有人機/無人機協(xié)同作戰(zhàn)研究現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)淺析

樊潔茹，李東光

（北京理工大學(xué)機電動態(tài)控制重點實驗室，北京 100081）

1 引 言

無人機具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、偵察能力強等特點，在電子干擾、防空壓制、空中對抗、對地攻擊等方面具有顯著優(yōu)勢［1］。在軍事應(yīng)用層面，無人機已經(jīng)從早期的偵察監(jiān)視、通訊中繼逐漸向“察-打-評”一體化方向發(fā)展［2］。近年來，隨著航空科學(xué)的不斷發(fā)展和無人機制造技術(shù)的不斷突破，在軍事需求的牽引下，無人機的設(shè)計和制造已經(jīng)逐步走上了通用化和系列化之路，將在未來戰(zhàn)爭中扮演越來越重要的角色［3］。但是，隨著時代的發(fā)展，未來戰(zhàn)場環(huán)境愈加復(fù)雜，戰(zhàn)爭局勢瞬息萬變，而且無人機的智能系統(tǒng)還不能替代人的思維與判斷，僅依靠無人機或無人機群的作戰(zhàn)模式往往不能在指揮和決策中迅速做出最優(yōu)決定。未來很長的一段時間內(nèi)，在大多數(shù)作戰(zhàn)任務(wù)中，無人機還不能完全擺脫“人在作戰(zhàn)任務(wù)回路中”這一現(xiàn)狀。因此，為了提高作戰(zhàn)任務(wù)的成功率，有人機/無人機協(xié)同作戰(zhàn)模式將成為當(dāng)下及未來研究的重點，通過二者的相互支援、能力互補，形成一個有機的戰(zhàn)斗系統(tǒng)。

有人機/無人機協(xié)同作戰(zhàn)模式可以彌補無人機執(zhí)行特定任務(wù)過程中應(yīng)對各種突發(fā)情況時指揮與決策能力不足的短板，同時避免有人機執(zhí)行高危任務(wù)的作戰(zhàn)成本，提升整體集群的智能化水平，很大程度地提高信息時代體系對抗的作戰(zhàn)效能。從以上角度分析，有人機/無人機協(xié)同作戰(zhàn)的模式將改變現(xiàn)有空戰(zhàn)格局，成為未來無人機作戰(zhàn)運用的必然選擇，具有重大軍事應(yīng)用價值。

2 有人機/無人機協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)

2.1 協(xié)同作戰(zhàn)概念

通過數(shù)據(jù)傳輸和通信，將有人機作為指揮機，無人機作為攻擊機進行密切協(xié)同。通過地面指揮控制中心實現(xiàn)戰(zhàn)場信息共享、可用資源統(tǒng)一調(diào)度及作戰(zhàn)任務(wù)的綜合管理。由無人機完成目標(biāo)探測、識別、攻擊和評估，將探測和評估結(jié)果與有人機進行互通，由有人機完成信息整合，感知戰(zhàn)場態(tài)勢，最終共同完成信息獲取、戰(zhàn)術(shù)決策、指揮引導(dǎo)、武器發(fā)射和武器制導(dǎo)等作戰(zhàn)任務(wù)。

2.2 協(xié)同作戰(zhàn)想定

有人機/無人機協(xié)同作戰(zhàn)，能夠在聯(lián)合編隊條件下充分發(fā)揮有人平臺及無人平臺優(yōu)勢，同時結(jié)合地面指揮控制中心，制定符合戰(zhàn)場需求的具體編隊作戰(zhàn)模式，并使其達到最大作戰(zhàn)效能。

