无人机未来发展展望与面临的挑战

王小刚

随着技术的发展，人工智能技术和新算法在无人机开发上广泛应用，无人机未来发展呈现出新的发展趋势。本文分析梳理了无人机在飞行操控，任务控制，察打一体，编队集群和单兵保障等方面目前现状和未来发展方向，介绍了美国和以色列等国在上述领域技术和装备的发展。同时，指出了无人机在未来高强度战争中，特别是反介入和拒止环境下提高生存能力和作战效能的措施。

近年来，随着技术的飞速发展，特别是人工智能技术的应用，无人机越来越智能化和自主化，飞行操控上最大限度减少对人类技能的依赖，任务载荷能够更加智能地收集、处理数据并与其他传感器数据流融合，无人机编队和蜂群成为作战行动常态，人—机和机—机组合更为普遍。无人机察打一体，是打击时间敏感目标的利器，同时，无人机未来也将作为单兵的制式装备，提高单兵战场态势感知能力。

随着电子战能力的增强和广泛使用，无人机导航定位和通信能力将受到损害，为提高无人机在高强度战争中的生存能力和作战效能，特别是在反介入和拒止战场，大中型无人机将配备自主对抗系统，提高隱身性，提升防区外远程感知能力，降低成本，成为一种可消耗性武器，发挥智能和自主“空中盘旋武器”的作用。

无人机未来发展展望

最大限度减少对人类技能的依赖

虽然无人机不需要机上飞行员，但是，其飞行确实需要大量的人力控制和支持。远程飞行员和系统控制器在整个飞行过程中操控这些系统，如果进行长航时飞行，需要多名机组人员。在飞行间隙，保障人员为无人机下一次任务做好准备。与载人飞机一样，保障无人机的技能稀缺且复杂。为减轻负担，无人机系统开发人员引入了自主技术，减少对人类特定技能的需求，同时又不影响执行任务的安全性和有效性。事实上，如果充分实施自主性，这可能会提高任务成功率，因为可以消除与人类有关的灾祸。

无人机起飞和降落是任务中要求最高的阶段，造成许多事故和损失。作为自主无人机的先驱之一，以色列飞机工业有限公司马拉特分部通过引入自主起飞和降落，实现了这一过程的自动化。这项技术使“苍鹭”无人机能够自主执行命令，促成操控人员管理任务，而不是驾驶无人机。如今，这些功能得到扩展，以便在发生失联、飞行员错误或其他故障或者当操作员的控制受到损害时，实现自主控制，无人机将继续自主执行任务或自动选择降落地点，并飞到该点，安全着陆，整个过程无需与地面控制人员进行信息交流。

无人机在密集空域飞行能力特别重要，这里通常也是许多军用和民用有人和无人航空器飞行的空域。如今，这类飞行要求无人机飞行员根据飞行器提供的飞行数据和传感器读数形成态势感知。无人机完全自主性将为无人机引入更高级自主性，使无人机能够“理解”其周围空情，根据飞行规则做出反应，无论是否有人为控制。

实现平台完全自主控制呼唤来自商业市场的下一波转型浪潮。新的自主能力将成为未来航空的一部分，届时空中运输乘客和货物的自主航空器将变得普遍，并将受益军事用户。自主功能有助于减少操控每架无人机的人员，实现单个操作人员控制多架无人机。

第一代中空长航时无人机需要5名操控员（目前中国的中空长航时无人机仍以这种方式运行）。美国空军“捕食者”和“收割者”无人机使用的下一代地面控制站被称为“50批次”，该地面站专为单座操作设计，可由用户自行决定减少人力。利用完整的“手动节气门和操作杆”控制飞行、武器、有效载荷和传感器系统，通过共享作战图，同时还结合现代化多屏触摸灵敏设计，可以显示合成视频、3D图形和移动地图，机组人员的态势感知能力大大增强。

