無人作戰(zhàn)飛機偵察/打擊一體化自主控制關(guān)鍵技術(shù)探討

張 安，曹 璐，郭鳳娟

(西北工業(yè)大學(xué)電子信息學(xué)院，西安 710129)

0 引言

無人作戰(zhàn)飛機(UCAV)是20世紀90年代中期出現(xiàn)的一種新的武器系統(tǒng)概念，它是現(xiàn)代戰(zhàn)爭、軍事需求和科學(xué)技術(shù)發(fā)展到信息時代的產(chǎn)物，也是在有人作戰(zhàn)飛機和早期無人機基礎(chǔ)上向更高技術(shù)和更高作戰(zhàn)能力方向深入發(fā)展，并將無人機和有人機相結(jié)合的一種新型武器系統(tǒng)［1］。UCAV是無人在機上駕駛，可自主控制或地面、空中遙控，具有自主飛行能力和長續(xù)航能力的攻擊型無人駕駛飛行器，它能執(zhí)行對高、中、低機動目標(biāo)，對地/海面固定或活動目標(biāo)的打擊任務(wù)，實現(xiàn)自主或由操作員參與的武器投放、武器進攻決策，并具有可回收、可重復(fù)使用的特征。

目前，對UCAV的控制采用地面和空中指揮中心集中控制的模式，但這種方式無法對快速變化的戰(zhàn)場情況做出實時、靈活和準(zhǔn)確的反應(yīng)。然而，隨著智能型計算機飛行控制技術(shù)的不斷進步，未來的UCAV可通過智能C4I控制系統(tǒng)，自動進行目標(biāo)搜索、監(jiān)視、跟蹤和武器分配、發(fā)射等作戰(zhàn)行動，具有相同于或超越有人機的應(yīng)變能力。據(jù)悉，美國正在為UCAV研制的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)飛行控制系統(tǒng)，將采用先進的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開發(fā)具有類似人腦記憶、信息處理和適應(yīng)環(huán)境等功能的軟件，使UCAV在受到損傷、出現(xiàn)故障和遭遇各種意外情況時，仍能保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

發(fā)展UCAV的最終目的是在人不干預(yù)或極少干預(yù)的條件下，自主完成作戰(zhàn)任務(wù)［2］。針對以上現(xiàn)狀，需要最大程度地給UCAV賦予智能，實現(xiàn)其自主控制、決策和管理，從而在某些領(lǐng)域取代有人機的作用。由于自主控制具有在線模型辨識、自主決策、自我調(diào)節(jié)、恢復(fù)等能力，當(dāng)環(huán)境和模型發(fā)生變化時，它能夠在線調(diào)整控制律，還能夠完成幾乎所有需要駕駛員來完成的操作與決策，所以將自主控制技術(shù)應(yīng)用于UCAV已經(jīng)成為一種趨勢［3］。本文闡述了自主控制概念以及偵察/打擊一體化技術(shù)，著重討論了UCAV在自主控制中所面臨的關(guān)鍵技術(shù)，并給出初步解決的方法。

1 自主控制

1.1 自主控制概念

具備自主性(Autonomy)或自主能力的控制過程都可以稱作自主控制［4］，它與無人移動平臺的制導(dǎo)與控制密切相關(guān)。由于缺乏人為直接控制，其含義強調(diào)“無外界控制干涉”，以及“自我控制決策”［5］，即不需要人的干預(yù)以最優(yōu)的方式執(zhí)行給定的控制策略，并且具有快速而有效的自主適應(yīng)的能力，以及在線對環(huán)境態(tài)勢的感知，信息的處理和控制的重構(gòu)［6］。

