美軍無人系統發展趨向范文

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《無線互聯科技雜志》2014年第四期

1美軍無人系統發展面臨的困難

1.1互操作性不強為最大程度地發揮無人系統的潛能，無人機各系統彼此間要相互協調操作，與有人系統在海陸空領域也必須實現無縫操作。系統的互操作性是實現這些目標的關鍵。如果正確實施，互操作性可以成為力量倍增器，提高聯合作戰能力，減少整合的時間，簡化后勤保障，降低總成本。

1.2自主性不高隨著無人系統任務的新擴展，無人系統的快速擴張及有人和無人系統的同步使用已給各軍種帶來了人力負擔。因為可以利用的人力資源有限，各軍種正設法提高操作效率。另外的好處是大大降低了高帶寬通信需求，減少決策周期時間。通過自動化受命、處理、運用和分發無人系統收集的數據，效率得到提升。通過智能回應周圍的環境條件，適當管理機載傳感器和處理。但是實現高程度的自主性面臨以下挑戰：一是為實現更多的自主能力需要進行科學與技術投資；二是制定什么樣的決策以及在什么條件下可以安全、符合道理地向無人系統授權的政策和指導方針；三是研發新的核查、驗證、測試和鑒定技術，實現對自主性的“信任”。

1.3空域整合困難無人機系統的快速增長強烈需求其進入國家空域系統和國際空域。測試新系統和訓練無人機操作員所需要的空域已經迅速超出了目前可用于軍事行動的空域。在目前的監管環境下，許多無人機駐地都無法進入兼容軍事行動的空域。目前，無人機系統進入國家空域系統主要是受到規則遵守問題和臨時政策的限制。只有通過美國聯邦航空局的一個（臨時）豁免或授權證書的授權，國防部無人機才能在一些受限、警告的禁區進行行動。

1.4通信不順暢無人機系統目前的運行涉及以各種手段開展高度的人機交互，以實現指揮控制和數據傳輸。保護這些通信鏈路和經由它們傳輸的信息對這些行動來說是至關重要。隨著列裝系統數量的增長，通信規劃者面臨通信鏈路的安全性、無線電頻譜的可用性、頻率和帶寬沖突解決、網絡基礎設施和連接距離等挑戰。面對受命、處理、運用分發和通信等挑戰，需要采用智能數據分析手段。

1.5訓練模式落后隨著和平時期部隊部署的態勢，我們需要審核無人機系統訓練，并制定總體戰略。目前，由于現實世界中的一些不測事件大量需要無人機裝備，所以大多數日常訓練需要在戰區作戰條件下完成。同時，國防部各部門正在努力解決無人機訓練需求。由于無人機部隊在作戰區域減少并重新部署，各軍種需要在和平環境下在無人機系統駐地和所選的聯合訓練基地繼續進行全面的和聯合的部隊訓練。

1.6推進和電力系統發展滯后無人系統在海陸空的開發和部署急劇增加，同時導致對高效，強勁，便攜的后勤保障推進系統和電力裝置需求的增加。隨著這些系統繼續展示它們的價值，操作員希望它們在不加油的情況下工作得更久，執行更多的任務；這些要求加重了內在動力裝置的負擔。因此各軍種和行業實驗室正重點找尋能夠改進推進系統和電力裝置的高效方案。無論何種能量類型，航行器的總體設計，從材料使用到對物理環境的自主響應，都要事先考慮最大限度地提高續航能力。

1.7使用方式單一有人-無人編組指有人與無人系統作為一個一體化編組執行一項共同任務所建立的關系。美軍很早就展示了將無人系統集成到目前有人部隊構架方面的成績，但還需要做好更多的工作才能發揮無人技術的全部潛能。提高有人-無人編組能力既是一項技術挑戰（如聯接系統），也是一項政策挑戰（如為操作半自主無人系統與有人聯合行動制定作戰規則）。

2對無人系統發展的啟示

2.1實現互操作性實現互操作性構想需要利用互操作性和開放結構之間的緊密聯系，這個方法由幾個元素組成。一是開發支持開放架構概念的標準數據模型和服務；二是開發模型、軟件組件、接口標準、基礎設施服務等多個數據庫能夠在多個領域之間使用、擴展、適應并組成無人機系統，支持軟件組件重復使用。這些知識庫應該鼓勵使用商業現成的解決方案，同時避免造成過去的那種“單點瓶頸”。這種做法的目標是為所有用戶提供多個收集點，實現最好的做法、接口和應用；三是政府，工業界和學術界之間協作、共同管理數據庫并驗證組件；四是把目前正在開發的系統轉到開放架構中。

2.2提高自主性自主系統的顯著特征是在未知環境中的自我引導能力。相較于自動化系統的諸多能力，這種能力是一種重大的進步。無人系統若要完全發揮其潛能，必須能夠達到高度自主的行為狀態并能夠與其周圍的環境互動。具體體現在了解和適應環境的能力，實現受命、處理、運用和分發過程中更高的自主性，與其他自主系統的協作能力，新的確認和驗證方法的開發，確保安全使用的政策指南。另外，無人系統裝備需求的增多更凸顯出操作員的數量有限，因此自主技術的進步顯得至關重要。

