無人機(jī)自主作戰(zhàn)關(guān)鍵技術(shù)淺析

隨著自主控制技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機(jī)從完全由地面人員操控發(fā)展到操控員在地面控制站預(yù)先規(guī)劃航線、實(shí)時(shí)調(diào)整任務(wù)的半自主控制，目前正在向全自主控制發(fā)展。無人機(jī)任務(wù)域正在不斷擴(kuò)大，已從空中偵察監(jiān)視、預(yù)警、戰(zhàn)場毀傷評估、通信中繼等作戰(zhàn)支援任務(wù)，逐漸拓展到敵軍防空系統(tǒng)壓制、空對海作戰(zhàn)、空對陸作戰(zhàn)甚至空對空作戰(zhàn)等任務(wù)。

無人機(jī)自主作戰(zhàn)關(guān)鍵技術(shù)

無人機(jī)自主作戰(zhàn)關(guān)鍵技術(shù)包括：自主態(tài)勢感知、自主任務(wù)規(guī)劃、多機(jī)協(xié)同、人機(jī)交互等技術(shù)。

自主態(tài)勢感知技術(shù)

自主態(tài)勢感知技術(shù)是無人機(jī)實(shí)現(xiàn)自主作戰(zhàn)的基礎(chǔ)。無人機(jī)機(jī)載傳感器能夠自主完成戰(zhàn)場環(huán)境建模、環(huán)境特征提取、目標(biāo)識別、態(tài)勢評估等任務(wù)。自主態(tài)勢感知技術(shù)利用有限的感知信息來推斷環(huán)境狀況，并評估環(huán)境中其他行動者的意圖。

自主任務(wù)規(guī)劃技術(shù)

任務(wù)、效能是無人機(jī)自主作戰(zhàn)的核心要素。除了具備自主態(tài)勢感知能力外，無人機(jī)還需具備自主任務(wù)規(guī)劃與自主決策能力。自主任務(wù)規(guī)劃技術(shù)具有靈活的自主性和較強(qiáng)的魯棒性，確保無人機(jī)根據(jù)復(fù)雜多變的環(huán)境靈活規(guī)劃任務(wù)，做出適應(yīng)任務(wù)場景的決策。

多機(jī)協(xié)同技術(shù)

無人機(jī)自主作戰(zhàn)，除了單機(jī)行動外，多架無人機(jī)應(yīng)組成編隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)。多架無人機(jī)之間協(xié)同、無人機(jī)與有人機(jī)之間協(xié)同可以分別實(shí)現(xiàn)多機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)、有人-無人協(xié)同作戰(zhàn)。當(dāng)前，多機(jī)自主協(xié)同作戰(zhàn)面臨的挑戰(zhàn)是：分散式?jīng)Q策（Decentralized decisions）、分布式感知（Distributed sensing）、不確定性管理（Uncertainty management）、信息不完全（Partial information）帶來的協(xié)同管理、決策與控制難題。

隨著未來網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同作戰(zhàn)模式的運(yùn)用以及無人機(jī)自主性等級的不斷提高，技術(shù)人員需要研究以最小信息流為基礎(chǔ)的分散式編隊(duì)協(xié)同控制律。因?yàn)?，最小信息流可以?shí)現(xiàn)可靠性、隱蔽性要求與信息共享所帶來的性能增強(qiáng)要求之間的平衡。

人機(jī)交互技術(shù)

無人機(jī)系統(tǒng)的典型特征是平臺無人、系統(tǒng)有人。自主型學(xué)習(xí)能夠根據(jù)對象、環(huán)境、任務(wù)及控制效果，修正、優(yōu)化無人機(jī)決策與控制。隨著無人機(jī)智能化水平的提高，具有自主作戰(zhàn)能力的無人機(jī)將與有人機(jī)協(xié)同完成作戰(zhàn)任務(wù)，其人機(jī)交互與學(xué)習(xí)適應(yīng)能力將逐漸實(shí)現(xiàn)無人機(jī)與有人機(jī)之間的高效協(xié)同。

無人機(jī)現(xiàn)有自主作戰(zhàn)能力分析

依據(jù)美國國防部發(fā)布的《2017～2042無人系統(tǒng)綜合路線圖》提出的自主性等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，第3級自主性為飛行狀態(tài)自適應(yīng)，第4級自主性為航線在線重規(guī)劃。當(dāng)前，國內(nèi)外現(xiàn)役無人機(jī)采用遙控飛行、預(yù)編程半自主飛行，其自主性等級僅為第3級或第4級。自主態(tài)勢感知、自主決策、集群協(xié)同作戰(zhàn)、有人機(jī)/無人機(jī)自主協(xié)同作戰(zhàn)尚未達(dá)到實(shí)際應(yīng)用水平。

總體上看，目前大部分無人機(jī)還是自動系統(tǒng)，而非自主系統(tǒng)。自動系統(tǒng)按照預(yù)設(shè)程序飛行，按照預(yù)設(shè)航線執(zhí)行任務(wù)，自動對外部干擾引起的控制偏差進(jìn)行補(bǔ)償，而不能根據(jù)一些給定目標(biāo)自主規(guī)劃航線，或者自主選擇目標(biāo)來規(guī)劃任務(wù)。因此，無人機(jī)目前還不能應(yīng)對復(fù)雜多變的軍事作戰(zhàn)環(huán)境。

