美軍無人系統(tǒng)發(fā)展趨向范文
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《無線互聯(lián)科技雜志》2014年第四期
1.1互操作性不強(qiáng)為最大程度地發(fā)揮無人系統(tǒng)的潛能，無人機(jī)各系統(tǒng)彼此間要相互協(xié)調(diào)操作，與有人系統(tǒng)在海陸空領(lǐng)域也必須實(shí)現(xiàn)無縫操作。系統(tǒng)的互操作性是實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的關(guān)鍵。如果正確實(shí)施，互操作性可以成為力量倍增器，提高聯(lián)合作戰(zhàn)能力，減少整合的時(shí)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(tǒng)任務(wù)的新擴(kuò)展，無人系統(tǒng)的快速擴(kuò)張及有人和無人系統(tǒng)的同步使用已給各軍種帶來了人力負(fù)擔(dān)。因?yàn)榭梢岳玫娜肆Y源有限，各軍種正設(shè)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?zèng)Q策周期時(shí)間。通過自動(dòng)化受命、處理、運(yùn)用和分發(fā)無人系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)，效率得到提升。通過智能回應(yīng)周圍的環(huán)境條件，適當(dāng)管理機(jī)載傳感器和處理。但是實(shí)現(xiàn)高程度的自主性面臨以下挑戰(zhàn)：一是為實(shí)現(xiàn)更多的自主能力需要進(jìn)行科學(xué)與技術(shù)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(tǒng)授權(quán)的政策和指導(dǎo)方針；三是研發(fā)新的核查、驗(yàn)證、測(cè)試和鑒定技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)自主性的“信任”。
1.3空域整合困難無人機(jī)系統(tǒng)的快速增長強(qiáng)烈需求其進(jìn)入國家空域系統(tǒng)和國際空域。測(cè)試新系統(tǒng)和訓(xùn)練無人機(jī)操作員所需要的空域已經(jīng)迅速超出了目前可用于軍事行動(dòng)的空域。在目前的監(jiān)管環(huán)境下，許多無人機(jī)駐地都無法進(jìn)入兼容軍事行動(dòng)的空域。目前，無人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入國家空域系統(tǒng)主要是受到規(guī)則遵守問題和臨時(shí)政策的限制。只有通過美國聯(lián)邦航空局的一個(gè)（臨時(shí)）豁免或授權(quán)證書的授權(quán)，國防部無人機(jī)才能在一些受限、警告的禁區(qū)進(jìn)行行動(dòng)。
1.4通信不順暢無人機(jī)系統(tǒng)目前的運(yùn)行涉及以各種手段開展高度的人機(jī)交互，以實(shí)現(xiàn)指揮控制和數(shù)據(jù)傳輸。保護(hù)這些通信鏈路和經(jīng)由它們傳輸?shù)男畔?duì)這些行動(dòng)來說是至關(guān)重要。隨著列裝系統(tǒng)數(shù)量的增長，通信規(guī)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(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和連接距離等挑戰(zhàn)。面對(duì)受命、處理、運(yùn)用分發(fā)和通信等挑戰(zhàn)，需要采用智能數(shù)據(jù)分析手段。
1.5訓(xùn)練模式落后隨著和平時(shí)期部隊(duì)部署的態(tài)勢(shì)，我們需要審核無人機(jī)系統(tǒng)訓(xùn)練，并制定總體戰(zhàn)略。目前，由于現(xiàn)實(shí)世界中的一些不測(cè)事件大量需要無人機(jī)裝備，所以大多數(shù)日常訓(xùn)練需要在戰(zhàn)區(qū)作戰(zhàn)條件下完成。同時(shí)，國防部各部門正在努力解決無人機(jī)訓(xùn)練需求。由于無人機(jī)部隊(duì)在作戰(zhàn)區(qū)域減少并重新部署，各軍種需要在和平環(huán)境下在無人機(jī)系統(tǒng)駐地和所選的聯(lián)合訓(xùn)練基地繼續(xù)進(jìn)行全面的和聯(lián)合的部隊(duì)訓(xùn)練。
