随着自主控制技术的不断发展,无人机从完全由地面人员操控发展到操控员在地面控制站预先规划航线、实时调整任务的半自主控制,目前正在向全自主控制发展。无人机任务域正在不断扩大,已从空中侦察监视、预警、战场毁伤评估、通信中继等作战支援任务,逐渐拓展到敌军防空系统压制、空对海作战、空对陆作战甚至空对空作战等任务。
无人机自主作战关键技术
无人机自主作战关键技术包括:自主态势感知、自主任务规划、多机协同、人机交互等技术。
自主态势感知技术
自主态势感知技术是无人机实现自主作战的基础。无人机机载传感器能够自主完成战场环境建模、环境特征提取、目标识别、态势评估等任务。自主态势感知技术利用有限的感知信息来推断环境状况,并评估环境中其他行动者的意图。
自主任务规划技术
任务、效能是无人机自主作战的核心要素。除了具备自主态势感知能力外,无人机还需具备自主任务规划与自主决策能力。自主任务规划技术具有灵活的自主性和较强的鲁棒性,确保无人机根据复杂多变的环境灵活规划任务,做出适应任务场景的决策。
多机协同技术
无人机自主作战,除了单机行动外,多架无人机应组成编队协同作战。多架无人机之间协同、无人机与有人机之间协同可以分别实现多机协同作战、有人-无人协同作战。当前,多机自主协同作战面临的挑战是:分散式决策(Decentralized decisions)、分布式感知(Distributed sensing)、不确定性管理(Uncertainty management)、信息不完全(Partial information)带来的协同管理、决策与控制难题。
Ot5Crwi1prLhiOBSaCAB0J/po+E8L6QrdOP+vasanpA=随着未来网络化协同作战模式的运用以及无人机自主性等级的不断提高,技术人员需要研究以最小信息流为基础的分散式编队协同控制律。因为,最小信息流可以实现可靠性、隐蔽性要求与信息共享所带来的性能增强要求之间的平衡。
人机交互技术
无人机系统的典型特征是平台无人、系统有人。自主型学习能够根据对象、环境、任务及控制效果,修正、优化无人机决策与控制。随着无人机智能化水平的提高,具有自主作战能力的无人机将与有人机协同完成作战任务,其人机交互与学习适应能力将逐渐实现无人机与有人机之间的高效协同。
无人机现有自主作战能力分析
依据美国国防部发布的《2017~2042无人系统综合路线图》提出的自主性等级划分标准,第3级自主性为飞行状态自适应,第4级自主性为航线在线重规划。当前,国内外现役无人机采用遥控飞行、预编程半自主飞行,其自主性等级仅为第3级或第4级。自主态势感知、自主决策、集群协同作战、有人机/无人机自主协同作战尚未达到实际应用水平。
总体上看,目前大部分无人机还是自动系统,而非自主系统。自动系统按照预设程序飞行,按照预设航线执行任务,自动对外部干扰引起的控制偏差进行补偿,而不能根据一些给定目标自主规划航线,或者自主选择目标来规划任务。因此,无人机目前还不能应对复杂多变的军事作战环境。
无人机融入协同作战网络的需求
面对日趋复杂的现代海空战场环境,单架无人机已无法完成多样化作战任务。但是,不同用途的无人机组成编队协同作战,可以大大提升作战能力。在多机协同作战体系中,指挥控制系统是最为关键的部分,也是充分体现人工智能优势的系统,对提高多机协同作战能力具有重大意义。特别是在网络中心战背景下,所有参战单元融入协同作战网络,根据作战态势信息,指挥控制系统快速有效地做出决策,确保参战单元迅速展开作战行动。
美国国防部指出,未来无人机应具有协同作战能力,实现多架无人机之间、无人机与有人机之间的协同作战。未来,无人机融入协同作战网络,成为重要的作战装备。同时,美军网络中心战强调,全球信息网络将分散配置的作战单元集成于协同作战网络。各种作战单元之间实现战场态势感知、信息共享,最大限度地把信息优势转变为决策优势、行动优势。
在网络中心战中,无人机为满足协同作战任务、快速灵活编组等需求,其指挥控制体制结构不再是传统的自上而下的树状结构,而是能体现单元与单元协同作战特点的扁平化网络结构。同时,扁平化指挥控制体制通过协同作战网络,将无人机部分控制权限交给一线作战人员,一线作战人员直接操控无人机与其他系统协同作战,让最了解战场态势的人员指挥无人机作战,极大提高无人机系统的作战效能。
因此,传统无人机指挥控制体制将发生变化。无人机编队指挥控制可分为飞行指挥控制(Flight Command and Control,FCC)和任务指挥控制(Mission Command and Control,MCC)。目前,技术人员开展了编队自动保持队形飞行、编队自主避障飞行等大量无人机编队自动飞行控制技术研究,而任务指挥控制研究相对较少。
美国海军开发了一种“战术控制系统”,作为标准无人机指挥控制系统,以应对日益复杂的多无人机协同作战指挥控制任务。根据设计要求,“战术控制系统”需要自动完成实时任务规划,允许一位操控员同时控制多架无人机协同作战。
然而,现有无人机指挥控制系统的能力不能满足多无人机自主协同作战需求,主要体现在:一是现有无人机指挥控制系统收集、传输,处理信息的能力较低;二是无人机机载计算机系统计算能力弱,决策支持能力不强。因此,军方需要研究更先进的智能决策和自主控制技术,以提高无人机指挥控制能力。
结束语
未来,自主作战型无人机利用智能化水平高、协同作战能力强的突出优势,将前出打击对方水面舰艇、雷达、机场等重要目标,或是消耗敌方空中作战力量。无人机自主作战技术是面向目标、任务的自我控制技术。通过自主感知、自主决策、自主执行,无人机实现作战目标。无人机自主作战可以不依赖外部控制,但是受规则和策略控制。在自主决策时,无人机应能判断哪些信息是重要信息,根据一系列规则和策略做决策。相较于按照预设程序运行的自动系统,自主系统具有更高的智能水平。无人机自主能力提升后,一方面可以减小操控员工作强度,操控员可以同时控制多架无人机协同作战;另一方面,无人机可以有效管理机载传感器,灵活应对复杂战场环境,大大降低高带宽通信需求,缩短作战指挥控制时间。