對于自主控制的定義，Pachter等［4］認為自主控制是在“非?！蔽唇M織的環(huán)境結(jié)構(gòu)下采用的“高度”動控制。其中的自動化強調(diào)了無人參與，非結(jié)構(gòu)化強調(diào)了各類不確定性，雖然這種定義強調(diào)無人干預(yù)，但沒有考慮環(huán)境感知等關(guān)鍵問題;Panos等［7］認為自主意味著具有自主的能力，自主是控制的目的。強調(diào)自動決策是自動控制從內(nèi)回路控制、自動駕駛儀到飛行管理、再到任務(wù)管理的一種邏輯層次的進步，也是自動控制從連續(xù)反應(yīng)的控制層面到離散事件驅(qū)動的決策層面的延伸;Boskovic等［8］認為自主控制是在通過在線感知、信息處理和控制重構(gòu)得到的不確定環(huán)境里，在沒人干涉的條件下，以最優(yōu)的方式執(zhí)行控制策略，自主快速有效地適應(yīng)環(huán)境，實現(xiàn)場景描述、故障檢測、策略規(guī)劃、避障控制等功能。自主控制是自動控制的高級發(fā)展階段，本質(zhì)上屬于智能控制，從智能程度上看常規(guī)的自動控制和自主控制，二者的區(qū)別在于常規(guī)的自動控制是基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的，幾乎不具有智能;而自主控制的產(chǎn)生則是信息，甚至是知識驅(qū)動的，可以具有很高程度的智能［9］。

UCAV自主控制包括自動完成預(yù)先確定的航路和規(guī)劃的任務(wù)，或者在線感知形勢，并按確定的使命、原則在飛行中進行決策并自主執(zhí)行任務(wù)［10］。

1.2 無人機自主控制發(fā)展

無人機的控制方式主要包括遙控、程序控制/指令控制、半自主控制和自主控制等方式。隨著無人機自主控制的運用，“機器”將承擔(dān)飛行工作和執(zhí)行任務(wù)的使命，當(dāng)任務(wù)非常復(fù)雜時，實際是對執(zhí)行任務(wù)的機器智能化。從信息、決策、控制的大系統(tǒng)角度分析，人機關(guān)系/人機分工的演進將經(jīng)過以下不同的3個階段，機器智能也將由低向高逐漸發(fā)展［11］。第一階段，在有人機情況下，人在飛機上，主要決策者為飛行員本身，而信息獲取以及控制為機器本身，但控制方式相對簡單;第二階段，在無人機初始階段，人不在飛機上而在閉環(huán)內(nèi)，僅參與比較復(fù)雜的決策，機器有一定的自主性，而信息獲取和控制也為機器本身，不過控制方式較第一階段復(fù)雜;第三階段，在無人機高級階段，人不介入過程，只監(jiān)控而不參與決策，而信息獲取、決策過程以及控制完全依靠機器本身。

當(dāng)前，自主控制技術(shù)的發(fā)展進入到“可變權(quán)限自主控制”的發(fā)展階段，要實現(xiàn)完全意義上的自主尚有相當(dāng)大的距離。圖1為美國國防部在《無人機系統(tǒng)路線圖2005－2030》中公布的無人機自主控制趨勢［12］。從圖中可以看出各無人機型號與無人機10個自主控制級別之間的對比關(guān)系。目前，美國先進的無人機僅處于等級4～5之間的水平，離完全自主群集還有很大的差距。

2 UCAV偵察/打擊一體化

UCAV在執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)時，如果沒有突然出現(xiàn)的目標(biāo)，將按照規(guī)劃方案飛到戰(zhàn)區(qū)，并按照事先確定的攻擊武器、攻擊方式、攻擊時刻完成對目標(biāo)的自動攻擊。如果情況稍微發(fā)生一些變化(如由于事先的情報不準(zhǔn)，目標(biāo)位置發(fā)生變化;或者事先偵察的目標(biāo)已消失取而代之出現(xiàn)了新的目標(biāo)等)，UCAV就無法對目標(biāo)進行攻擊。而目前的研究中，都只是對這些新出現(xiàn)的目標(biāo)進行規(guī)避，沒有考慮打擊。但這種目標(biāo)往往是更高價值目標(biāo)，所以為了達到自主作戰(zhàn)的目的，針對突然出現(xiàn)的目標(biāo)，UCAV必須能夠及時自主做出攻擊決策，并快速生成攻擊航跡，完成對目標(biāo)的精確打擊，實現(xiàn)UCAV任務(wù)/路徑規(guī)劃與自主攻擊一體化，最終實現(xiàn)偵察/打擊一體化的自主控制。

