美军单兵便携式地面无人装备使用分析

孟凡宇 张晓东 杨秀月 郭玺

美军单兵便携式地面无人装备（以下简称相关装备）列装后，人与相关装备组成了人机协同作战单元，受人工智能等技术水平限制，相关装备将长期处于人在OODA环路中为主、人在环路上为辅的自主水平，以遥控为主要控制方式，涉及战前机动等个别非对抗行为可由人监督其半自主执行。人机协同时遥控为主的控制方式表现出人员干预引导多的特征，遥控手的作战使用决定了人机协同作战能力。美军相关装备参战已20余年，积累了丰富的作战经验，取得了很大军事效益，对此开展研究具有较大意义。

概念界定

单兵便携式地面无人装备是指由单兵通过披挂、背负和手持等方式携带的，可通过遥控、半自主、自主地执行指定任务，以履带式、轮式、腿足式和复合式结构进行机动的地面信息化智能化装备，主要结构包括机动平台（部分含机械臂机械爪）、任务载荷、通信模块及操控终端。

R80D SkyRaider无人机可为地面部队提供持久的监视和有效载荷的运送

当前相关装备大多需要单兵携行至指定任务区域，而后进行遥控操作。装备整体重量一般不超过16千克，承载能力较小，一般可加载侦察载荷及机械爪等排爆载荷。可抛投使用的相关装备重量一般不超过5千克，一般仅能加载侦察载荷。据统计，国外发展的地面无人装备超过300种，列装的约200余种，其中便携式地面无人装备数量占85%以上。

美军相关领域发展历程

应急采购阶段2003年阿富汗和伊拉克战争初期，为了应付隐藏在车辆及牛羊尸体中的炸弹，美军通过发布《联合紧急作战需求声明》等文件，应急采购了160部商用相关装备，主要执行侦察及排爆等任务。如为美陆军爆炸物处理组编配名为“背包”的相关装备1400余部，它们安装有彩色和微光摄像机，用于在群山中执行洞穴搜索等任务；为美陆军特种部队编配抛投型/硬型相关装备51部，用于短程道路探测。

能力探索阶段在满足侦察及排爆需求后，美军就拓展相关装备能力做了诸多尝试。如为相关装备增配金属线切割钳及干扰器等任务载荷，实现通信干扰及线缆剪切能力；增配声学特征探测载荷，2007年在中东地区用于定位敌人狙击手；增配通信中继载荷，2008年实验在城市复杂环境为作战提供通联的能力。此外，还涉及核生化检测等诸多能力拓展尝试。

经过不断探索，美军以能力需求为牵引，以重量、部署方式及技术成熟度等要素为标准，设计了相关装备体系，并于2011年向国会做了关于机器人开发和利用的专题报告，明确了相关装备未来发展方向。

单兵便携小型自杀式无人机弹簧刀600

标准建立阶段美军曾应急采购部署超1.5万套非标准化地面无人装备，其中绝大多数为单兵便携式，缺乏统一的标准导致相关装备难以融入作战体系。为此，美军于2012年起便着手地面无人装备标准化建设工作，陆续颁布了3版地面无人装备互用性指导方针（Interoperability Profile, IOP，最新版为2018年版），从人机接口、控制系统、通信系统等角度建立了相关标准，明确军方相关装备的采购申请必须参照此方针执行。标准的建立与更新逐步实现了美军内部相关装备融入联合作战体系的目标。

作战使用情况分析

典型任务场景分析一是战场预置侦察。利用相关装备尺寸小、待机功率低等特征，可预先将其部署在战场关键点位，保持静默，待需侦察时，指派单兵渗透至目标附近隐蔽处，遥控其实施侦察。二是城镇清剿中的侦察和排爆。在初步取得城市控制权后，美军通常部署步兵清剿城中残敌。处于“明处”的步兵可使用相关装备对建筑物拐角、管道、地下空间及废墟等非通视复杂环境实施侦察和排爆。三是行军休息时的巡逻和监视。行军休息时，可使用相关装备对临时营区周围重点区域实施巡逻、监视，设置感知警戒线。四是进攻中的侦察及引导定位。进攻时可使用相关装备前出侦察敌情，诱导或迫使敌开火暴露，进而引导火力打击。五是通信中继。在建筑内执行任务时，可在建筑拐角等通信易受影响点位部署相关装备，实施通信中继。

此外，受使用中电机等噪音大、电池续航短及单兵携行/操控时体力精力有限等因素限制，相关装备不宜执行隐蔽性要求高及持续时间长的任务。

人员编组和任务分工相关装备一般编配于班一级作战单元，内部再细分使用该装备的小组。每组通常编1名遥控手和1名副手，对应1台该装备。

遥控手受领任务后负责选择任务载荷及遥控地点；实施遥控；视情启动装备自毁。

副手负责警戒；综合小组侦察到情况后上报信息；视情顶替遥控手实施遥控。

对于抛投型相关装备，通常直接编配到火力打击组，组内每4到5名单兵对应1台该装备，作战时由单人携行并遥控，组内其余人员根据装备侦察的信息实施打击等行动。

操控方式分析相关装备通常为无线遥控，电磁干扰等环境下，可有线遥控。操控终端（以下简称终端）主要有3种：箱式终端、集成有显示器的手持终端和具备头戴显示器的手持终端。

