改善。有人機(jī)通過(guò)通用指令對(duì)不同型號(hào)、不同類(lèi)型的無(wú)人機(jī)進(jìn)行控制，無(wú)人機(jī)的技術(shù)體制和通信也能夠全面兼容，實(shí)現(xiàn)有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)體系中作戰(zhàn)平臺(tái)的無(wú)縫進(jìn)入和離開(kāi)。
（2）情報(bào)處理的智能化
針對(duì)不同平臺(tái)、不同傳感器采集的數(shù)據(jù)，通過(guò)更加智能化的手段，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行精確檢測(cè)、識(shí)別、跟蹤，融合生成統(tǒng)一態(tài)勢(shì)信息。
（3）更快、更低成本的體系能力集成
全面采用開(kāi)放式體系架構(gòu)，縮短有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)能力集成周期和裝備采購(gòu)成本，同時(shí)將有人/無(wú)人機(jī)的協(xié)同作戰(zhàn)快速擴(kuò)展到與無(wú)人車(chē)、無(wú)人船和無(wú)人艇的協(xié)同，形成更全面的體系作戰(zhàn)能力。
結(jié) 語(yǔ)
本文深入分析了近些年美軍在有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同領(lǐng)域的項(xiàng)目，提出了有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同需要發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)的典型作戰(zhàn)場(chǎng)景和作戰(zhàn)流程進(jìn)行研究，最后對(duì)有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了展望，并分析了與網(wǎng)絡(luò)信息體系的關(guān)系。
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