2.3空域綜合的條件一是飛機必須具備適航性。適航性是任何飛機系統（有人或者無人）進入國家空域系統的基本要求。適航性認證保證國防部飛機系統的設計、生產和維護實現安全飛行。認證的準則、標準和遵守方法建立了一套安全飛行一定種類和級別飛機的最低設計和性能要求；二是必須由合格的飛行員/操控員操控。由于無人機系統采用視覺遙控、視覺輔助或是完全自主等方法進行起飛、巡航和降落，無人機系統的飛行員/操控員的訓練需要與飛行有人飛機不同的技能；三是遵守飛行規定、標準和程序。政策協議在保持國家空域系統安全的同時，還能準許某些要求獲得實施。

2.4研制先進的通信技術為存在間斷性無線傳播聯系的作戰行動提供支持已經十分普遍。這種支持增加了先進誤差控制編碼、多路輸入多路輸出結構、各類路徑分集技術、集成網絡和數據多樣性等的使用，所有這一切都將提高端對端的服務質量。未來無人系統的通信系統的效能將視天線、發射/接收系統、水下通信、頻譜設置、信號處理、網絡系統和光纖通信不斷的發展而定。全球都在激烈地競爭數量有限的帶寬。同時，對于無人系統提供更高的像素，更持久的覆蓋，連續的信息流的需求也不斷增加。因此，必須使用能夠支持物理和軟件進步，并從根本上轉變我們處理和傳輸大量數據的技術，幫助我們克服這些相互沖突的要求。

2.5創新訓練模式簡單來講，創新訓練模式需要解決的問題包括：政策：隨著關注點轉向日常的繼續訓練，無人機系統進一步整合到國家空域系統中，需要在政策上解決訓練能力方面沒有預見到的斷層。教育：無人機系統需要習慣性地被集成到訓練方案的殺傷鏈之中。使用者必須學會將無人機系統作為作戰資源使用，必須學會如何利用這些相對新型的裝備開展訓練。戰術、戰役和戰略級無人機系統及情報、監視、偵察準則應該寫入適當的職業軍事教育課程。在駐地訓練、兵種聯合訓練和聯合協同訓練中心輪訓期間，參訓人員必須知道有關操控員知識更新、飛行最低限度和繼續教育的要求等問題，訓練必須受到重視。訓練自動化和模擬：武器系統能力的快速擴展要求相關模擬訓練的擴展。為有效地使用資源，這種擴展需要提高模擬逼真度及與實際平臺的集成，這要求改善訓練環境和課堂課件。基地駐扎和能力獲取：隨著訓練要求的明確，為了提供更加有效的訓練，必須對比擬駐扎基地的現有能力與必須獲取的能力。

2.6改進推進和電力系統研制高效小規模推進發動機將帶來革命性的系統能力，實現高功率密度和高效率（低油耗）的結合。同時，電源是所有無人系統能力的關鍵推動者。改進型電源必須緊湊，重量輕，可靠性高；提供足夠的電量完成預期的任務，滿足全方位的環境和安全要求。電源的設計必須根據特定平臺和使用概況進行優化。依據平臺和任務要求，適用的技術可能包括能量收獲（例如光伏），電能儲存裝置，燃料電池和發電機等。

2.7實施有人-無人系統編組隨著通信和傳感器技術的進步革新，新的使用領域肯定會接踵而來。例如，為增強現場圖片的效果，依賴操作員將其他傳感器（如音頻或觸覺）信息加入到視頻中。此外，隨著使用者繼續將多個有人和無人系統融入到作戰行動中，他們將很快能夠使用“視場”的方法，類似目前許多視頻游戲中看到的“上帝之眼”。使用者將能夠使用多個傳感器從多個角度（如無人地面車輛、無人機或有人傳感器）觀察一個目標，獲得更強大、更全面的態勢感知能力。

3小結

美國在研發、生產和部署無人系統方面已取得很大進展。這些系統有效地整合到海陸空各個領域，廣泛支持了聯合作戰的需求。無人系統固有的優勢，包括持久性和降低人員生命風險，在伊拉克和阿富汗的作戰行動中得到清晰的展示。顯然，無人系統在未來的社會活動結構中將繼續擴展，這種擴展不但在無人技術已經支持的能力領域部署更多的系統，而且還將擴展到目前尚未涉及的新任務領域。但隨著社會經濟的不斷發展，眾多共同的挑戰顯露出來，它們將涉及經濟、科技、文化、軍事等各個領域。只有各個領域通力進行合力，繼續規劃一條經濟可行的前進道路，才能有效應對這些共同挑戰。

作者：龍威林單位：天津現代職業技術學院