現(xiàn)假設(shè)我方接到命令要求立即執(zhí)行對敵方營地的突襲任務(wù)，目標(biāo)是摧毀敵方地面防御工事。由地面指揮控制中心、有人機集群、無人機集群組成的有人機/無人機協(xié)同作戰(zhàn)編隊立即啟動，對目標(biāo)區(qū)域?qū)嵤┳鲬?zhàn)。首先由若干無人機組成的偵察編隊，對目標(biāo)區(qū)域進行偵察，在地面指揮控制中心或有人機的控制下，無人機多機協(xié)同搜索目標(biāo)區(qū)域。多架無人機根據(jù)所攜帶的多種傳感器，對目標(biāo)區(qū)域進行綜合探測，獲得目標(biāo)區(qū)域環(huán)境信息或態(tài)勢信息，并將信息回傳給指揮控制中心或有人機（如果有人機參與，則經(jīng)過綜合分析后，最終將目標(biāo)信息發(fā)送給地面指揮控制中心）。指揮控制中心作為協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)最高指控節(jié)點，通過對目標(biāo)區(qū)域的衛(wèi)星圖像、目標(biāo)信息等情報進行分析，得到戰(zhàn)場全面態(tài)勢情況。分析制定此次任務(wù)的整體作戰(zhàn)流程和具體計劃，選擇符合作戰(zhàn)計劃的有人機和無人機類型及數(shù)量，組成協(xié)同作戰(zhàn)編隊，并引導(dǎo)其進入作戰(zhàn)區(qū)域，共同執(zhí)行地面指揮中心下發(fā)的打擊任務(wù)。有人機作為移動的次級控制中心，主要負責(zé)完成作戰(zhàn)執(zhí)行階段的具體戰(zhàn)術(shù)決策和階段性任務(wù)分配，同時需要對戰(zhàn)場態(tài)勢進行評估，為無人機組進行所需打擊目標(biāo)的分配，并為其規(guī)劃相應(yīng)的航線，最終以任務(wù)指令的方式發(fā)送給無人機。多架無人機作為編隊僚機，對目標(biāo)區(qū)域進行目標(biāo)探測和干擾防御，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后，立即鎖定并跟蹤，將目標(biāo)信息和戰(zhàn)場態(tài)勢回傳給有人機，請求有人機確認(rèn)目標(biāo)并下達是否攻擊指令；待有人機下發(fā)攻擊指令后，無人機攻擊目標(biāo)并進行毀傷評估。

在該作戰(zhàn)想定中，地面指揮控制中心是該協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)的最高指揮單位，能夠與各有人機和無人機分別進行通訊，并可對整個作戰(zhàn)編隊的每一個體作戰(zhàn)單元直接控制，以此確保作戰(zhàn)系統(tǒng)中所有有人機與無人機之間的信息共享，最終達到統(tǒng)一調(diào)度可用資源和綜合管理作戰(zhàn)任務(wù)的目的。特定條件下有人機/無人機協(xié)同作戰(zhàn)完成任務(wù)的想定示意圖如圖1所示。

2.3 協(xié)同作戰(zhàn)流程

圖1 有人機/無人機協(xié)同作戰(zhàn)想定Fig.1 Conception of MAV/UAV cooperative combat

有人機/無人機協(xié)同作戰(zhàn)的關(guān)鍵是既能保留并充分發(fā)揮有人機和無人機的優(yōu)點，又能最大限度地激發(fā)二者在編隊中的作戰(zhàn)潛力。編隊中的每一架有人機和無人機都可視為作戰(zhàn)系統(tǒng)的節(jié)點，需要在地面指揮控制系統(tǒng)的指揮引導(dǎo)下，結(jié)合接收全部戰(zhàn)場信息進行綜合處理，以此進行戰(zhàn)場態(tài)勢感知和敵方威脅估計。在此基礎(chǔ)上對特定作戰(zhàn)任務(wù)下的指揮與控制進行決策，對編隊中的每個有人機和無人機節(jié)點進行子任務(wù)分配和飛行路徑規(guī)劃，確保任務(wù)流程在協(xié)同條件下有條不紊地推進和展開，最終在無人機節(jié)點到達攻擊區(qū)域后完成目標(biāo)鎖定、瞄準(zhǔn)、發(fā)射等一系列動作，完成對目標(biāo)的攻擊和毀傷。有人機/無人機協(xié)同作戰(zhàn)流程如圖2所示。

（1）任務(wù)裝定。作戰(zhàn)起初，有人機和無人機均處于待命狀態(tài)，進行任務(wù)和航路數(shù)據(jù)的裝定后，由地面指揮控制系統(tǒng)指揮引導(dǎo)其進入作戰(zhàn)區(qū)域。

（2）戰(zhàn)場數(shù)據(jù)信息處理。有人機對戰(zhàn)場信息進行接收匯總，經(jīng)過計算分析完成綜合處理，估計戰(zhàn)場態(tài)勢和敵方威脅。以此為依據(jù)對各無人機的任務(wù)進行分配，并為其規(guī)劃飛行路徑。處理結(jié)果通過信息傳輸傳遞給相關(guān)的各無人機。

（3）戰(zhàn)場偵察、監(jiān)視和探測。無人機接收具體任務(wù)后，沿所分配的飛行路徑進入作戰(zhàn)區(qū)域，對該區(qū)域進行偵察、監(jiān)視和探測等任務(wù)。所得到的探測信息將傳輸至有人機，后者據(jù)此進行信息整合，并繼續(xù)為無人機輸送指令，控制其下一步的探測。期間有人機和無人機時刻與地面指揮控制系統(tǒng)保持戰(zhàn)場信息實時交換。