2.1 偵察/打擊一體化概念

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，由于作戰(zhàn)環(huán)境和作戰(zhàn)模式的變化，打擊一些稍縱即逝的機動目標(biāo)和即時發(fā)現(xiàn)的時間敏感性目標(biāo)已成為作戰(zhàn)的關(guān)鍵，而以往的作戰(zhàn)信息流程已不能滿足要求，打擊“時間敏感性目標(biāo)”，需要在偵察到目標(biāo)后，在其重新隱蔽起來或喪失即時打擊時機之前，立即做出判斷和決策，對其進行識別、跟蹤和打擊［13］。因此具備偵察/打擊一體化能力的UCAV可以及時地向其所探測到的目標(biāo)發(fā)動攻擊，不需要其他武器平臺的支援，極大地提高了偵察信息的時效性和攻擊的準(zhǔn)確性;而且，網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點之間的信息交換通道少，作戰(zhàn)隱蔽性強，減輕了信息網(wǎng)絡(luò)的負擔(dān)，也降低了在網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)中由于數(shù)據(jù)鏈遭到破壞而失去戰(zhàn)斗力的危險［14］。

圖1 無人機自主控制趨勢Fig.1 Trend in UAV autonomy

圖2 偵察/打擊一體化系統(tǒng)典型構(gòu)造方案Fig.2 Typical configuration for integration of reconnaissance and attack system

偵察/打擊一體化UCAV是指UCAV具備偵察、監(jiān)視、目標(biāo)搜索和對目標(biāo)的實時打擊能力。它主要是利用自身攜帶的精確制導(dǎo)武器或火控系統(tǒng)實施對實時目標(biāo)的攻擊，極大地縮短了從發(fā)現(xiàn)到摧毀目標(biāo)的時間?？梢詫r間敏感的目標(biāo)出其不意地攻擊，對重要目標(biāo)“定點清除”或“斬首行動”以及長時間目標(biāo)壓制，實現(xiàn)“發(fā)現(xiàn)即打擊”。

偵察/打擊一體化系統(tǒng)的典型構(gòu)造方案如圖2所示。

2.2 偵察/打擊一體化UCAV型號背景

美國在2001年10月8日開始的對阿富汗的軍事打擊中，除了使用“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈、“小牛”空地導(dǎo)彈、CBU－97傳感器引爆子母炸彈等大量精確制導(dǎo)武器外，還于10月17日首次出動“捕食者”無人機攜帶反坦克導(dǎo)彈對阿富汗地面目標(biāo)實施攻擊，標(biāo)志著美軍對地攻擊型無人機技術(shù)發(fā)展到了一個新的階段—偵察/打擊一體化，因此美軍也加大了對偵察/打擊一體化無人作戰(zhàn)飛機的研制力度。

2.2.1 捕食者(MQ－1 Predator)

MQ－1B無人機翼展14.85 m，機長8.13 m，最大起飛重量1020 kg，任務(wù)載荷204 kg，巡航速度126～162 km/h，最大平飛速度204 km/h，實用升限7260 m，活動半徑926 km，最大續(xù)航時間42 h。執(zhí)行攻擊任務(wù)時，MQ－1B無人機每側(cè)機翼下可掛載一枚“海爾法”導(dǎo)彈。MQ－1B無人機任務(wù)載荷包括光電/紅外傳感器、激光測距/指示器、合成孔徑雷達等，用于偵察、目標(biāo)獲取與指示、毀傷評估。MQ－1B的航點設(shè)備包括前視飛行控制攝像機、利鈍 LN－100GPS/INS導(dǎo)航系統(tǒng)和自動駕駛儀/飛行控制系統(tǒng)。MQ－1B無人機機載C波段數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)和衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)可分別實現(xiàn)無人機的視距內(nèi)和超視距數(shù)據(jù)傳輸。

2.2.2 獵手(RQ－5A/RQ－5B Hunter)