無人機(jī)融入?yún)f(xié)同作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)的需求

面對日趨復(fù)雜的現(xiàn)代?？諔?zhàn)場環(huán)境，單架無人機(jī)已無法完成多樣化作戰(zhàn)任務(wù)。但是，不同用途的無人機(jī)組成編隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)，可以大大提升作戰(zhàn)能力。在多機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)體系中，指揮控制系統(tǒng)是最為關(guān)鍵的部分，也是充分體現(xiàn)人工智能優(yōu)勢的系統(tǒng)，對提高多機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)能力具有重大意義。特別是在網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)背景下，所有參戰(zhàn)單元融入?yún)f(xié)同作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)作戰(zhàn)態(tài)勢信息，指揮控制系統(tǒng)快速有效地做出決策，確保參戰(zhàn)單元迅速展開作戰(zhàn)行動。

美國國防部指出，未來無人機(jī)應(yīng)具有協(xié)同作戰(zhàn)能力，實(shí)現(xiàn)多架無人機(jī)之間、無人機(jī)與有人機(jī)之間的協(xié)同作戰(zhàn)。未來，無人機(jī)融入?yún)f(xié)同作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)，成為重要的作戰(zhàn)裝備。同時(shí)，美軍網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)強(qiáng)調(diào)，全球信息網(wǎng)絡(luò)將分散配置的作戰(zhàn)單元集成于協(xié)同作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)。各種作戰(zhàn)單元之間實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場態(tài)勢感知、信息共享，最大限度地把信息優(yōu)勢轉(zhuǎn)變?yōu)闆Q策優(yōu)勢、行動優(yōu)勢。

在網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)中，無人機(jī)為滿足協(xié)同作戰(zhàn)任務(wù)、快速靈活編組等需求，其指揮控制體制結(jié)構(gòu)不再是傳統(tǒng)的自上而下的樹狀結(jié)構(gòu)，而是能體現(xiàn)單元與單元協(xié)同作戰(zhàn)特點(diǎn)的扁平化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。同時(shí)，扁平化指揮控制體制通過協(xié)同作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)，將無人機(jī)部分控制權(quán)限交給一線作戰(zhàn)人員，一線作戰(zhàn)人員直接操控?zé)o人機(jī)與其他系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)，讓最了解戰(zhàn)場態(tài)勢的人員指揮無人機(jī)作戰(zhàn)，極大提高無人機(jī)系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能。

因此，傳統(tǒng)無人機(jī)指揮控制體制將發(fā)生變化。無人機(jī)編隊(duì)指揮控制可分為飛行指揮控制（Flight Command and Control，F(xiàn)CC）和任務(wù)指揮控制（Mission Command and Control，MCC）。目前，技術(shù)人員開展了編隊(duì)自動保持隊(duì)形飛行、編隊(duì)自主避障飛行等大量無人機(jī)編隊(duì)自動飛行控制技術(shù)研究，而任務(wù)指揮控制研究相對較少。

美國海軍開發(fā)了一種“戰(zhàn)術(shù)控制系統(tǒng)”，作為標(biāo)準(zhǔn)無人機(jī)指揮控制系統(tǒng)，以應(yīng)對日益復(fù)雜的多無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)指揮控制任務(wù)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，“戰(zhàn)術(shù)控制系統(tǒng)”需要自動完成實(shí)時(shí)任務(wù)規(guī)劃，允許一位操控員同時(shí)控制多架無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)。

然而，現(xiàn)有無人機(jī)指揮控制系統(tǒng)的能力不能滿足多無人機(jī)自主協(xié)同作戰(zhàn)需求，主要體現(xiàn)在：一是現(xiàn)有無人機(jī)指揮控制系統(tǒng)收集、傳輸，處理信息的能力較低；二是無人機(jī)機(jī)載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算能力弱，決策支持能力不強(qiáng)。因此，軍方需要研究更先進(jìn)的智能決策和自主控制技術(shù)，以提高無人機(jī)指揮控制能力。

結(jié)束語

未來，自主作戰(zhàn)型無人機(jī)利用智能化水平高、協(xié)同作戰(zhàn)能力強(qiáng)的突出優(yōu)勢，將前出打擊對方水面艦艇、雷達(dá)、機(jī)場等重要目標(biāo)，或是消耗敵方空中作戰(zhàn)力量。無人機(jī)自主作戰(zhàn)技術(shù)是面向目標(biāo)、任務(wù)的自我控制技術(shù)。通過自主感知、自主決策、自主執(zhí)行，無人機(jī)實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)目標(biāo)。無人機(jī)自主作戰(zhàn)可以不依賴外部控制，但是受規(guī)則和策略控制。在自主決策時(shí)，無人機(jī)應(yīng)能判斷哪些信息是重要信息，根據(jù)一系列規(guī)則和策略做決策。相較于按照預(yù)設(shè)程序運(yùn)行的自動系統(tǒng)，自主系統(tǒng)具有更高的智能水平。無人機(jī)自主能力提升后，一方面可以減小操控員工作強(qiáng)度，操控員可以同時(shí)控制多架無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)；另一方面，無人機(jī)可以有效管理機(jī)載傳感器，靈活應(yīng)對復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境，大大降低高帶寬通信需求，縮短作戰(zhàn)指揮控制時(shí)間。