（4）對目標(biāo)實施攻擊。根據(jù)無人機回傳的戰(zhàn)場實時數(shù)據(jù)，有人機再次對作戰(zhàn)區(qū)域的無人機進行任務(wù)分配。與之前的任務(wù)分配不同的是，本次任務(wù)主要是為了對目標(biāo)實時打擊。無人機再次接收攻擊任務(wù)指令后，開始進行末端打擊所需的計算與分析，最終完成對目標(biāo)的打擊。

圖2 有人機/無人機協(xié)同作戰(zhàn)流程Fig.2 Process of MAV/UAV cooperative combat

（5）戰(zhàn)場損傷評估。無人機在目標(biāo)打擊過程中時刻保持對戰(zhàn)場的監(jiān)測，并根據(jù)機載解算器及預(yù)訂的算法對其自身完成的打擊效果進行評估。同時，監(jiān)測信息回傳至有人機，有人機綜合所有無人機的作戰(zhàn)情況，對本次作戰(zhàn)任務(wù)進行總體分析與評估，并統(tǒng)計我方的損傷與消耗情況。

（6）再次攻擊或返航。根據(jù)上一步對打擊效果的評估，有人機將判定本輪打擊是否有效，目標(biāo)是否已經(jīng)被摧毀。如果目標(biāo)毀傷程度未達到預(yù)想標(biāo)準(zhǔn)，則有人機將再次根據(jù)當(dāng)前戰(zhàn)場信息及我方剩余戰(zhàn)力進行評判，并準(zhǔn)備下一輪打擊。若目標(biāo)已經(jīng)被摧毀或已達到毀傷要求，則判定本次作戰(zhàn)任務(wù)結(jié)束，無人機和有人機將先后返回基地。

3 有人機/無人機協(xié)同研究現(xiàn)狀

3.1 國外研究概況

隨著科技的快速發(fā)展，越來越多的技術(shù)和手段可以用于無人機設(shè)計和制造，這極大地促進了該領(lǐng)域的發(fā)展，也使其受到了國內(nèi)外學(xué)者和軍隊的普遍關(guān)注。英美等西方發(fā)達國家更是已經(jīng)擺脫了純無人機作戰(zhàn)的設(shè)計思路，探索無人機與有人機結(jié)合的方法，開始將有人機/無人機協(xié)同作戰(zhàn)的理念逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實。

美國是較早開展這項研究的國家，其研究機構(gòu)近年來已突破多項有人機/無人機協(xié)同所需的關(guān)鍵技術(shù)，并投入了大量精力進行了相關(guān)驗證。比較有代表性的是20世紀(jì)末開展的Bird Dog、機載有人/無人系統(tǒng)技術(shù)（AMUST）、獵人遠距離殺手編隊（HSKT）、無人機視頻智能共享系統(tǒng)VUIT-2等項目。在這些項目研究中，美陸軍和研究機構(gòu)首先針對具體作戰(zhàn)任務(wù)進行了有人機、無人機編隊的功能需求研究，對聯(lián)合編隊從系統(tǒng)角度進行了概念定義，然后分析和突破了相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，最后選擇了符合要求的有人機（Apache和Black Hawk）和無人機（Hunter和Shadow）進行了試驗驗證［4］。在上述項目研究中，美空軍將有人機和無人機進行編隊并將其整合為一個綜合大系統(tǒng)，其中有人機負責(zé)統(tǒng)籌指揮，總體把控系統(tǒng)工作與運行情況，無人機與巡航導(dǎo)彈和有人駕駛的轟炸機密切配合，進行打擊任務(wù)，結(jié)合C4KISR體系達到作戰(zhàn)目的。

1996年，美軍啟動AMUST項目，主要負責(zé)開發(fā)和驗證有人/無人協(xié)同作戰(zhàn)所需軟件、組件和程序。1999年，美軍啟動AMUST6.2項目，重點關(guān)注對有無人機編隊的功能和概念分析，并著重對這種作戰(zhàn)模式的效果進行評估，結(jié)果顯示，該模式極大發(fā)揮了有人機和無人機的優(yōu)勢，有效降低了戰(zhàn)斗人員傷亡，機載人員生存率提高25%以上，同時將系統(tǒng)殺傷力提高了50%以上。時隔一年后，AMUST6.3啟動，使用TCDL實現(xiàn)有人機與無人機之間的互聯(lián)通信，并開發(fā)視頻/數(shù)據(jù)接收、飛行控制等編隊技術(shù)。