RQ－5“獵手”最初是陸軍/海軍/海軍陸戰(zhàn)隊聯(lián)合發(fā)展的短程無人機系統(tǒng)，陸軍打算用它來滿足師級和軍級層次的需求。該機裝備有一套安裝在萬向支架上的光電/紅外傳感器，其圖像可通過C波段視線數(shù)據(jù)鏈實時向空中的另一架“獵手”轉(zhuǎn)發(fā)。1999年該機被部署到馬其頓以支持北約在巴爾干半島的行動，2002年又被部署到伊拉克。

2.2.3 收割者(MQ－9 Reaper)

MQ－9無人機采用霍尼韋爾TPE331－10T渦槳發(fā)動機，翼展9.5 m，機長10.98 m，最大起飛重量4536 kg，可攜帶360 kg內(nèi)部載荷和1361 kg外部載荷，最大飛行速度444 km/h，實用升限15600 m，續(xù)航時間32 h。MQ－9無人機每側(cè)機翼下有3個外掛點，最內(nèi)側(cè)掛架可掛載1枚680 kg的彈藥，中間和外側(cè)的掛架可分別掛載1枚159 kg和68 kg的彈藥。同“捕食者A”相比，MQ－9反應(yīng)速度快，生存能力強，可靠性與維護性能好，機載武器也擴展到了GBU－38、GBU－12激光制導(dǎo)炸彈、“毒刺”空空導(dǎo)彈和“巴特”反坦克導(dǎo)彈等武器，作戰(zhàn)能力顯著增強。

2.2.4 火力偵察兵(MQ－8 Fire Scout)

“火力偵察兵”是一種垂直起降戰(zhàn)術(shù)無人機(VTUAV)。驗證試飛已成功完成，驗證內(nèi)容包括自主飛行、戰(zhàn)術(shù)通用數(shù)據(jù)鏈操作、多任務(wù)載荷性能以及地面控制站操作等。2003年陸軍選擇了有4片旋翼槳葉的RQ－8B作為其“未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)”(FCS)的無人機。首批2架原型機預(yù)定在2006年交付。海軍也選擇RQ－8B來支援其“瀕海戰(zhàn)斗艦”(LCS)。

2.3 偵察/打擊一體化UCAV發(fā)展趨勢

2.3.1 大縱深持久打擊能力

美國空軍已把UCAV說成是“能進行全球攻擊的武器”(GSE)，認為UCAV的主要優(yōu)點是其“向縱深飛行和持久作戰(zhàn)”能力，可飛入敵方嚴密設(shè)防的空域，并在那里停留足夠長的時間，等待有人攻擊機的飛入，完成其任務(wù)后并離開。

2.3.2 隱身性能

隱身性能將是UCAV賴以生存的主要手段，這是因為設(shè)計中的UCAV將不攜帶干擾機或?qū)乖O(shè)備，即使是雷達告警接收機或?qū)椊咏婢到y(tǒng)也不攜帶，而且也沒有足夠的敏捷性。偵察/打擊一體化UCAV采用隱身技術(shù)，可以縮短敵方雷達的作用距離，減小預(yù)警時間，提高突防的成功概率［15］。

2.3.3 多機協(xié)同攻擊

在實戰(zhàn)中，由于UCAV單平臺的綜合作戰(zhàn)能力通常比先進的有人戰(zhàn)斗機要弱，因此，UCAV以多平臺協(xié)同攻擊為主要作戰(zhàn)模式。UCAV編隊充分利用多平臺在空間上能夠形成快速、多變進攻態(tài)勢的特點來彌補單機作戰(zhàn)能力弱的缺點，達到以弱勝強的目標(biāo)。UCAV編隊通過戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈共享戰(zhàn)場信息，編隊中每架飛機根據(jù)各自的空間位置和作戰(zhàn)資源，在統(tǒng)一的作戰(zhàn)目的指引下，進行實時任務(wù)決策和戰(zhàn)術(shù)動作分解。