通用原子航空系统公司于2017年6月完成了新地面控制站的关键设计审查，其中包括对大约700个客户需求的审查，进一步支持自动化和功能性。“50批次”架构具有物理和功能完全分离的有效载荷，可以与无人机安全关键作战飞行计划分离，实现更快地集成、测试和部署新有效载荷和系统。

持续24x7时间的飞行任务需要整合新功能，实现由一个小组控制多架飞机，至少在往返飞行任务和在轨驻留期间。以色列艾尔比特系统公司能够提供此类功能，该公司的“赫尔姆斯”无人机使用最新版通用地面控制站，能够实现单个机组人员在值班期间同时监控多架飞机。其并行相同和冗余的操作控制台采用坚固的商业现货硬件和商业软件工具，可快速、轻松地进行任务规划、管理和控制。内置的数据开发和传播也支持“单个操控员”地面控制站功能。

高度复杂的控制并不局限于大型和昂贵的无人机地面控制站。战术层面的微型无人机也利用先进的自主技术，简化控制，使普通士兵能够操控。最初，地面控制部分采用各种自动化功能提高性能，支持“相机引导”功能和“移动到位”，即无人机飞行目的地和方向自动设置，将目标保持在传感器视野内。更先进的功能，如“护航模式”，指示无人机跟踪操作人员动向，自动在移动车辆前保持监控。这种模式使操作人员能够专注于任务，而不是操控无人机跟踪移动的车辆。其他功能，包括失联后“返回发射点”自动触发。

任务系统自动化

任务自主性与驾驶功能自动化同等重要。这些功能来自于任务载荷，它们能够更智能地收集、处理数据并将其与其他传感器数据流融合并存储在平台上。例如，持久广域监视能力，能够有助于军事和安全部队利用最少的干预力量，长时间监控大片地区。

无人机执行监视任务时，地毯式覆盖大片区域，为任务分析人员提供电子监视、雷达和图像的多光谱和高光谱传感器数据流。分析人员利用这些数据检测“特征”和“异常”，指明是否存在潜在目标。为保障这些任务，无人机搭载有多种传感器，每种有效载荷收集特定学科和光谱范围内的数据。通常情况下，收集数据量巨大，无法使用标准数据链实时传输到地面站。因此，需要解决分析人员访问无人机机载信息的能力。这种功能使分析人员能够选择最重要和最相关的事件，调查不同频谱波段中对象和轨道的特征，绘制地理信息图，研究当前和过去的相关事件，为情报收集和确定时间敏感性目标的过程提供可行动信息。

以色列拉斐尔公司的reccelite 空中侦察吊舱具备这些任务能力。虽然无人机和吊舱传感器执行事先计划好的任务，但它们也可以在飞行中更新，改变有效载荷转向顺序和摄像方向，在飞行过程中最有效地覆盖特定地点和目标。吊舱使用全向高分辨率空中侦察摄像机和整体惯性测量系统，以高分辨率图像自动覆盖广大区域，保持重访率，对特定感兴趣的区域提供持续监视。吊舱具有完整的大容量存储和宽带数据链，旨在将高分辨率图像传输到地面控制中心，分析人员在这里接收和处理图像。

多年来，雷达是广域监测的主要传感器，其中，合成孔径雷达用途大，可昼夜以及恶劣天气和能见度有限的条件下发挥作用。合成孔径雷达还可以有效检测伪装隐藏或埋在地下的物体。过去，合成孔径雷达系统由大型飞机携带，存放在吊舱中的较小系统则需要专用战斗机才能投入战斗。如今，小型合成孔径雷达系统可以部署在较大型中空长航时无人机系统上，甚至更小的系统可以安装在机翼下紧凑型吊舱中，挂载在战术无人机上，使这些小型平台能够携带多个传感器执行任务。合成孔径雷达依赖合成孔径，通过距离和时间合成，而光電传感器使用真实的物理孔径。这意味着，尽管雷达物理覆盖区很小，但它能以高分辨率收集图像。合成孔径雷达作为微波传感器，它能够“照亮”所监视区域，因此可以昼夜运行，选用的波长能够穿透散射和漫射可见光的大气障碍物（如雾、雨、雾或灰尘），有效获得全天候可见度。由于合成孔径雷达影像中每个像素代表目标位置这个特定点的数据，可以应用不同的处理方法利用此信息，自动生成复杂服务，如变化检测、树叶穿透和移动目标指示。

