火力打擊裝備智能化無人化技術(shù)研究

李世興，張振華，梁 棟，孫偉龍，柴 彪

（北方自動控制技術(shù)研究所，太原 030006）

0 引言

隨著戰(zhàn)爭形態(tài)的發(fā)展，當(dāng)前世界上采用大火力面壓制的作戰(zhàn)場景正在逐漸變少，而采用精確點穴式殺傷的場景越來越多。例如：2020 年11 月27 日，伊朗頂級核科學(xué)家穆赫森·法赫里扎德被遠(yuǎn)程操控的無人車中的自動武器精準(zhǔn)射殺，與他相距25 cm的妻子卻毫發(fā)未傷。據(jù)統(tǒng)計，截止到2019 年，美軍采用無人裝備已經(jīng)進(jìn)行超過1 萬次獵殺行動。科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會形態(tài)的發(fā)展變化，作戰(zhàn)方式將從大規(guī)模物理火力摧毀、奪控占領(lǐng)向軍種聯(lián)合、精確殺傷、局面控制、信火特一體等非大規(guī)模軍事戰(zhàn)爭行動常態(tài)化轉(zhuǎn)變；作戰(zhàn)進(jìn)程將從平戰(zhàn)分割向平戰(zhàn)交叉、突發(fā)離散轉(zhuǎn)變；戰(zhàn)斗力將從以人為主、人裝結(jié)合向人機(jī)融合、協(xié)同認(rèn)知、智能無人方向轉(zhuǎn)變［1］?；谖磥黻憫?zhàn)形態(tài)的新變化，圍繞我軍精確智能化打擊裝備體系發(fā)展建設(shè)的突出矛盾和長遠(yuǎn)需求，需要加快推進(jìn)火力打擊裝備向智能化無人化方向發(fā)展，以緊密跟蹤世界精確火力打擊裝備與智能彈藥領(lǐng)域的技術(shù)前沿。

1 火力打擊裝備智能化無人化技術(shù)研究現(xiàn)狀

從“十三五”末期開始，世界無人系統(tǒng)與技術(shù)進(jìn)入到活躍發(fā)展態(tài)勢，無人系統(tǒng)與人工智能技術(shù)加速融合催生火力打擊裝備的智能化發(fā)展。以美國、法國和俄羅斯等為代表的主要軍事強國著眼未來智能化作戰(zhàn)需求，在戰(zhàn)略規(guī)劃、仿生機(jī)器人、有人-無人編隊、無人系統(tǒng)集群技術(shù)、自主學(xué)習(xí)技術(shù)等領(lǐng)域有著重大進(jìn)展［2］。2018 年，美國國防部發(fā)布第五版《2017-2042 年無人系統(tǒng)綜合路線圖》，圍繞互操作性、自主性、安全網(wǎng)絡(luò)、人機(jī)合作等4 個主題，提出19 項關(guān)鍵技術(shù)［5］。新版綜合路線圖和近年來美軍無人系統(tǒng)發(fā)展情況表明：美軍將無人系統(tǒng)視為未來高端戰(zhàn)爭中的重要裝備，積極布局跨越式發(fā)展，推動陸、海、空高端無人系統(tǒng)更新?lián)Q代或?qū)嵱没?，?gòu)建依托無人系統(tǒng)的全域作戰(zhàn)能力，形成針對中、俄的新軍事優(yōu)勢［6］。2016 年3 月，俄國防部通過的“2025年前發(fā)展軍事科學(xué)綜合體構(gòu)想”，強調(diào)智能武器將成為未來戰(zhàn)場的關(guān)鍵因素，將在短期內(nèi)重點發(fā)展陸上、海上機(jī)器人裝備，以擴(kuò)大態(tài)勢感知范圍［7］。2017年俄羅斯正在制定《2018—2025 年武器裝備計劃》，據(jù)領(lǐng)導(dǎo)層透露及相關(guān)軍事專家分析，新版武器裝備計劃將重點發(fā)展智能機(jī)器人系統(tǒng)［8］。在敘利亞戰(zhàn)場，俄軍投入使用了“天王星-9”、“昆加思”、“平臺-M”等多種型號的無人戰(zhàn)車和無人化火力打擊裝備，并取得了不凡的戰(zhàn)績［3］。