2.3.4 智能化趨勢

以計算機為核心的人工智能技術(shù)將賦予UCAV新的“生命”，這樣的UCAV不僅能夠?qū)嵤白詺⒐簟焙蛡刹烊蝿?wù)，而且將具備實施自主式空中格斗、重復(fù)使用、完成更加復(fù)雜的攻擊作戰(zhàn)任務(wù)等多方面的新能力。高度智能化UCAV大量采用人工智能和群體智能理論技術(shù)，UCAV自動尋找、識別目標(biāo)，確定攻擊目標(biāo)的優(yōu)先順序，選擇恰當(dāng)?shù)奈淦鳎龀鰬?zhàn)術(shù)決策，執(zhí)行必要的攻擊機動動作，并通過攜帶的智能武器系統(tǒng)實施對敵方高價值目標(biāo)的自主攻擊。

3 UCAV自主控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

UCAV自主控制系統(tǒng)是一個系統(tǒng)階次高、子系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)、系統(tǒng)評價目標(biāo)多且相互矛盾的復(fù)雜大系統(tǒng)，是多個學(xué)科的交叉［3］。其設(shè)計的優(yōu)劣直接關(guān)系到系統(tǒng)整體性能的發(fā)揮和智能水平的高低，它的結(jié)構(gòu)一般可分為3類:分層遞階式結(jié)構(gòu);并行式體系結(jié)構(gòu);分布式體系結(jié)構(gòu)。UCAV自主控制系統(tǒng)主要任務(wù)是把感知、規(guī)劃和行動等各種功能有機地結(jié)合起來［16］，如圖3 所示。

圖3 UCAV自主控制系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)Fig.3 Logic configuration of UCAV autonomous control system

UCAV自主控制系統(tǒng)的工作流程如下［17］:UCAV 通過自身傳感器獲取目標(biāo)信息，根據(jù)敵我雙方當(dāng)前狀態(tài)及運動趨勢確定敵我態(tài)勢，并結(jié)合自身武器配置及綜合控制要求做出自主攻擊決策，并由決策結(jié)果實時快速地生成攻擊航跡攻擊目標(biāo)。UCAV自主控制系統(tǒng)也可以通過指揮控制系統(tǒng)人員的操控與其柔性結(jié)合，實現(xiàn)UCAV的任務(wù)功能。

圖4 UCAV偵察/打擊一體化自主控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Configuration of autonomous control system on integration of reconnaissance and attack for UCAV

根據(jù)UCAV偵察/打擊一體化的過程和特點，并結(jié)合UCAV自主控制系統(tǒng)的工作流程，基于偵察/打擊一體化的自主控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

4 UCAV自主控制關(guān)鍵技術(shù)

文獻［9］中提出對于UCAV的智能自主控制，首要的幾個關(guān)鍵問題是如何進行飛行中任務(wù)、航跡的自主快速規(guī)劃與重規(guī)劃;采用什么形式的控制結(jié)構(gòu)體系以及如何實現(xiàn)自主條件下的安全著陸。文獻［16］中認為UCAV對通信協(xié)同的需求比較弱，更多依賴于自身自主能力執(zhí)行任務(wù)，其自主控制的關(guān)鍵問題在于自主控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、環(huán)境感知和動態(tài)重規(guī)劃。文獻［18］中認為自主控制的關(guān)鍵問題在于態(tài)勢感知、決策分析和通信協(xié)同。而文獻［19］中則認為相對于人機接口、通信和目標(biāo)識別，決策是實現(xiàn)自主最為困難的問題，不確定環(huán)境中快速在線的重規(guī)劃是自主控制的關(guān)鍵問題。文獻［20］中提出UCAV自主控制的關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下幾個方面:在線態(tài)勢感知和自主決策;自主飛行控制;自修復(fù)飛行控制以及智能火力控制等。即如何快速進行在線態(tài)勢感知，自主決策;如何進行飛行中任務(wù)、航跡的自主快速規(guī)劃與重規(guī)劃;如何實現(xiàn)飛行過程中自主導(dǎo)航;如何實現(xiàn)自主條件下的安全著陸;如何實現(xiàn)實時健康診斷和故障自修復(fù);以及如何自主準(zhǔn)確地對目標(biāo)實施火力打擊。