移动目标指示是合成孔径雷达的高级功能，它利用不同的算法处理合成孔径雷达产生的相同微波信号，检测和跟踪运动目标。通过对这些信号的多普勒效应进行分析和比较，可以在固定背景上清晰地显示多个运动目标。这种功能使操作人员能够监视大面积区域，立即检测到与此类移动相关的活动。

内华达之岭公司开发了“戈尔贡凝视”任务有效载荷，专门用于持久广域监视。该系统于2011年在美国空军MQ-9“收割者”无人机上开始使用，每架无人机携带双吊舱持久广域监视系统。在第一次迭演中，该系统覆盖约16平方公里区域。到2014年，第二代采用了BAE系统公司根据国防高级研究计划局“自主实时地面全方位监视红外成像系统”计划开发的改进型传感器。该传感器阵列由368台摄像机（昼间和红外线）组成，可创建18亿像素图像。此外，四台远距离摄像机使用户能够放大感兴趣的对象。新版系统能够覆盖64平方公里区域，无论昼夜，分辨率是原始系统的两倍。

“天眼”系统使用集成有多个摄像机的单个有效载荷，这些摄像机共同提供10亿像素图像。当时，商业系统无法满足适合无人平台对小尺寸、低功耗数据处理和存储需求。为处理新传感器更大的处理任务，BAE系统公司开发了一种能够并行处理数百台摄像机的先进处理器。为了存储这些数据，该公司建立了一个“机载大数据存储系统”。这就是TeraStar系统，后来发展成为商业产品，可提供可扩展的超密集数据存储系统，降低了每TB存储容量的总体成本。与装载在吊舱内的“戈尔贡凝视”不同，艾尔比特系统公司的“天眼”配置为标准的无人机有效载荷，可集成到标准的无人机上，如该公司的“赫尔姆斯”450或900系列无人机，以及各种载人或无人飞机。“天眼”的千兆像素有效载荷集成了多个监视摄像机，如果在无人机的作战高度巡航，可以覆盖80平方公里区域。由于每个传感器都使用百万像素高清摄像头，可以实时或从历史中记录中获得该地区部分区域的特写镜头。此外，无人机还可以携带标准有效载荷，以更高的放大倍率查看特定区域。

除了光电系统，广域监视能力还包括合成孔径雷达或通信监视，用户可以实时访问或“回看”，查看同一地点不同时间的影像，更好的了解活动模式或目标行为。

持续监视能力额外不断发展的一个功能是“卸载式探测雷达”，这是一种吊舱传感器，其功能类似于地面监视雷达，安装在无人机上，可以覆盖大片区域。这种传感器为配备了全向传感器的无人机提供态势感知能力，可帮助有效载荷操作员注意其责任区内的可疑动向。它还可以帮助跟踪日常动向，评估活动模式，帮助监测系统能够了解任务区，避免发出虚警。这种能力在搜救以及国土安全应用中也可能有重要用途。

无人机可以配备宽带数据链发送高清传感器数据，但不支持同时传输多个数据流，也无法提供便于“飞行数据仓库”服务的处理能力、电力和冷却能力。某些方案已经集成了提供此类服务所需的硬件。例如，“天眼”架构可以维护飞机上所有的传感器数据，任务分析人员能够从其数据库中访问实时和存储的图像数据。任务结束后，历史数据被下载并储存在任务控制点，用户能够根据需要查阅历史任务记录。