2003年，美國國防預(yù)先研究計劃局（DARPA）和美國空軍組織在前期研究的基礎(chǔ)上聯(lián)合開展了軟件使能控制（Software Enabled Control，SEC）研究計劃，并通過驗證。波音首次驗證開放式控制平臺OCP轉(zhuǎn)換軟件用于無人機控制以及F-15E與無人戰(zhàn)機協(xié)同飛行。研究完成了有人機和無人機的通訊接口設(shè)計并進行了試驗，選用F-15E有人戰(zhàn)斗機與無人機進行通訊，二者最終通過自然語言（英語）成功傳達和接收了控制指令，完成了控制任務(wù)，最終實現(xiàn)了有人機/無人機協(xié)同編隊飛行。在上述研究的基礎(chǔ)上，美國空軍和海軍啟動了聯(lián)合無人空中作戰(zhàn)系統(tǒng)（J-UCAS）項目，主要用于繼續(xù)研究有人機和無人機的通訊問題。該項目于2004年在加利福尼亞州愛德華空軍基地進行試驗，試驗中有人機選用了T-33教練機，無人機選用了波音公司研制的演示樣機X-45A，二者成功進行了通訊和實時數(shù)據(jù)傳輸，在此基礎(chǔ)上完成了協(xié)同飛行［5-6］。

2005年，美軍在航宇飛行器技術(shù) （PE0602201F）項目的“飛行控制與駕駛員-飛行器接口”專項下，設(shè)置了有人機和無人機之間安全、互用性先進飛控技術(shù)專題，并在2005—2006年間多次進行了有人機和無人機設(shè)計、選型及試驗驗證。其中，由美國海軍主導(dǎo)的無人戰(zhàn)斗機艦載演示試驗獲得很大進展。為了保證試驗的順利進行，作為合作機構(gòu)的諾格公司甚至按照美國海軍具體要求專門設(shè)計制造了2架飛行演示樣機。樣機以典型的X-47B無人戰(zhàn)斗機作為原型，用于測試其在有人機/無人機協(xié)同編隊作戰(zhàn)模式下的通訊和飛行狀態(tài)。為了深入研究這種協(xié)同作戰(zhàn)模式的可行性，美國聯(lián)合無人機辦公室也進行了無人機系統(tǒng)聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)試驗，在該試驗中，協(xié)同編隊中的無人機選擇的是Hermes450，有人機選擇的是Boeing F/A-18，并在此基礎(chǔ)上搭建實驗平臺進行有人/無人機系統(tǒng)的聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)實驗驗證。

美國軍用航空航天電子學(xué)網(wǎng)站2010年12月14日報道，美國雷錫恩公司將向美國空軍交付并安裝用于無人機的宙斯感知和協(xié)同系統(tǒng)。宙斯通過提高無人機與其所支援的不同軍事單位間協(xié)同和感知水平從而提高任務(wù)參與者的效能。2010年波音公司得到美國空軍研究實驗室（AFRL）的一個為期3年、價值980萬美元的合同，用于進一步研究和驗證無人機協(xié)同控制技術(shù)，該技術(shù)能實現(xiàn)多種小型無人機互相協(xié)同，并通過有人機的機載控制站更加安全、有效地執(zhí)行情報、監(jiān)視和偵察任務(wù)。項目的重點在于，有人機在空中對多種無人機組成的混合編隊進行控制。