本文根據(jù)UCAV偵察/打擊一體化的要求，自主控制系統(tǒng)需要完成有人機上由飛行員完成的任務(wù)，主要就是控制決策與攻擊航跡快速生成，實際上就是模擬飛行員的決策過程。根據(jù)對方目標(biāo)的類型，雙方之間的態(tài)勢和威脅情況，結(jié)合我方UCAV和武器系統(tǒng)的狀態(tài)和作戰(zhàn)效能，根據(jù)具體的戰(zhàn)役目的，進行攻擊武器、攻擊方式、攻擊時刻、武器投放域的確定和攻擊航跡的快速生成，以實現(xiàn)最終作戰(zhàn)目的。

4.1 偵察/打擊綜合控制技術(shù)

偵察/打擊一體化UCAV可以通過攜帶的多種任務(wù)設(shè)備以及各種傳感器、數(shù)據(jù)鏈路等完成對目標(biāo)自動跟蹤和敵我識別、攻擊路徑選擇、武器類型選擇等。因此控制系統(tǒng)不僅要完成飛行狀態(tài)的控制要求，實現(xiàn)自主飛行控制，還需要對各種偵察設(shè)備、機載武器進行控制，使其完成一體化作戰(zhàn)的需求。如何將UCAV的各種設(shè)備有機結(jié)合，既能充分發(fā)揮各自性能，又能保證整體的作戰(zhàn)效能，需要對偵察/打擊綜合控制技術(shù)進行研究。

根據(jù)UCAV自主控制系統(tǒng)的工作流程，可以將其簡單地概括為:偵察—決策—打擊—評估，綜合控制技術(shù)應(yīng)圍繞這一流程，努力提高控制系統(tǒng)的智能化和自動化程度。主要包含以下幾個方面:多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù);目標(biāo)探測與敵我識別技術(shù);目標(biāo)自動跟蹤技術(shù);自主導(dǎo)航定位技術(shù);智能打擊決策技術(shù);攻擊路徑規(guī)劃技術(shù);智能武器選擇與發(fā)射技術(shù);綜合飛行/推力/火力控制技術(shù)。

4.2 多傳感器信息融合技術(shù)

偵察/打擊一體化UCAV所處的戰(zhàn)場環(huán)境日益復(fù)雜，要完成作戰(zhàn)任務(wù)，必須充分、準(zhǔn)確地獲取敵我雙方信息，因此UCAV需要從多種平臺獲取信息。UCAV可以通過預(yù)警機、衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈路獲取戰(zhàn)場信息，并且自身也攜帶較多的偵察設(shè)備，例如雷達、光電/紅外傳感器、激光測距/指示器等。由于獲取的信息量大，要從如此多的信息中獲取有用信息，并對有用信息進行合理利用，就必須發(fā)展多傳感器信息融合技術(shù)，使UCAV具有對多種信息獲取手段所獲得的信息進行分析和處理，提供目標(biāo)的位置、類型以及其他軍事狀態(tài)(敵方意圖、威脅程度等)的能力，完成作戰(zhàn)任務(wù)。

4.3 UCAV自主控制智能決策技術(shù)

在有人機上，對于不同的目標(biāo)以及相對態(tài)勢，飛行員會選擇相應(yīng)的攻擊武器、攻擊方式和攻擊時刻。在UCAV系統(tǒng)中，對于瞬息萬變的戰(zhàn)場態(tài)勢，如果這些工作由操作員來完成的話，必然會貽誤最佳作戰(zhàn)時機。而且，在戰(zhàn)場上，往往很難保證通訊數(shù)據(jù)鏈路的時時暢通，因此，需要研究UCAV的自主控制決策技術(shù)，主要包括目標(biāo)威脅判斷、攻擊武器、攻擊方式與攻擊時刻的確定，以及攻擊排序、火力分配和武器投放域的快速計算等。

本文應(yīng)用動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)研究自主攻擊決策，并對動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)進行改造，建立攻擊決策的以動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的人工智能模型。動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是模擬人類思維的有力工具［21］，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是通過對先驗知識和觀測數(shù)據(jù)的綜合處理來進行推理，先驗知識實際就是經(jīng)驗知識，而觀測數(shù)據(jù)就是實際情況，這正好與人類的思維過程吻合。而動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，它是根據(jù)所有時刻的觀測值來進行推理，因此能夠處理觀測數(shù)據(jù)的不確定性。并且貝葉斯網(wǎng)絡(luò)在任務(wù)決策、態(tài)勢評估、威脅估計以及目標(biāo)識別等多方面有著很好的應(yīng)用。