2017 年7 月8 日，我國正式印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，明確了我國新一代智能發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)：到2020 年，人工智能總體技術(shù)和應(yīng)用與世界先進(jìn)水平同步，人工智能產(chǎn)業(yè)成為新的重要經(jīng)濟(jì)增長點，人工智能技術(shù)應(yīng)用成為改善民生的新途徑；到2025 年，人工智能基礎(chǔ)理論實現(xiàn)重大突破，部分技術(shù)與應(yīng)用達(dá)到世界領(lǐng)先水平，人工智能成為我國產(chǎn)業(yè)升級和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的主要動力，智能社會建設(shè)取得積極進(jìn)展；到2030 年，人工智能理論、技術(shù)與應(yīng)用總體達(dá)到世界先進(jìn)水平，成為世界主要人工智能創(chuàng)新中心［4］。目前，已經(jīng)啟動并完成了“某型無人戰(zhàn)車”、“防空某型無人車”、“火力某型無人車”、“無人值守類火炮”等火力打擊裝備無人化的論證和研制。

2 火力打擊裝備智能化無人化方案設(shè)計

2.1 火力打擊裝備智能化無人化需求分析

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，特別是火力控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能技術(shù)等進(jìn)步，智能化無人化裝備得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測，高度智能化的全自主武器系統(tǒng)將在未來10 年～20 年成體系化投入實戰(zhàn)?；鹆Υ驌粞b備作為作戰(zhàn)對抗雙方的主要釋能單元，發(fā)展目標(biāo)為以智能主導(dǎo)信息火力融合，主導(dǎo)信息火力打擊，充分發(fā)揮多平臺跨域非對稱的精確打擊威力，最大限度地精準(zhǔn)釋放智能化打擊威力，對作戰(zhàn)對手聯(lián)合作戰(zhàn)體系中的重要目標(biāo)或關(guān)鍵性薄弱環(huán)節(jié)實施精準(zhǔn)毀傷，在大幅提升打擊效能的同時，減少人員的附帶損傷，以最低代價獲得最佳的聯(lián)合作戰(zhàn)效果。從目前OODA 理論作戰(zhàn)循環(huán)出發(fā)，對地火力打擊裝備智能化無人化的技術(shù)發(fā)展需求為：感知多源化、決策智能化、控制自主化、作戰(zhàn)協(xié)同化等。

1）感知多源化：通過光電、雷達(dá)等多頻譜多通道的探測手段，對戰(zhàn)場環(huán)境和敵方目標(biāo)持續(xù)進(jìn)行搜索探測，并進(jìn)行特征提取和樣本積累，經(jīng)過充分的學(xué)習(xí)、處理、分析，完成對敵方目標(biāo)的測量、跟蹤、識別，以支持作戰(zhàn)決策。

2）決策智能化：在感知、認(rèn)知以及數(shù)據(jù)融合與挖掘的基礎(chǔ)上，將作戰(zhàn)任務(wù)決策從依靠預(yù)先規(guī)劃任務(wù)序列作戰(zhàn)轉(zhuǎn)變?yōu)榛趯崟r戰(zhàn)場態(tài)勢感知數(shù)據(jù)結(jié)果，結(jié)合經(jīng)驗知識與作戰(zhàn)使命驅(qū)動引導(dǎo)下的動態(tài)智能決策。

3）控制自主化：基于戰(zhàn)場環(huán)境特征信息，進(jìn)行多種導(dǎo)航模式的智能配置和火控系統(tǒng)自動精確瞄準(zhǔn)發(fā)射控制，根據(jù)決策或自身狀態(tài)的變化，實現(xiàn)自動駕駛控制和平臺火力控制的優(yōu)化調(diào)整，以及故障條件下控制策略的自診斷和自修復(fù)等。