箱式终端。手持设备无显示器，需在外接箱体中的便携电脑上显示操控画面。箱体较大，可选用较大尺寸的显示器及天线，操控界面清晰，抗干扰性强，但便携性及隐蔽性差。

集成有显示器的手持终端。手持终端集成有显示器，具备触屏及按键摇杆双冗余操控功能，容错率高。较小终端可通过战术导轨固定在步枪前端侧方，遥控同时可实施打击。但战场环境影响触屏操控可靠性，且受便携性限制，显示器小，强光下难看清。

具备头戴显示器的手持终端。头戴显示器贴合在眼部，显示直观，操控反应速度快，且受光照影响小；夜间使用无常亮屏幕，隐蔽性好。但受尺寸重量限制，续航差。

携行与展开分析携行时，相关装备机动平台大多置于背包内，部分抛投型相关装备机动平台捆绑在背包侧方；通信模块放置在单兵肩部前方一侧背包带上，另一侧放置对讲机等通信设备，便于在时间上分配二者使用，防止相互干扰；使用箱式终端时，单兵需手提箱体，使用其余2类终端时，终端一般置于背包顶端。展开时，先取出终端及机动平台，再连接各类线缆。撤收时按相反顺序进行。

通信链路分析低频率的信号穿透力和较低的多径效应适合在复杂地面环境中通信。2011年美军发布《无人地面系统路线图》，计划在高冗余/低频带宽环境中，用多频率捷变无线电远程遥控相关装备。2020年美军已实现该计划，其在一项实验中将模块化有源电路应用于小型化天线，从而克服了Chu-Wheeler性能极限，成功将低频无线电系统集成在相关装备上，并展示了实时可靠的数字视频流。综上，相关装备使用的频段大概率为低频。

美军单兵装备手持微型无人机Drone40

情报信息处理分析美军在《无人系统综合路线图2013-2038》中指出：“无人装备无法实时交付‘可行的’情报，大量人力用于处理无人装备收集到的原始信息。尤其数据收集和分析，需重点提高无人装备自主性和认知行为，以实时交付‘可行的’情报，而不是需处理的原始信息。”结合美陆军战术互联网情报处理方式：班一级作战单元搜集到的战术情报信息需通过SINCGARS-SIP电台发往连级EPLRS电台，然后被自动转发到旅及旅以下作战指挥系统FBCB2。综合研判，目前相关装备侦察的信息不具备实时可用性，应是经遥控人员处理后上报。

《无人系统综合路线图2017-2042》封面

此外，诸如工作时间及操控距离等情况，需根据具体任务及环境等情况而定。

下一步发展趋势分析

美军最新版《无人系统综合路线图2017-2042》明确了其无人装备发展方向，即互操作性、自主性、网络安全以及人机协同4个方面，其中前3条更多体现的是手段，而人机协同则是最终目的。

拟对接北约标准，以提升互操作性。美军IOP建设取得了一定成果，实现了美军内部相关装备与其他作战系统之间一定程度的协同作战，但作为北约组织成员国之一，已有的IOP与北约标准化协定的兼容度还有差距，预计美军将优化调整IOP以对接北约标准化协定，更大范围提升相关装备互操作性，以实现北约成员国之间的联合作战需求。

拟提升自主性，以减少人员干预。为实现无人装备“代替人”的研发初衷，美军一直致力于提升无人装备的自主能力，尽量减少无人装备执行任务中士兵过多控制，以保存士兵精力及体力。基于此，美军相关装备自主能力需求将主要聚焦在2个方面：伴随机动及智能决策，伴随机动能力的提升可减少单兵背负携行相关装备的时间；智能决策能力的提升可减少无人装备数据融合及决策反应的时间，降低装备与遥控手间指控信息交互需求，从而减少单兵操控时间。

拟整合无人力量，以提升协同作战能力。2016年12月，DAPPA发布了“进攻性蜂群使能战术”（OFFSET）项目概念，旨在通过空/地无人装备的协作，在大型建筑、狭窄空间和有限视野等通信、传感、机动性受限的城市环境下，执行定位目标、攻击及抢夺一片地域等任务 。

2018年7月FLA项目成功演示验证了小型地/空无人装备协同编组的先进算法。2020年1月，美陆军与永久系统公司联合开发有人-无人编队受保护的通信系统，该系统将有人-无人地面装备及无人机等组网在一起，致力于满足陆军地面无人装备的编队和通信需求。2022年1月C4ISRNET网站消息，OFFSET项目展示了单个操控员可控制100多个无人装备所组成蜂群的能力。

通过上述项目可以预见，美军将致力于整合地/空无人作战力量，以实现地/空无人作战力量协同立体攻防的需求。该预判主要出于以下两方面考虑。

OFFSET蜂群在现场实验中飞行

用于数据收集的小型摄像无人机

一是机载通信中继的需要。相比于空中及水下，地面战场环境更复杂，各类遮挡场景严重影响着地面通信链路，一旦通信受阻，相关装备极易失联失控。此时无人机可作为通信中继节点，以保持遥控手与相关装备之间通信链路畅通。

二是任务路径规划的需要。美军战场涉足全球，战场环境复杂多变，战争突发性强，美军往往无法完全掌握作战区域地形地貌等信息便要加入战斗，此时相关装备只能依靠自身传感器、计算机处理系统、及操作员经验以识别最佳机动路径，效率较低且易出错。此场景下无人机可适时侦察作战区域的地貌环境，将侦察到的情报信息与地面相关装备共享，支撑相关装备快速建立并更新战场地图，以实现高效规划行动路径的需求。

此外，美军关于相关装备网络安全方面的发展趋势较为清晰，主要体现在研发小巧的“机械天线”及寻找可靠的通信波形方面。