根據(jù)武器種類和性能、目標(biāo)類型和狀態(tài)、目標(biāo)和 UCAV定位方式、UCAV機動方式以及綜合控制系統(tǒng)的要求，構(gòu)建快速可行的不同武器類型自主控制決策方案，建立相應(yīng)的目標(biāo)威脅判斷、攻擊武器選擇、攻擊方式選擇、攻擊時刻確定、攻擊排序和火力分配等決策模型，對目標(biāo)進行假想攻擊，并進行實時毀傷效果評估，進而創(chuàng)建UCAV偵察/打擊一體化的自主控制決策方案。

4.4 UCAV攻擊航跡快速生成技術(shù)

一旦確定了攻擊方式、攻擊時刻、最佳武器投放域，在有人機上，飛行員會根據(jù)瞄準(zhǔn)誤差操縱飛機快速占位，達到最佳武器投放點，做到先敵發(fā)射或盡早攻擊。在UCAV上，就需要能夠自主、快速地引導(dǎo)其到最佳武器投放域，以實現(xiàn)對目標(biāo)的攻擊。一般的，大多數(shù)路徑規(guī)劃算法在確定攻擊航跡時很少考慮實時性的問題，但在瞬息萬變的戰(zhàn)場上，機會稍縱即逝，必須考慮算法的快速性，否則很難滿足日益復(fù)雜的戰(zhàn)場需要。因此，需要研究UCAV攻擊航跡的快速生成技術(shù)，主要包括代價函數(shù)的確定、快速規(guī)劃算法的設(shè)計等。

根據(jù)攻擊決策確定的攻擊方式、攻擊時刻和最佳武器投放域，采用基于戰(zhàn)術(shù)軌跡庫的實時軌跡生成技術(shù)，實現(xiàn)攻擊航跡的自主快速生成［22］。基于軌跡庫的實時軌跡生成方法可以有效地應(yīng)用于規(guī)避威脅等動態(tài)環(huán)境、短時間尺度的應(yīng)飛軌跡實時解算。它的基本思路是借鑒有人機的戰(zhàn)術(shù)機動動作，可以規(guī)劃出UCAV在其飛行包線和機動能力范圍內(nèi)進行的各類機動及其軌跡，這些機動動作及其軌跡就構(gòu)成了基本戰(zhàn)術(shù)軌跡庫。自主進行軌跡重規(guī)劃時可以根據(jù)當(dāng)前的態(tài)勢和對未來一段時間內(nèi)態(tài)勢的估計，結(jié)合預(yù)測控制中的滾動優(yōu)化概念，從基本軌跡庫中選取合適的應(yīng)飛軌跡，從而賦予了無人作戰(zhàn)平臺一定的智能能力。

對快速優(yōu)化計算技術(shù)，“預(yù)先進化算法”能夠提高進化算法的運行效率，而快速概率分析進化算法能夠進行“連鎖學(xué)習(xí)”，提高算法的全局收斂性［23］。針對“攻擊航跡的快速生成”，通過“預(yù)先進化遺傳算法”結(jié)合快速概率分析進化算法解決優(yōu)化算法的實時性和全局收斂性問題，以實現(xiàn)攻擊航跡的自主快速生成。

5 結(jié)論

UCAV偵察/打擊一體化自主控制技術(shù)是一項高度綜合的研究課題，是智能控制技術(shù)和自動控制技術(shù)的高度有機結(jié)合，一定程度上代表了未來航空尖端技術(shù)的最新研究方向。由于對象的開放性、復(fù)雜性和所面對信息模式的多樣性、不確定性，應(yīng)站在大系統(tǒng)的角度來研究，面臨的挑戰(zhàn)在于如何在不確定的飛行條件下實現(xiàn)一定的實時自主控制決策能力，最終在局部完全取代并超過人的決策作用。本文分析了自主控制的基本概念和發(fā)展階段，并圍繞 UCAV偵察/打擊一體化作戰(zhàn)的過程及特點，從總體的角度建立了UCAV偵察/打擊一體化自主控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，研究了偵察/打擊系統(tǒng)一體化技術(shù)和自主控制方法，最終給出了UCAV偵察/打擊系統(tǒng)一體化自主控制的各項關(guān)鍵技術(shù)及相應(yīng)的解決方法，為我國UCAV自主控制的研究提供了理論方法。