4）作戰(zhàn)協(xié)同化：以單個的智能化無人化火力打擊平臺為基礎(chǔ)，建立基于多智能體行為特征和交互方式的多平臺協(xié)同技術(shù)體系，通過多平臺之間的通信、動態(tài)自適應(yīng)組網(wǎng)、多平臺間的信息融合及任務(wù)分配，實現(xiàn)分散的平臺在時間、空間、功能上的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，具有體系開放、彈性互聯(lián)、動態(tài)重構(gòu)、自組織協(xié)同、集群認(rèn)知等能力。

2.2 典型智能化無人化裝備系統(tǒng)組成及主要指標(biāo)

典型的智能化無人化火力打擊裝備，主要由通信網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)、智能人機(jī)交互分系統(tǒng)、無人駕駛分系統(tǒng)、偵察感知分系統(tǒng)、指揮控制分系統(tǒng)和火力打擊分系統(tǒng)共6 個分系統(tǒng)組成。典型的智能化無人化火力打擊裝備應(yīng)具備的指標(biāo)如下：

1）具備戰(zhàn)場多元感知手段，裝備按功能完全解耦并服務(wù)化，形成陸、海、空、天全域的立體化目標(biāo)探測網(wǎng)。

2）通信系統(tǒng)具備小衛(wèi)星、區(qū)域?qū)拵?、認(rèn)知無線、量子通信等多通道冗余備份通信能力，支持裝備、設(shè)備等服務(wù)提供者隨遇接入，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)按需組織，通信高帶寬、低時延、高可靠，具有極高的保密性。

3）配備較為成熟的無人駕駛系統(tǒng)，支持L5 級別的自動駕駛，具備三維化高精度地圖，采用半球諧振陀螺慣導(dǎo)，支持脫離北斗的情況下，長時間自主慣性導(dǎo)航。

4）支持腦機(jī)接口控制等智能控制方式，可以對指揮人員微表情監(jiān)控，能夠識別作戰(zhàn)人員的操作異常和風(fēng)險，并給予及時提醒和糾正。

5）支持目標(biāo)特征在線訓(xùn)練學(xué)習(xí)，實時更新智能算法，作戰(zhàn)任務(wù)動態(tài)規(guī)劃、決策過程能夠融入更多人類的價值判斷，集群作戰(zhàn)任務(wù)更加豐富多樣，集群協(xié)同控制更加智能精準(zhǔn)。

6）能夠適配更加智能的彈藥、火力結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，利用精細(xì)化氣象參數(shù)確保彈道計算更加智能精準(zhǔn)，引信更加智能。

7）裝備具有更高級的平臺故障預(yù)診斷、故障定位和故障隔離功能，后裝保障精準(zhǔn)，任務(wù)執(zhí)行可靠度高。

2.3 典型智能化無人化裝備總體架構(gòu)

智能化無人化火力打擊裝備的各個分系統(tǒng)在指揮控制分系統(tǒng)的高層控制協(xié)調(diào)下進(jìn)行有序工作。其中，指揮控制分系統(tǒng)作為智能化無人化火力打擊裝備的控制核心，是整個裝備體系的“大腦”，偵察感知分系統(tǒng)、火力打擊分系統(tǒng)、無人駕駛分系統(tǒng)，以及智能人機(jī)交互分系統(tǒng)作為作戰(zhàn)各個功能域的控制“專腦”，構(gòu)成了1 個“大腦”與4 個“專腦”協(xié)同工作的架構(gòu)，如圖1 所示。

圖1 典型的智能化無人化火力打擊裝備架構(gòu)Fig.1 Architecture of typical intelligent and unmanned fire strike equipment