在上述研究的基礎(chǔ)上，美軍在2011年編寫了《2011—2036無人系統(tǒng)綜合路線圖》，其中明確將有人/無人編隊作為各軍兵種無人系統(tǒng)發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)之一，要求發(fā)展能提升有人/無人系統(tǒng)編隊的戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)和規(guī)程。美國米切爾航空航天研究所發(fā)布了《有人/無人編隊：將空中作戰(zhàn)力量提升到新水平》的研究報告，指出了美國未來將重點發(fā)展有人/無人編隊力量，提高美軍的空中作戰(zhàn)能力。2015年，美國海弗-空襲者IF-16改裝無人機編隊完成長機指揮與控制僚機航線跟隨、僚機完成長機指定的預(yù)先規(guī)劃任務(wù)后進行戰(zhàn)斗毀傷評估、僚機重新加入編組、自動空中防撞系統(tǒng)等演示。AFRL發(fā)布“忠誠僚機”自主技術(shù)征詢書，尋求支撐無人機自主能力的關(guān)鍵技術(shù)。2015年6月，美國國防部在阿拉斯加的“北方利刃”軍事演習(xí)中，以航速約692km/h的F-16戰(zhàn)斗機為領(lǐng)導(dǎo)者，投擲多枚微型無人機。2017年2月，美國海軍在模擬器上的空戰(zhàn)中使用控制僚機的智能軟件TBM；同年3月，美國空軍在“海弗-空襲者Ⅱ”演習(xí)中，展示了基于有人機/無人機編隊中無人僚機自主執(zhí)行對地攻擊的技術(shù)能力。近年來，美國已經(jīng)開始計劃利用有人機和無人機的協(xié)同編隊來實現(xiàn)具體的作戰(zhàn)任務(wù)，比如美國通用原子公司提出了一種協(xié)同編隊模式，利用8架Avenger無人機與4架F-22有人戰(zhàn)斗機進行協(xié)同作戰(zhàn)，協(xié)作摧毀敵方地空導(dǎo)彈陣地。2018年8月30日，美國國防部公開了《無人系統(tǒng)綜合路線圖(2017—2042)》，其中人機協(xié)同被列為四個關(guān)鍵主題之一。該路線圖指出人機協(xié)同對于滿足在無人系統(tǒng)方面的愿景至關(guān)重要，未來的軍事行動將需要無人系統(tǒng)和人之間的協(xié)作。在經(jīng)過近30年的發(fā)展，美軍計劃在2020年開始正式應(yīng)用成熟的帶有戰(zhàn)術(shù)意義的有人機/無人機多機編隊技術(shù)?？梢钥闯?，美軍在有人機/無人機協(xié)同作戰(zhàn)模式的研究已經(jīng)走在世界前列，其相應(yīng)的研究機構(gòu)都已經(jīng)陸續(xù)開展了試驗驗證，甚至已經(jīng)開始著手將研究技術(shù)向成果轉(zhuǎn)化，準(zhǔn)備運用到未來戰(zhàn)場中。

英國也在有人機/無人機協(xié)同作戰(zhàn)領(lǐng)域進行了探索。為了更好實現(xiàn)編隊中有人機和無人機的實時通訊問題，國防科技集團QinetiQ一直致力于開發(fā)編隊執(zhí)行任務(wù)過程中有人機對其他協(xié)同無人機的實時同步控制技術(shù)［7］。在該技術(shù)的使用中，有人機駕駛員無需同時對編隊中的無人機進行實時監(jiān)控，而是通過機載解算器對無人機提供的實時戰(zhàn)場信息按照預(yù)定的算法進行融合和計算，以此生成任務(wù)分配指令。當(dāng)準(zhǔn)備對目標(biāo)進行打擊時，無人機實時將前方敵軍目標(biāo)的圖像傳輸給有人機，在得到有人機下達的攻擊命令后便開始進行打擊行動。當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)情況時，有人機可以停止無人機的自動操作轉(zhuǎn)而對其進行控制。另外，該協(xié)同技術(shù)還規(guī)定當(dāng)由于特殊聯(lián)系導(dǎo)致二者通訊失效時，無人機將轉(zhuǎn)換為全自主作戰(zhàn)模式，并可在任務(wù)完成后自動返回。為驗證技術(shù)的可行性，英方研究機構(gòu)進行了試驗驗證，成功演示了Tornado Fighter戰(zhàn)斗機同時與四架BAC1-11無人機協(xié)同編隊，并對其進行控制與管理，對目標(biāo)進行模擬打擊。整個任務(wù)過程中，無人機從起飛到目標(biāo)探測、信息傳輸?shù)裙ぷ骶灾魍瓿?，最終在有人機的命令下完成打擊動作。另外，與美國一樣，英國也提出了未來對于有人/無人協(xié)同作戰(zhàn)的發(fā)展計劃，考慮在2018—2020年完成的未來攻擊航空器系統(tǒng)（FOAS）中增加協(xié)同編隊以增強其空軍力量［8-9］。

除英美外，世界其他軍事強國也在積極開展有人機和無人機協(xié)同作戰(zhàn)的技術(shù)研究。法國在2014年4月向世界展示了利用Rafale有人戰(zhàn)斗機與Neuron無人機進行編隊飛行的視頻，視頻顯示通過兩種機型的協(xié)同和實時信息交互，二者可在編隊狀態(tài)下穩(wěn)定飛行上百公里，體現(xiàn)了技術(shù)的穩(wěn)定性和可行性。

3.2 國內(nèi)研究概況

目前，世界無人機市場的主要銷售國是美國、以色列、法國與英國等。與西方發(fā)達國家相比，國內(nèi)無人機在系統(tǒng)載重、空氣動力、發(fā)動機、輕質(zhì)結(jié)構(gòu)及高精度導(dǎo)航等諸多方面都還存在相當(dāng)?shù)牟罹唷?/p>