［1］鄭濤.無人機系統(tǒng)的仿真建模研究［D］.西安:西北工業(yè)大學(xué)，2001.

［2］高勁松，鄒慶元，陳哨東.無人機自主性概念研究［J］.電光與控制，2007，14(5):58-61.

［3］施蓉花.無人機自主飛行控制和自主攻擊研究［D］.南京:南京航空航天大學(xué)，2008.

［4］PACHTER M，CHANDLER P R.Challenges ofautonomouscontrol［J］.IEEE Control Systems，1998，18(4):92-97.

［5］ANTSAKLIS P J，PASSINO K M.An introduction to intelligent and autonomous control［M］.Netherlands:Kluwer Academic Publisher，1993.

［6］王英勛，蔡志浩.無人機的自主飛行控制［J］.航空制造技術(shù)，2009(8):26-31.

［7］ANTSAKLIS P J，PASSINO K M，WANG S J.An introduction to antonomous control systems［C］//Fifth IEEE International Symposium on Intelligent Control，1990:5-13.

［8］BOSKOVIC J D，PRASANTH R，MEHRA R K.Multi-layer architecture for intelligent control of unmanned aerial vehicle［C］//AIAA，2002，3473:1-11.

［9］唐強，朱志強，王建元.國外無人機自主飛行控制研究［J］.系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2004，26(3):418-422.

［10］楊暉.無人作戰(zhàn)飛機自主控制技術(shù)研究［J］.飛行力學(xué)，2006，24(2):1-4.

［11］張新國.從自動飛行到自主飛行—飛行控制與導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展的轉(zhuǎn)折和面臨的挑戰(zhàn)［J］.飛機設(shè)計，2003(3):55-59.

［12］Office of the Secretary of Defense.Unmanned aircraft systems roadmap 2005-2030［M］.Washington DC，2005.

［13］張會軍，翟彬.偵察打擊一體化無人機關(guān)鍵技術(shù)分析［J］.電光系統(tǒng)，2007(3):43-45.

［14］任宏光，劉穎.無人機偵察打擊一體化武器系統(tǒng)發(fā)展［J］.飛航導(dǎo)彈，2009(6):47-49.

［15］張才文，展鳳江，鄧海強.偵察打擊一體化無人機［J］.航空制造技術(shù)，2008(9):34-37.

［16］牛軼峰，沈林成，龍濤.攻擊型無人飛行器自主控制技術(shù)研究綜述［J］.系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2007，29(3):391-395.

［17］路志偉.無人作戰(zhàn)飛機自主攻擊的實現(xiàn)［C］.第一屆中國導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制學(xué)術(shù)會議，2007.

［18］CLOUGH B T.Unmanned aerial vehicles-autonomous control challenges，a researcher's perspective［C］//AIAA，2003，6504:1-15.

［19］CHANDLER P R，PACHTER M.Research issues in autonomous control of tactical UAVs［C］//Proc American Control Conf，1998:394-398.

［20］陳海.無人機自主控制綜述及自主著陸控制系統(tǒng)設(shè)計［D］.西安:西北工業(yè)大學(xué)，2007.

［21］KUENZER V.A dynamic Bayesian network approach to figure tracking using learned dynamic models［C］//Intl Conf on Computer Vision(ICCV 99)，1999:94-101.

［22］張翔倫.基于戰(zhàn)術(shù)軌跡庫的實時軌跡生成研究［C］//第一屆中國導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制學(xué)術(shù)會議，2007.

［23］史建國，高曉光.預(yù)先進化遺傳算法的研究［J］.宇航學(xué)報，2005，26(2):168-173.