通信網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)作為各個分系統(tǒng)之間的信息傳輸通聯(lián)手段進(jìn)行信息交互。智能人機(jī)交互系統(tǒng)主要通過接收作戰(zhàn)人員發(fā)出的指令，例如作戰(zhàn)人員通過語音或手勢等方式，進(jìn)行相應(yīng)的操作，并將操作指令發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中，并且可以對作戰(zhàn)人員的微表情實施監(jiān)控，對于作戰(zhàn)人員疲勞作出必要的提示和相應(yīng)措施。無人駕駛分系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)接收到相應(yīng)的指令后，實現(xiàn)對裝備的北斗定位、智能導(dǎo)航、機(jī)動控制以及根據(jù)實際路況對導(dǎo)航地圖作出實時修正。偵察感知分系統(tǒng)具備目標(biāo)識別和戰(zhàn)場環(huán)境的識別功能，能夠快速識別并鎖定目標(biāo)，偵測到周圍戰(zhàn)場環(huán)境的變化和威脅。指揮控制分系統(tǒng)接收到偵察感知分系統(tǒng)探測到的戰(zhàn)場環(huán)境信息后，能夠?qū)崿F(xiàn)戰(zhàn)場模塊化編組、臨機(jī)決策、任務(wù)規(guī)劃、目標(biāo)判斷、火力分配以及打擊效果評估等功能，同時指揮控制分系統(tǒng)具備裝備自身狀態(tài)的監(jiān)測和控制等功能，可以對裝備進(jìn)行故障診斷和故障隔離，實現(xiàn)裝備全生命周期的健康監(jiān)測?；鹆Υ驌舴窒到y(tǒng)在接收到指揮控制分系統(tǒng)的相應(yīng)指令后，可實現(xiàn)對自動裝填、自動操瞄、彈道解算、初速預(yù)測以及引信智能裝定等功能，能夠?qū)刹斓降哪繕?biāo)實現(xiàn)快速打擊。

2.3.1 偵察感知分系統(tǒng)方案

偵察感知分系統(tǒng)要能夠感知敵方位置信息、圖像信息、氣象信息、自身位置及姿態(tài)信息。因此，分系統(tǒng)典型組成應(yīng)具有雷達(dá)、紅外/黑白等光學(xué)設(shè)備、激光測距儀、氣象傳感器、陀螺以及圖像識別及處理模塊，對外界及自身信息進(jìn)行感知和對信息的融合處理。

隨著探測手段的增加，通過對各類偵察感知手段的智能組網(wǎng)，全方位和多維度捕獲戰(zhàn)場態(tài)勢信息，并進(jìn)行戰(zhàn)場態(tài)勢信息融合處理，從對戰(zhàn)場目標(biāo)狀態(tài)的分析預(yù)測，逐步向戰(zhàn)場局勢優(yōu)劣研判和態(tài)勢可能演變趨勢預(yù)判等“勢”的分析上深化，從而獲取快、全、準(zhǔn)和深的戰(zhàn)場態(tài)勢認(rèn)知結(jié)果。就目前發(fā)展階段，對于目標(biāo)的識別是偵察感知分系統(tǒng)的首要任務(wù)。偵察感知分系統(tǒng)對于目標(biāo)識別的功能主要是通過搜索跟蹤設(shè)備、觀瞄組件、雷達(dá)來采集周圍戰(zhàn)場環(huán)境信息，比如用可見光、熱像儀與激光測距機(jī)進(jìn)行單目標(biāo)及集群目標(biāo)進(jìn)行智能化搜索、監(jiān)視與跟蹤。搜索跟蹤設(shè)備將采集到的戰(zhàn)場信息傳到信息處理設(shè)備，開展目標(biāo)識別、行為識別以及目標(biāo)關(guān)聯(lián)檢測等智能化感知處理，形成戰(zhàn)場敵我雙方的態(tài)勢。同時，在獲取目標(biāo)相關(guān)信息以后，火力打擊裝備自身的相關(guān)信息也需要及時被獲取。偵察感知分系統(tǒng)能夠通過氣象傳感器獲取敵方及己方的氣象信息，最后對感知到的外界及自身信息進(jìn)行融合處理，結(jié)合基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)檢測識別算法，進(jìn)行目標(biāo)的具體識別，一般的識別流程如圖2 所示。