为支持类似的功能，美国空军与SRC公司签订合同，为其提供高性能嵌入式计算架构，在无人驾驶飞机上实现高性能嵌入式计算。每个吊舱都有一个内部机箱，其中带有由标准商用现成单元组成的超级计算机，包括单片机、图形处理单元、现场可编程门阵列和固态存储设备。目前，机箱采用基于开放行业标准的模块化分布式处理器和协处理器网络，以超过15千兆的速度提供超过7.5万亿次的计算能力。吊舱外壳基于现有且经过飞行认证的设计，经过专门修改，可使用周围空气冷却对嵌入式电子产品进行热管理。这种可升级的架构支持技术快速刷新，可以降低生命周期成本，减少系统停机时间，并确保系统持续保持良好。

“敏捷秃鹰”还可以使用“神经形态计算”，增强无人机态势感知能力——这是一种根据生物启发的处理方案，可类似于人脑分析信息，提高态势感知能力。

“敏捷秃鹰”开发商SRC公司称，此类系统未来将成为任务系统管理员，处理机上多个传感器的数据，并利用机器学习对特定情况对传感器进行有选择的排队。无人机并不是使用所有传感器进行大面积侦察，而是只使用最适合探测大面积特定异常状况的传感器，实现节能。当发现一个兴趣点时，该系统将会提示其他传感器收集更多信息，如相机，并通知任务分析人员进一步审查和检查。这种选择性“检测和通知”过程释放了带宽并提高了传输速度，同时减少了数据收集和分析间的延迟。SRC公司计划在2017年底前向空军交付第一个“敏捷秃鹰”舱。

引领更高的自主性

为实现自主性，未来的无人机必须要作出重大改变。

（1）可信的导航

由于固有的无人性质，无人机导航和定位依赖外部输入。全球导航卫星系统是最常见，但不是唯一的导航辅助设备。不幸的是，如果无人机得不到充分保护，这种服务很容易受到干扰和剥夺，军事行动将变得毫无用处。有时使用其他导航辅助设备，如导航信标和测距，但成效有限。在全球导航卫星系统数据不可信的情况下，惯性测量、基于图像导航、甚至恒星跟踪也可用于增强现有的导航辅助设备。

（2）通信和安全

无人平台必须在人的控制下运行，依赖地面、空中或天基通信保持连续联系。机上传感器越多，传输所收集的数据所需的带宽就越大。大容量无线通信链路由于余量有限，相对容易拥堵。大容量链路通常仅限于与其他节点保持视线距离——这进一步限制了平台的运行。数据链同时必须具有很强的免疫力。过去，无人机通信通道使用开放的模拟链路，但随着新的数字链路进入，这些链路在今天大多已经过时。然而，数据链路仍然易受到敌人的攻击——通过网络攻击进行干扰、干预、欺骗或剥夺。总体而言，最大限度地减少平台对外部通信的依赖，将使无人机更不易受到干扰，更不易受到剥夺、欺骗和网络攻击的“劫持”。

由于机上无人，标准通信在拒止空域就足以开展行动，因为在这些空域，通信和导航受到电子攻击。增强通信能力将提高在通信拒止区域的生存能力，同时最大限度地减少飞机被探测到。先进的通信方法包括与飞机之间的信息往来的传输时间非常短，实现无人机能够通过各种通信媒介在非常宽的波段上接收和传输信号。当自我诊断检测到飞机出现故障时，飞机应该能够确定最适当的行动方案，或继续执行任务或返回安全地带。

（3）指挥与控制

今天，无人机至少部分或全部任务依赖人类的操作。一些平台支持大多数任务进行自主操作，人类飞行员或操控员的职能大多是监控性质。另一些平台主要依靠训练有素的飞行员远程操作，自动飞行模式只作为后备。这两种飞行方法都认为人类飞行员对任务具有最高权威，尽管他们可能没有处理紧急情况所需的最佳态势感知和快速反应能力。引入故障保护系统和态势感知设备，如感知和回避传感器，以及机上深度学习和人工智能处理器，将使“智能自动驾驶仪”比人类更快速、更有效地应对紧急情况，行动将更安全更可靠。