現(xiàn)在，國內(nèi)也開始重視對有人機/無人機協(xié)同問題的研究。各級研究機構(gòu)和高校對有人機/無人機協(xié)同任務(wù)分配、航路規(guī)劃、編隊及自主控制、協(xié)同作戰(zhàn)等開展了理論研究，取得了很多研究成果。其中彩虹3（CH3）和彩虹4（CH4）兩款無人機都帶有對地攻擊功能；翼龍無人機具備全自主平臺，可獨立執(zhí)行監(jiān)視、偵察及對地攻擊等任務(wù)，為今后與有人機的協(xié)同奠定了良好基礎(chǔ)。在理論模型方面，國內(nèi)的很多模型都建立在比較理想的基礎(chǔ)上，不考慮飛行器氣動參數(shù)的變化和干擾、假設(shè)通訊情況都很理想等［10］；在控制算法方面，主要依靠傳統(tǒng)的線性控制方法，并沒有充分考慮編隊系統(tǒng)的非線性特征，在設(shè)計控制方法時未充分考慮飛行器本身的動力學(xué)特性等［11］。而且這些研究都還停留在理論仿真階段，尚未達到應(yīng)用于實際模型的程度。

綜上所述，與美國等發(fā)達國家相比，我國對有人機/無人機協(xié)同作戰(zhàn)的相關(guān)技術(shù)研究仍然處于探索階段，距技術(shù)成果轉(zhuǎn)化還有很長的路要走。

4 有人機/無人機協(xié)同作戰(zhàn)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 協(xié)同交互控制技術(shù)

有人機和無人機的協(xié)同交互是二者能夠成為一個完整作戰(zhàn)系統(tǒng)的必要條件，保證了系統(tǒng)內(nèi)部的信息流通，為系統(tǒng)中的各單元建立了聯(lián)系。在協(xié)同作戰(zhàn)模式下，有人機的數(shù)據(jù)處理量將大大增加，因為其不但要執(zhí)行自身任務(wù)，還要根據(jù)無人機和地面指揮中心發(fā)送的戰(zhàn)場信息進行分析，為無人機分配任務(wù)。因此，簡單有效的協(xié)同信息傳輸方式將極大提高整個作戰(zhàn)系統(tǒng)的作戰(zhàn)效率［12］。

完整的協(xié)同交互方式必然包含一套指令集，保證無人機能夠識別來自系統(tǒng)內(nèi)有人機的指令，同時也保證有人機能夠?qū)崟r接收無人機對戰(zhàn)場信息的檢測情況。指令集按功能分為三種類型：有人機任務(wù)命令、無人機系統(tǒng)命令以及指令編碼。這套指令集的設(shè)計首先應(yīng)盡可能滿足實際作戰(zhàn)中存在的可能性和突發(fā)性，以便在任何情況下系統(tǒng)內(nèi)部都能保持流暢的信息交互。其次命令集應(yīng)盡量簡單，作戰(zhàn)任務(wù)的執(zhí)行中包含了大量的數(shù)據(jù)傳輸和計算，簡單的命令集是信息傳輸實時性的保證。最后，命令集應(yīng)符合設(shè)計規(guī)范，以減少實際作戰(zhàn)中信息交互過程中所存在的干擾和噪聲，確保信息的正常發(fā)送和接收［13］。

近年來，隨著人工智能理論的發(fā)展，基于自然語言的智能人機接口技術(shù)受到越來越高的重視。利用自然語言理解技術(shù)模擬人的語言分析能力和對話方式，完成人與計算機之間的信息交換。系統(tǒng)可以理解用戶輸入的語言，并根據(jù)給定領(lǐng)域的知識和概念進行推理，明確用戶意圖，完成用戶需求。利用自然語言理解的控制技術(shù)，實現(xiàn)人機交互控制，實現(xiàn)有人機與無人機之間的信息交換。交互過程簡單易行，大大減輕了操作人員的工作量和通信信道負擔(dān)［14］。

4.2 協(xié)同態(tài)勢感知技術(shù)

有人機/無人機協(xié)同態(tài)勢感知是協(xié)同作戰(zhàn)中的一個重要階段。有人機接收無人機探測的目標(biāo)信息，從而分析戰(zhàn)場環(huán)境，評估戰(zhàn)場威脅，利用戰(zhàn)場的絕對知識做出正確的決策，并將行動指令傳送給無人機。

目前一些學(xué)者對有人機/無人機協(xié)同態(tài)勢感知技術(shù)進行了初步探索。Endsley提出了一種詢問式的態(tài)勢感知方法和全局評估技術(shù)，將詢問結(jié)果與隨機凍結(jié)仿真的態(tài)勢進行比較，探討了基于不同情境下個人和環(huán)境因素對感知和決策結(jié)果的影響［15］。胡洪波等利用多源信息形成了面向態(tài)勢感知的通用戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢圖，為指揮員戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢分析、戰(zhàn)術(shù)決策等提供了依據(jù)［16］。胡杰等將變精度粗糙集理論與UCAV態(tài)勢評估相結(jié)合，能夠正確預(yù)測敵方行動意圖，解決了非確定性決策的問題［17］。