圖2 基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)檢測識別流程圖Fig.2 Target detection and recognition flowchart based on convolutional neural network

火力打擊裝備的偵察感知分系統(tǒng)的感知內(nèi)容主要分為敵方目標(biāo)感知、戰(zhàn)場環(huán)境感知和毀傷效果感知3 個方面。其中敵方目標(biāo)感知主要是針對敵方陣地、敵防御工事、敵方坦克火炮裝備、敵方有生力量、敵方道路橋梁等關(guān)鍵設(shè)施實施探測偵察；戰(zhàn)場環(huán)境感知主要是敵我進(jìn)行識別以及敵我力量分別情況進(jìn)行感知；毀傷效果感知主要是通過對打擊之后的敵方目標(biāo)進(jìn)行圖像采集，通過智能算法分析，得出是否達(dá)到既定的打擊效果等結(jié)論以及作出是否進(jìn)行二次打擊等決策。

2.3.2 指揮控制分系統(tǒng)方案

指揮控制分系統(tǒng)主要完成作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃、作戰(zhàn)決策、作戰(zhàn)編組、目標(biāo)判斷、火力分配，以及裝備狀態(tài)監(jiān)測等功能。其中，任務(wù)和決策的優(yōu)化為指揮控制分系統(tǒng)的核心，目前的指揮控制系統(tǒng)采用的任務(wù)分配方法基本以目標(biāo)優(yōu)化為目的，結(jié)果取決于建模使用的目標(biāo)函數(shù)及約束條件，但實際作戰(zhàn)過程中指揮員進(jìn)行火力分配還需要考慮戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法的影響，結(jié)合作戰(zhàn)經(jīng)驗進(jìn)行決策，構(gòu)建基于“經(jīng)驗知識”的智能指揮控制決策技術(shù)，通過對經(jīng)驗進(jìn)行表征，結(jié)合傳統(tǒng)的目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)，實現(xiàn)智能化指揮控制。

指揮控制分系統(tǒng)是智能化無人化火力控制和作戰(zhàn)行動的控制核心，需能夠支持多層級、多平臺、多彈種的協(xié)同火力打擊方案的生成。以動態(tài)的復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下各種作戰(zhàn)單元的多維作戰(zhàn)資源快速調(diào)度作為支撐，根據(jù)目標(biāo)智能分析與快速匹配的結(jié)果完成全流程火力打擊控制方案，并對規(guī)劃的火力方案進(jìn)行監(jiān)控，依據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢感知、任務(wù)執(zhí)行情況監(jiān)控結(jié)果快速調(diào)整火力方案，將火力方案涉及的作戰(zhàn)資源及行動過程用可視化的方式進(jìn)行展現(xiàn)，便于用戶查看，指揮控制分系統(tǒng)方案如下頁圖3 所示。

圖3 基于機(jī)器學(xué)習(xí)的指揮控制分系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure of command and control subsystem scheme based on machine learning

2.3.3 通信網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)方案

智能化無人化對地火力打擊裝備遵循新一代全軍統(tǒng)一的軟件無線電產(chǎn)品技術(shù)體制和研發(fā)通用波形（寬帶組網(wǎng)波形、接入波形、通用數(shù)據(jù)鏈波形），按照統(tǒng)一的軟件無線電架構(gòu)波形標(biāo)準(zhǔn)，基于終端節(jié)點、通信節(jié)點、5G、衛(wèi)星為主的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，構(gòu)建天空地一體智能化無人化火力打擊裝備的通信網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)，以滿足復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下的智能化無人化火力打擊裝備網(wǎng)絡(luò)組織、通信覆蓋、系統(tǒng)容量等要求，提升網(wǎng)絡(luò)傳輸性能和隨遇接入能力，保證網(wǎng)絡(luò)抗毀性，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖4 所示。隨著裝備信息化智能化程度提高，導(dǎo)致實際戰(zhàn)場環(huán)境充斥著大量電子設(shè)備，不僅數(shù)量繁多、種類多樣且功率有大有小，使得戰(zhàn)場通信環(huán)境極其惡劣。另外，敵方還會故意干擾電磁通信頻譜，這會對無線通信造成較大的影響。在智能化無人化火力打擊裝備通信網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)中，通過采用認(rèn)知無線電技術(shù)，在通信過程中通過對電磁頻譜實時感知，對采用的電磁頻譜和通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳粩嘀悄軆?yōu)化，確保通信網(wǎng)絡(luò)鏈路實時可靠。