美国空军目前根据协同自动多飞机操作概念评估此类未来能力，这种概念定义了不断发展的技术——包括多机控制、忠诚僚机和无人机蜂群。所有这些技术都需要自主、合作和加强沟通。

这些“思维机器”可以与军用无人机配合使用，但在商业领域尚未采用，因为没有程序认证这种先进惯例符合民用飞行法规。因此，创新者必须投入有限的资金，实施有助于提高任务效率和减少损失的具体职能，但无法改变市场。

（4）性能可靠、经济实惠的自主性

无人机对有效载荷的尺寸、重量和功耗有限制，航程和航时有限。这些限制不容忽视，考虑在机上运行深度学习算法时尤其重要。

深度学习最近在解决机器人感知、规划、定位和控制等领域的多项任务方面表现出出色结果。能够从实际环境中获得的复杂数据中学习的出色能力使得它非常适用于多种自主机器人应用。与此同时，无人驾驶飞行器目前被广泛用于若干类民事任务，从安保、监视、灾害救援到包裹投送或仓库管理。

尽管自主系统拥有先进的能力，但在事关安全的军事应用中部署自主系统仍然具有挑战性和争议性。“要想真正有效，机器人必须可信，这仍然是人类面临的重大挑战。”国防高级研究计划局“可信自主”项目经理桑迪普·内马解释说。国防高级研究计划局于2016年启动了“可信自主”研究计划，旨在网络物理系统的设计阶段建立可信度。

该计划探索新概念和新工具，实现学习赋能的网络物理系统，满足“可信度功能措施”和安全目标，使这些系统更可信。学习赋能的网络物理系统被定义为一个组件，其行为通过“学习过程”获取和更新的“背景知识”驱动，同时在动态和非结构化环境中运行。内马认为，测试整个生命过程中不断发展的自主系统正成为该计划的主要目标。内马解释说：“从历史上看，开发中严格遵循安全标准，通过设计过程我们已经接近可靠性，并通过系统测试证明了合规性。”这些标准的制定主要用于人在环路中系统的可预测过程，并没有扩展到自主学习系统。该计划将优先解决与军事相关的自主飞行器问题，最终也将用于商业上。

编队、中队和蜂群

从长远来看，随着机器智能化和自主化，人—机和机—机组合将成为军事行动常态，军方规划人员在其预测、研究和开发路线图中已经谈到了这一趋势。

机器人平台已经在特定任务上进行了编队合作，比如室内监控，成群结队的地面车辆和空中机器人围绕一个共同目标合作，以最快、最少设备和时间扫描室内空间。在某些搜救行动中也开始出现类似合作。这些应用突显效率，主要适用于军事、國土安全和民用方面的安保、情报收集、监视和侦察任务。

多旋翼无人机在能耗方面效率不高，其航时通常以分钟计算。当需要持久性时，蜂群操作可以依靠现场快速充电，其形式是分散在该区域的自主快速充电垫或对接站。商业上已经出现这类产品，例如，德国的skysense公司、爱沙尼亚Eli机载解决方案公司和以色列的Airobotics公司。

除了可以依靠太阳能电池板的充电垫外，这些公司还提供“无人机站”或带有充电垫和掩体的对接站，使无人机能够在任何天气条件下保持高度良好战备状态。最近在测试中展示了另一种概念：D-NEST，该概念由以色列SafeNet公司开发。D-NEST是一种快速部署的着陆垫，配备了维持无人机在城乡地区持续活动所必需的定位、通信和充电元件。该系统可折叠，单人携带，可以在几分钟内部署在平坦表面或屋顶上，能够自主支持任何兼容无人机，士兵因此不必为服务这些无人机离开安全地点。这种系统非常适合在城市战区使用，部队需要无人机持续支援，而经常将无人机操控员暴露在开放区域。