4.3 協(xié)同任務(wù)分配技術(shù)

有人機/無人機協(xié)同作戰(zhàn)任務(wù)分配是指有人機、無人機相互取長補短，在給定的約束條件下，尋求符合分配原則的最佳方案，利用各自優(yōu)勢充分發(fā)揮最大的綜合作戰(zhàn)效能。有人機作為核心指揮角色，可以根據(jù)目標(biāo)信息和態(tài)勢評估結(jié)果為無人機分配任務(wù)。無人機根據(jù)自身飛行狀態(tài)進行武器和編隊配置，劃定武器的投放區(qū)域并確定對目標(biāo)的打擊方向和打擊點［18-21］。

有人機/無人機協(xié)同任務(wù)分配是一種多參數(shù)、多約束的多項式復(fù)雜非確定性問題，通常稱為NP（Nondeterministic Polynomial）問題。主要求解思路有最優(yōu)化方法和啟發(fā)式方法兩種。其中最優(yōu)化方法包括窮舉法、圖論方法、規(guī)劃方法等；啟發(fā)式方法包括模擬退火法、禁忌搜索法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法等。目前，應(yīng)用于任務(wù)分配的經(jīng)典理論算法還有合同網(wǎng)算法、蟻群算法、拍賣算法、粒子群算法、Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、滿意決策法等?；粝鋈A等對多無人機攻擊多目標(biāo)的任務(wù)分配問題進行了優(yōu)化，應(yīng)用粒子群算法解決了多處理器任務(wù)分配和武器分配等問題［22］。葉媛媛等提出了基于滿意決策的多UAV協(xié)同任務(wù)分配方法，解決了多機場起飛的UAV編隊配置和任務(wù)分配問題［23］。

4.4 協(xié)同航路規(guī)劃技術(shù)

有人機/無人機協(xié)同航路規(guī)劃需要結(jié)合任務(wù)規(guī)劃指標(biāo)、飛行約束條件和戰(zhàn)場環(huán)境等因素，設(shè)計協(xié)同飛行航路，以優(yōu)化總體作戰(zhàn)效能。

協(xié)同航路規(guī)劃是一個具有復(fù)雜性和耦合性的多約束、多目標(biāo)優(yōu)化決策問題。為了降低求解難度，需要將運籌學(xué)、智能計算和計算幾何學(xué)結(jié)合起來。Denton等將三維路徑分解為水平和豎直方向，解決了航路規(guī)劃計算過程中維數(shù)過高的問題［24］?，F(xiàn)有的路徑規(guī)劃方法大多基于已知信息規(guī)劃初始路徑，然后在發(fā)現(xiàn)障礙物時局部修改規(guī)劃或重新規(guī)劃整個路徑。這些工作都是建立在對環(huán)境具有完整和準(zhǔn)確了解的基礎(chǔ)上，較少關(guān)注部分已知的環(huán)境問題。因此，Stentz提出了一種新的D*算法，能夠在未知、部分已知和變化的環(huán)境中實現(xiàn)最優(yōu)路徑規(guī)劃［25］。當(dāng)無人系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)時，需要自動規(guī)劃從無人機當(dāng)前位置到目標(biāo)位置的路徑。由于路徑距離較長，且情況相對復(fù)雜，Stentz提出了復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境中無人機長距離航路規(guī)劃問題的解決方案［26］。Kambara從Voronoi圖中的鄰居節(jié)點構(gòu)造Delaunay圖，并利用Voronoi網(wǎng)絡(luò)圖構(gòu)造子圖，提出了一種根據(jù)需求計算路徑的方法，有效地減少了路徑搜索的步驟［27］，該方法被廣泛應(yīng)用于求解機器人和飛行器的航路規(guī)劃問題。馬向玲基于數(shù)據(jù)鏈通信體制，引入慣性權(quán)重系數(shù)改進了A*算法，使無人機可以進行在線實時航路規(guī)劃［28］。韓昕鋒等將協(xié)同進化理論與擴展Voronoi圖模型相結(jié)合，提出了一種多UCAV協(xié)同航路規(guī)劃算法，實現(xiàn)了規(guī)劃航路的時域和空域協(xié)同［29］。

4.5 協(xié)同效能評估技術(shù)