圖4 天空地一體智能化無人化火力打擊裝備的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖Fig.4 Sketch map of communication network architecture of integrated groud-air-space intelligent and unmanned fire strike equipment

2.3.4 火力打擊分系統(tǒng)方案

火力打擊分系統(tǒng)根據(jù)指揮控制分系統(tǒng)的指揮指令，完成發(fā)射陣地轉(zhuǎn)移、發(fā)射架起豎、點火發(fā)射、發(fā)射架回收、陣地轉(zhuǎn)移等流程控制。在發(fā)射前能夠根據(jù)指揮控制系統(tǒng)提供的目標(biāo)信息，進(jìn)行特定目標(biāo)殺傷概率計算，得出不同條件下導(dǎo)彈垂直平面發(fā)射區(qū)的等殺傷概率曲線族，得出發(fā)射區(qū)內(nèi)導(dǎo)彈對目標(biāo)殺傷概率的分布規(guī)律，確定出智能化彈藥對目標(biāo)殺傷概率最大的空域，從而確定最佳的發(fā)射時機(jī)。另外，火力打擊分系統(tǒng)的健康狀況是智能化彈藥能夠發(fā)射成功的重要一環(huán)?；鹆Υ驌舴窒到y(tǒng)通過部署多類型、多測量點、多個傳感器裝置，對火力打擊分系統(tǒng)的實時狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)智能診斷模型、健康狀態(tài)評估模型等，綜合利用基于模糊理論的信息融合方法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能故障診斷方法，實現(xiàn)對火力打擊分系統(tǒng)的健康狀態(tài)評估、故障診斷和定位以及火力打擊分系統(tǒng)的輔助維修。另外，由于發(fā)射架在每次發(fā)射起豎過程中會產(chǎn)生一定的微小形變，會引起射角度的偏差，影響打擊精度。要保證智能化彈藥的發(fā)射精度，采用接觸式和非接觸式測量的手段，對發(fā)射架形變量進(jìn)行測量，同時對該形變引起的偏差采取適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化控制校正措施，有效減小發(fā)射引起的角度誤差，從而提高智能化彈藥的打擊精度。

2.3.5 無人駕駛分系統(tǒng)方案

無人駕駛分系統(tǒng)主要完成外界駕駛環(huán)境的感知進(jìn)行信息融合完成無人駕駛，主要包括北斗定位、智能導(dǎo)航、機(jī)動控制以及地圖修正等功能，包括自動駕駛雷達(dá)、自動駕駛攝像頭、線控車輛底盤、車電系統(tǒng)、北斗一體機(jī)、慣導(dǎo)等設(shè)備組件。隨著火力打擊裝備底盤上傳感器、導(dǎo)航模塊、信息處理芯片等相關(guān)設(shè)備的完善和成熟，火力打擊裝備通過攝像頭、激光雷達(dá)等各種傳感器來采集道路環(huán)境信息，并利用慣性測量單元、北斗定位導(dǎo)航系統(tǒng)等導(dǎo)航傳感設(shè)備完成車輛的位姿推算，最后通過中央處理器將各個傳感器信息進(jìn)行匯總，并結(jié)合車輛自身運行狀態(tài)作出相應(yīng)的駕駛動作，實現(xiàn)車輛機(jī)動控制。智能化無人化火力打擊裝備無人駕駛功能大致包含以下幾個方面：1）根據(jù)下達(dá)的任務(wù)，能夠自主行駛到達(dá)預(yù)定作戰(zhàn)陣地；2）獲取偵察感知分系統(tǒng)感知信息，根據(jù)指揮控制分系統(tǒng)的指令進(jìn)行機(jī)動；3）實現(xiàn)自主定位與導(dǎo)航、自主避障，根據(jù)地形自動切換駕駛模式；4）對于緊急情況，能緊急停車、返回等處理，確保人裝安全。根據(jù)上述需求，智能化無人化火力打擊裝備的無人駕駛系統(tǒng)，主要由感知子系統(tǒng)、行駛決策子系統(tǒng)、底盤控制子系統(tǒng)、區(qū)域服務(wù)云支撐4 部分構(gòu)成，如圖5 所示。