美国海军陆战队正在探索的另一个概念是部署一支机器人部队，作为排级部队的有机元素。国防科学委员会2016年编写的《自主研究》建议，这种无人机“中队”将由10至40架不同类型的飞机组成：有的携带传感器（视觉、热，甚至声学），有的具有干扰或通信有效载荷，其他的可以携带武器。如果无人机使用距离指定目标较近的电子战有效载荷，它们能够靠近敌人部署干扰器、欺骗发射机和数字射频存储收发器，成为强大的电子攻击武器。

这些部队将利用无人机自主能力支援本排行动，无需依赖控制无人机的专业操作人员。操作员将使用标准平板电脑或智能手机等设备，或通过手势或语音命令与无人机进行交互。无人机将共享蓝军跟踪网络，保持战场态势感知，执行例行监视和观察，向可能受到威胁的小队发出突发警报。此外，作战人员可获得相关视频或要求提供某些服务。可以命令携带武器的无人机在人的监督下攻击目标。对于所有剩余任务，它们都将自主完成，可能不会与操控人员或彼此保持经常通联，因此它们可以在通信受到干扰或间歇中断的情况下工作。

这种中队将在任务开始时启动，并将持续在上空飞行直到任务完成，因此，这种飞机应该能够在头顶上空徘徊飞行长达12个小时。实际上，当能量不足的无人机返回补充燃料时，个别无人机可以被新无人机取代。这种方法实际上可以无限期地保持对战场持久监视。根据报告，三人地面机组人员足以完成发射、回收、加油和重新为无人机挂载武器。无人机可以单独行动，也可以作为合体编队即“蜂群”行动。报告强调，蜂群应该无处不在，能够立即作出反应，通常不会像召集空中支援那样产生延误。事实上，队员们可能知道威胁的第一时间就是无人机提醒他们注意威胁存在并请求交战的时候。其他类型的行动，如干扰或欺骗敌人通信，可以完全自动化。无人机系统自主支持将对情报侦察监视、电子战和打击需求立即提供响应。除了这些核心功能外，异构自主无人机还可以通过提供蓝军通信、定位导航授时和蓝军跟踪，进一步提高部队作战效率。异构自主无人机系统中队能够在没有可靠通信的情况下执行任务，这能够实现在拒止环境或隐身需要通信静默的情况下完成任务。无人机群能够维持弹性的指挥和控制网络，这是通过使用临时延迟和中断容忍网络实现的，该网络能够使每架无人机在端到端连接不可用时与本地的同等方和用户群体合作，使用本地临时通信链进行异步协调。这种服务还将在异步、临时和分散的过程中共享通用作战图，实现传感器融合和延迟容忍信息交换。

如果从中心基地或舰船发射和回收，10～40架中型异质自主的无人机可为在大片区域行动的小型部队提供持久掩护。无人机中队可为前线巡逻部队提供服务，或者部署在前线哨所，通过接受前线用户的任务并直接向前线用户提供服务，其速度是载人驾驶飞机无法达到的。

使用大量无人机的应用利用蜂群相对传统对手提供的压倒性优势。虽然人们常常认为蜂群只是机器人的大集合，但事实上，蜂群技术具有五个决定性特征：数量、个体复杂性、集体复杂性、异质性和人—群互动。

蜂群可以使用许多相同无人机（同质群）或不同类型飞行器（异质无人机群），其中个体机器人执行不同的角色——探路者、传感器、通信器、引导者和打击者。在异质蜂群中，每个成员都具有基本智能和协作能力，有一套标准的技能或特定的技能，发挥不同的作用。

蜂群由自主运行的的微型机器人组成，任务由某些无人机领导或在人的监督下进行。发射这种无人机群充满挑战，需要特别的后勤准备——使用机载布散器、货物弹药、面发射器、地下或海底发射器发射管。一旦无人机升空，鉴于飞机上的能量有限，它们应尽可能迅速和有效地执行任务。利用蜂群根据行动计划执行任务充满重大挑战，美国国防高级研究计划局、武装部队、研究和学术机构目前正利用一系列“蜂群挑战”演习进行探讨。