在有人機/無人機協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)中，如何確定協(xié)同作戰(zhàn)指標(biāo)體系，評估其作戰(zhàn)效能也是十分重要的問題。

評估有人機/無人機協(xié)同作戰(zhàn)效能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是對協(xié)同作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)進行合理的建模與描述。隨著對裝備體系認(rèn)識的不斷深入，以往基于美軍所提出的Department of Defense Architecture Framework （DoDAF）［30-31］的裝備體系建模和分析方法已無法體現(xiàn)出作戰(zhàn)過程中整個武器裝備體系涌現(xiàn)出的高度復(fù)雜性、連通性和網(wǎng)絡(luò)化特征。為了彌補傳統(tǒng)武器裝備體系建模中存在的不足，使武器裝備體系結(jié)構(gòu)建模研究工作更具客觀合理性，軍事領(lǐng)域?qū)＜液蛯W(xué)者紛紛嘗試新的建模思路。Boyd提出了OODA循環(huán)模型［32］，該模型將軍事決策過程歸納為由觀測（Observe）、判斷（Orient）、決策（Decide）和行動（Act）四個環(huán)節(jié)構(gòu)成的動態(tài)周期循環(huán)過程。Cares基于該思想建立了一種靜態(tài)模型［33-34］，將作戰(zhàn)過程中的武器裝備抽象為網(wǎng)絡(luò)中的四類節(jié)點，用節(jié)點之間的連接邊表示作戰(zhàn)過程中的信息和物質(zhì)能量交互，由此構(gòu)建成一種信息時代交戰(zhàn)模型。Dekker提出了一種C4ISR體系結(jié)構(gòu)分析方法，用于研究網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)對作戰(zhàn)效能的影響，并建立了基于Agent的仿真系統(tǒng)［35］。Dekker的研究指出，用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的分析思想來研究作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)，不但能確定作戰(zhàn)循環(huán)過程的關(guān)鍵所在，而且還能改進作戰(zhàn)體系的通信和工作流程，為提高決策者的決策效率提供支持。Deller等對Cares模型進行了擴展，定量分析了一個以網(wǎng)絡(luò)為中心的作戰(zhàn)模型，闡明了網(wǎng)絡(luò)連接性與作戰(zhàn)效能之間的相關(guān)關(guān)系［36］。當(dāng)前對于效能評估的研究方法大都是基于傳統(tǒng)指標(biāo)體系的建模方法，根據(jù)體系的層次結(jié)構(gòu)逐層分解進行研究的［37］，忽略了有人機/無人機協(xié)同作戰(zhàn)體系中的各作戰(zhàn)實體之間相互作用關(guān)系對于整個協(xié)同作戰(zhàn)體系效能的影響。

5 結(jié)束語

有人機/無人機協(xié)同技術(shù)符合航天技術(shù)的發(fā)展方向，能夠最大限度地發(fā)展二者的優(yōu)勢，是未來戰(zhàn)爭的一種主要打擊手段，該技術(shù)研究也將在未來很長一段時間內(nèi)成為航空領(lǐng)域的熱點。目前，西方發(fā)達國家已經(jīng)在有人機/無人機協(xié)同技術(shù)上取得了較大進展。但是，關(guān)于如何進一步實現(xiàn)有人機/無人機協(xié)同作戰(zhàn)應(yīng)用的諸多問題，尚待深入研究。比如有人機/無人機協(xié)同多載體、多類型傳感器信息融合問題還沒有完全成熟的設(shè)計方案，根據(jù)不同作戰(zhàn)任務(wù)和軍事需求選擇最合適的機型和數(shù)量進行合理配置也尚無成型標(biāo)準(zhǔn)。另外，目前還沒有一種科學(xué)有效的方法用于合理判斷和規(guī)定這種協(xié)同作戰(zhàn)模式的性能指標(biāo)，對其作戰(zhàn)效能的評估也亟待開展。加強在這些方面的研究，對指導(dǎo)軍隊信息化建設(shè)，打贏未來高技術(shù)條件下的局部戰(zhàn)爭，具有十分重要的意義。

總之，有人機/無人機協(xié)同體系是一種新興的作戰(zhàn)模式，符合未來戰(zhàn)爭發(fā)展方向。同時，這種作戰(zhàn)模式構(gòu)建了一個更為復(fù)雜的系統(tǒng)，其軍事層面的實現(xiàn)難度和復(fù)雜性不言而喻。想要從這項技術(shù)中有所突破，必須綜合運用大量的先進模擬與仿真技術(shù)為前期研究打下基礎(chǔ)，同時，還需要大量的理論研究與試驗驗證為今后的實際戰(zhàn)場應(yīng)用做保障。