无人机自主性评估与指标

邹昌昊　李恰然　余冠锋

摘要：随着科学技术的发展，无人机在国防軍事领域的应用越来越广。目前无人机主要通过飞行员远程操控、预编程控制为主，需要进一步提升无人机的自主性，使之能够更好的应对复杂的战场环境。本文首先分析了无人机系统自主性评估意义，根据ACL无人机自主控制等级，结合OODA环详细描述了自主性评估指标，对未来无人机系统的研制开发具有一定的参考意义。

关键字：无人机自主性ACL等级指标

引言

无人机在现代战争和国家安全领域中，以其低廉的成本、极强的灵活性能够很好地执行情报侦察、战场监视、目标追踪、电子对抗以及精确打击等复杂任务，成为国防军事领域中不可或缺的力量。无人机最初的发展可以追溯到一战时期，主要以靶机的形式用于防空训练。八十年代末期无人机被用于军事侦察，在越战期间美国首次使用无人机用于侦查重要目标，大大降低了士兵的伤亡率。随着阿富汗战争、伊拉克战争的进行和战后形式的发展，无人机在现代战争中的影响越来越大，已成为新军事变革的重要体现。

目前无人机主要通过飞行员远程操控、预编程控制为主，这种控制方式无法应对复杂未知的战场环境.无人机需要具备很高的自主性才能更好的完成任务。随着人工智能和机器学习技术的发展，自主性的程度也在不断地提高。研制具有更自主性的无人机系统是无人机未来发展的必然趋势，探索无人机系统的自主性评估方法对于未来无人机的设计和研制具有重要价值。

1无人机系统自主性评估意义

2016年美国国防部公开发表了无人系统集成路线图UnmannedSystem Integrated Roadmap 2017-2042。该路线图提出了自主性的最新概念，即自主性是一个实体基于该实体对外部环境、内在自身和当前状况的知识和理解，在不同的行动方案中独立发展和选择以实现任务的能力。其评估意义可以概括为以下两点：

（1）自主性评估是进行无人机系统发展规划的必要环节。通过科学地量化无人机系统的自主控制水平，结合已有或在研无人机的发展现状，可以制定出无人机系统自主性由低至高的发展战略，为后续系统研制工作奠定了基础。

（2）自主性评估可以对在研无人机性能进行评估，衡量其性能是否达到设计标准。通过建立无人机自主评估体系，可以定性定量地评估无人机在多方面的系统性能从而更加准确地分析出无人机系统设计的短板，使设计人员更加有方向地对整个无人机系统性能进行提升。

2无人机系统自主控制等级划分

2000年美国提出了自主作战AO（Autonomous Operations），它是由美国海军研究办公室ONR和美国空军研究实验室AFRL率先提出推广的。为了深入研究无人机的自主作战能力，AFRL定义了自主控制等级（Autonomous Control Level，ACL）作为衡量无人机在自主程度的标准。

为了指导和规划美国无人机发展，美国国防部于2000年公开发表了Unmanned Aerial Vehicles Roadmap 2000-2025，即无人机路线图;于2002年对无人机路线图进行修订后发表了Unmanned AerialVehicles Roadmap 2002-2027;随后在2005年发表了无人机系统路线图Unmanned Aircraft System Roadmap 2002-2027;这三个版本的路线图均采用ACL标准对当时有代表性的、在研的和未来规划的美国无人机进行了较明确的定义。具体如图l所示。

根据美军定义的ACL标准，自主性分为十个等级。第1 4级主要针对的是单机自主能力，目前技术上基本已经实现。处于第1 2级的先锋无人侦察机和捕食者无人侦察机在战争期间主要用于占地实况视频转发，引导火炮、评估打击效果、作战部署能功能。处于第2 3级的全球鹰、影子、多用途无人机还可以进行战斗支援、精确打击等复杂任务;第5-10级主要针对机群自主能力，目前技术上处于在研和理论研究状态。

3无人机自主性评估指标

ACL自主控制等级是通过无人机可实现的功能进行划分的，然而无人机的自主性涉及多个方面，仅通过单一功能的描述无法准确评估整个无人机自主性等级。因此，通过结合OODA环对ACL分级进行细化描述，从观察、判断、决策和行动四个方面可以有效地评估无人机的感知能力、分析能力、决策能力和协同能力。详细指标如表l所示：

4结束语

自主性是无人机系统最重要的一项技术特征，提升无人机系统的自主性有可能彻底改变未来的作战概念，极大地提高无人系统的效率和效益，因此自主性的发展是无人机未来发展的主要方向。本文对自主性相关的基本概念及评估意义进行辨析，归纳和论述了无人机自主控制等级划分的方法和评估指标，对今后无人机自主研制和设计开发具有一定的借鉴意义。

参考文献

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[6]Bruce T. Clough， Metrics， Schmetrics！ How The Heck Do YouDetermine A UAV's Autonomy Anyway？[A]. Proceeciings of thePerformance Metrics for Intelligent Systems Workshop[C]， Gaitherburg，Maryland， 2002.