更智能、更致命

今天，军方在许多方面使用无人机，主要用于情报、监视和侦察，支持从战略到战术层面的所有梯次部队。无人机还用于执行打击任务，特别是针对时间敏感目标，这些携带监视和通信设备持续飞行平台，同时配备打击武器，提供了一种在最短时间内发动攻击的手段。这些能力使作战部队或从事秘密行动的机构能够在高价值目标消失前实施迅速打击。

无人机发展面临的挑战

无人机行动面临的挑战

目前，无人机通常是在低强度战争中遂行任务，针对的是冲突地区的叛乱分子或处于防御薄弱的领空，无人机可以依靠来自全球导航卫星系统获取的位置、导航和定时、先进的通信和卫星链接，实现远程控制。

直到最近，这类行动主要发生在没有争议的空域，对手没有办法在最低高度以上威胁无人机系统。这种情况正在迅速改变，随着电子战能力的扩散，损害了无人机的导航定位和通信能力，以及便携式防空导弹和防空火炮，它们可以瞄准中低空大型无人机。当无人机在高强度战争中执行任务时，这些威胁将变得更加严重。大型无人机也容易受到防空火力的影响。因此，在敌对区成功遂行行动需要操作人员获得行动自由——保持空中和频谱优势，并可以进入邻国行动基地。为实现无人机在当前和未来的冲突中高效运行，必须转变无人机能力，应对反进入和拒止战场。

近期的解决方案是为大中型无人机配备自主对抗系统，包括干扰器、电子战系统以及曳光弹和定向激光等对抗措施。近年来，几家制造商已经配备这类系统，比如艾尔比特系统公司的Elisra无人机的“轻型长矛”吊舱。“轻型长矛”吊舱形成一个自主和完整的电子攻击和自我保护系统，加载在无人机的机翼支架上。配备了这类系统的无人机，提升了在高敌对环境中准确收集情报的能力，提高了其抵御严重威胁的生存能力。

该系统基于并行工作的多个数字射频存储器干扰信道，可以覆盖更宽的频谱范围。低尺寸、重量和功耗使其非常适合在恶劣环境中使用的无人机平台。

无人机和第三次抵消战略

这种转变很可能导致更广泛更深入地采用无人系统，远远超出今天的远程监督、自动化制导和控制功能。新的能力将帮助、补充和取代对人类太危险而不能实施的有人行动。整合大量無人系统也将引入前所未有的作战概念，这将挑战和抵消当前或未来的军事能力。

这些无人机在大部分任务中能够在没有人的互动或监督的情况下运行，在整个任务期间保持静默。许多无人机将能够作为蜂群同时运行——数十，甚至数百个个体平台，同步为一个群体，每个平台都在为完成共同任务做不同方面的工作。利用这样的作战概念，无人机群将能够消灭敌人的关键和最脆弱的节点，如预警雷达、先进的地对空导弹或指挥和控制元素，用消耗性的微型无人机击垮这些目标。

作战挑战

随着先进电子战技术、通信干扰和反无人机能力的引入，过去几十年无人机行动所特有的行动自由正在迅速减少。1990年代和2000年代初率先使用无人机的空军已经经历了敌人对非保护数据链接的利用，导致作战任务失败和人员损失。

军事规划人员认为，目前的无人系统将无法执行它们现在在毫无争议的环境中执行的任务。因此，需要对当前无人机进行重大改进，为其在反进入和区域拒止环境中行动做好准备。这种变化归因于三个主要领域：集成受保护、更坚固的导航辅助设备、强化的数据链和更智能的自动驾驶仪将为无人机在争议空域中的行动做好准备，但这不会帮助其在敌人先进的地对空导弹和敌对战斗机等反进入环境中生存。

为能够在高威环境中生存和发挥作用，无人机必须转变。它们必须隐身，更加自主，并且可以从防区外行动，或者可作为消耗或冗余系统。以下是一些认为能够促成未来无人机能够在反进入/拒止环境中生存和成功完成任务的一些改进：