圖5 無人駕駛分系統(tǒng)方案Fig.5 Unmanned driving subsystem scheme

其中，感知系統(tǒng)包雷達(dá)、北斗、紅外傳感器、慣性導(dǎo)航裝置、高清攝像機(jī)等各類傳感器，并對外界環(huán)境進(jìn)行識別感知，建立起周圍環(huán)境的3D 模型。行駛決策系統(tǒng)是無人駕駛系統(tǒng)的大腦，其目標(biāo)是在存在障礙物的復(fù)雜環(huán)境中，為智能化無人化火力打擊平臺尋找一條最佳路徑。利用周圍環(huán)境建模結(jié)果，并結(jié)合實時從云端獲取高精度地圖信息，實時地規(guī)劃行駛路徑并進(jìn)行智能導(dǎo)航，實現(xiàn)實拍街景和高精度地圖相結(jié)合的智能化導(dǎo)航，根據(jù)探測到的路徑信息，完成對地圖數(shù)據(jù)的反向?qū)崟r修正，在行進(jìn)過程中也可根據(jù)攝像頭和雷達(dá)探測到的典型目標(biāo)，開展目標(biāo)裝備、人員的行為預(yù)測判斷以及自動避障；區(qū)域云服務(wù)支撐部分則提供了數(shù)據(jù)的管理和存儲功能，并完成地圖繪制以及模型的訓(xùn)練；底盤控制系統(tǒng)主要通過決策發(fā)送的指令來完成相應(yīng)的駕駛行為控制，主要包括車輛轉(zhuǎn)向、制動、油門、檔位以及燈光的控制。

2.3.6 智能人機(jī)交互分系統(tǒng)方案

智能化無人化對地火力打擊裝備具備遠(yuǎn)程多通道人機(jī)交互功能，能夠通過采集語音、眼動、頭動、手勢、微表情等多種人機(jī)交互方式操控火力打擊裝備。智能人機(jī)交互分系統(tǒng)整體框架示意圖如下頁圖6 所示。

圖6 智能人機(jī)交互分系統(tǒng)多通道交互框架Fig.6 Multi-channel interaction framework of intelligent human-machine interaction subsystem

對多通道的輸入信息，智能人機(jī)交互分系統(tǒng)可以對語音、自然語言、手勢、眼動等多通道數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，使操作人員可以結(jié)合自身的操作習(xí)慣和任務(wù)情況，通過手、嘴和眼的配合，自由選擇一種或多種交互方式與操作系統(tǒng)交互，具有更自然和更高效的特點，并且具有良好的可擴(kuò)展性。

3 結(jié)論

國外無人化智能化火力打擊裝備已經(jīng)有很多類型的產(chǎn)品、部分已列裝部隊或參加了實戰(zhàn)，而我國目前的火力打擊裝備智能化無人化研究還主要集中在少數(shù)輕型直瞄裝備上。本文從火力打擊裝備智能化無人化角度，探索了總體方案設(shè)計及其偵察感知分系統(tǒng)、指揮控制分系統(tǒng)、通信分系統(tǒng)、火力打擊分系統(tǒng)等分系統(tǒng)方案設(shè)計，對于火力打擊裝備智能化無人化技術(shù)發(fā)展具有一定的參考意義。