·隐身性

为了能够在拒止领空下生存，空中平台必须保持最低的雷达、热学和电子特征。无人平台由于不受到人类生命支持的限制，它们的塑形和设计可以尽量减少所有这些领域的特征。例如，半隐形无人机可以保持最小化特征的飞行路径，逃避远距离探测。自主维持任务控制利用低截获概率通信，实现有限的数据链活动。

·生存性

使用电子对抗进行自我保护，无人机可以使用相对低功耗的电子对抗措施抑制自身特征。无人机可以使用自主运行和强大的网络保护对抗对手对航空电子设备和任务系统的攻击。

·防区外

在线性战场，遂行远程感知的能力将使无人机远离地对空导弹和敌人的攻击。这种同样的属性将使无人机能够通过合成孔径雷达、海上监视和信号情报收集协助完成作战任务，同时与敌方防空保持安全距离。

·可消耗性

无人机技术作为未来运输、商业应用和大众娱乐玩具平台，变得越来越便宜，随着平台、航空电子设备、传感器、处理器和能量源变得更加强大而更加强大，随着智能化新算法提供复杂功能而更加智能。随着技术成本降低，无人机将成为消耗性产品，发挥智能和自主“空中盘旋武器”的作用，扰乱或摧毁敌方主要目标。这类武器今天已经少量地投入使用，主要应用在人类控制或监督的任务中。

单兵携行传感器

为在战术层发挥出色使用，微型无人机多设计为坚固耐用，士兵即使在压力情形下也能进行简单直观的操作，在这种情况下，自主性最具价值。这意味着快速启动、校准、位置设置和通信配对，使无人机尽快上线。

美国陆军计划在2018年之前为单兵配备基于无人机的单兵自主传感器，并正在评估此类应用的不同解决方案。要求包括重量150g，飞行时间15min，耐风度达到15kn。陆军使用了FLIR Systems公司的PD100“黑大黄蜂”无人机，其他新型纳米无人机包括航宇环境公司的“狙击手”和PSI公司“快眼系统”的一种小型可折叠无人机。

多旋翼革命成为一种颠覆性能力，这源于2010年為爱好者开发的玩具技术。如今的商用无人机技术与传感器、图像处理和通信能力相结合，超过了国防工业技术的投资和能力。自主性作为所有这些商业系统中一个关键因素，对于军用无人机执行长航时任务、拥有更好的通信，智能化执行任务也很重要——所有这些都以可承受的成本实现。

尽管投入巨大，期望很高，但最先进的自主飞行模式并不是军用无人机，而是为娱乐摄像设计的微型无人机。例如，大疆公司制造的最新无人机已经包括基于深度学习人工智能自主避障，使无人机能够在树林、海浪或城市地形等混乱环境飞行时，跟踪地面移动目标时，安全地跟踪目标、物体（或操作员）。这种跟踪可以使用标签、物体或人脸识别，为军用和安保应用提供强大的选择。使用“火花”纳米无人机时，设计人员可以通过直观的飞行控制手势对飞行器编程并与其互动，或者使用虚拟现实眼镜直接从无人机的相机上查看任务。这些能力比军事和安保行动中使用的能力先进得多。

能够更好地测量深度和运动的下一波摄像机已经出现。量宏科技（InVisage）公司使用量子薄膜技术（QuantumFilm technology）的940nm“火花”4K系列近红外摄像机现在可用于智能手机和无人机。量子薄膜技术提供了标准CMOS传感器的替代方案，经过优化设计，可进行深度检测、3D映射和手势跟踪。

“火花”相机的一个关键优势是其处理速度。“以20m/s的高速飞行实现自主运行，无人机和其他无人飞行器至少需要半秒识别出即将出现的障碍物，另需要半秒时间改变轨迹或减速，以回避障碍物。这意味着20m准确测距至关重要”，量宏科技公司总裁兼首席执行官杰斯·李表示。虽然超声波传感器有效距离是5米范围，但基于“火花”的微型激光雷达的有效距离达20m。根据量宏科技公司报告，随着性能提高，很快能够达到100m以上。