1.6推進(jìn)和電力系統(tǒng)發(fā)展滯后無人系統(tǒng)在海陸空的開發(fā)和部署急劇增加，同時(shí)導(dǎo)致對(duì)高效，強(qiáng)勁，便攜的后勤保障推進(jìn)系統(tǒng)和電力裝置需求的增加。隨著這些系統(tǒng)繼續(xù)展示它們的價(jià)值，操作員希望它們?cè)诓患佑偷那闆r下工作得更久，執(zhí)行更多的任務(wù)；這些要求加重了內(nèi)在動(dòng)力裝置的負(fù)擔(dān)。因此各軍種和行業(yè)實(shí)驗(yàn)室正重點(diǎn)找尋能夠改進(jìn)推進(jìn)系統(tǒng)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(shè)計(jì)，從材料使用到對(duì)物理環(huán)境的自主響應(yīng)，都要事先考慮最大限度地提高續(xù)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(tǒng)作為一個(gè)一體化編組執(zhí)行一項(xiàng)共同任務(wù)所建立的關(guān)系。美軍很早就展示了將無人系統(tǒng)集成到目前有人部隊(duì)構(gòu)架方面的成績，但還需要做好更多的工作才能發(fā)揮無人技術(shù)的全部潛能。提高有人-無人編組能力既是一項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)（如聯(lián)接系統(tǒng)），也是一項(xiàng)政策挑戰(zhàn)（如為操作半自主無人系統(tǒng)與有人聯(lián)合行動(dòng)制定作戰(zhàn)規(guī)則）。
2對(duì)無人系統(tǒng)發(fā)展的啟示
2.1實(shí)現(xiàn)互操作性實(shí)現(xiàn)互操作性構(gòu)想需要利用互操作性和開放結(jié)構(gòu)之間的緊密聯(lián)系，這個(gè)方法由幾個(gè)元素組成。一是開發(fā)支持開放架構(gòu)概念的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)模型和服務(wù)；二是開發(fā)模型、軟件組件、接口標(biāo)準(zhǔn)、基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)等多個(gè)數(shù)據(jù)庫能夠在多個(gè)領(lǐng)域之間使用、擴(kuò)展、適應(yīng)并組成無人機(jī)系統(tǒng)，支持軟件組件重復(fù)使用。這些知識(shí)庫應(yīng)該鼓勵(lì)使用商業(yè)現(xiàn)成的解決方案，同時(shí)避免造成過去的那種“單點(diǎn)瓶頸”。這種做法的目標(biāo)是為所有用戶提供多個(gè)收集點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)最好的做法、接口和應(yīng)用；三是政府，工業(yè)界和學(xué)術(shù)界之間協(xié)作、共同管理數(shù)據(jù)庫并驗(yàn)證組件；四是把目前正在開發(fā)的系統(tǒng)轉(zhuǎn)到開放架構(gòu)中。
2.2提高自主性自主系統(tǒng)的顯著特征是在未知環(huán)境中的自我引導(dǎo)能力。相較于自動(dòng)化系統(tǒng)的諸多能力，這種能力是一種重大的進(jìn)步。無人系統(tǒng)若要完全發(fā)揮其潛能，必須能夠達(dá)到高度自主的行為狀態(tài)并能夠與其周圍的環(huán)境互動(dòng)。具體體現(xiàn)在了解和適應(yīng)環(huán)境的能力，實(shí)現(xiàn)受命、處理、運(yùn)用和分發(fā)過程中更高的自主性，與其他自主系統(tǒng)的協(xié)作能力，新的確認(rèn)和驗(yàn)證方法的開發(fā)，確保安全使用的政策指南。另外，無人系統(tǒng)裝備需求的增多更凸顯出操作員的數(shù)量有限，因此自主技術(shù)的進(jìn)步顯得至關(guān)重要。
2.3空域綜合的條件一是飛機(jī)必須具備適航性。適航性是任何飛機(jī)系統(tǒng)（有人或者無人）進(jìn)入國家空域系統(tǒng)的基本要求。適航性認(rèn)證保證國防部飛機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和維護(hù)實(shí)現(xiàn)安全飛行。認(rèn)證的準(zhǔn)則、標(biāo)準(zhǔn)和遵守方法建立了一套安全飛行一定種類和級(jí)別飛機(jī)的最低設(shè)計(jì)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(jī)系統(tǒng)采用視覺遙控、視覺輔助或是完全自主等方法進(jìn)行起飛、巡航和降落，無人機(jī)系統(tǒng)的飛行員/操控員的訓(xùn)練需要與飛行有人飛機(jī)不同的技能；三是遵守飛行規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)和程序。政策協(xié)議在保持國家空域系統(tǒng)安全的同時(shí)，還能準(zhǔn)許某些要求獲得實(shí)施。
2.4研制先進(jìn)的通信技術(shù)為存在間斷性無線傳播聯(lián)系的作戰(zhàn)行動(dòng)提供支持已經(jīng)十分普遍。這種支持增加了先進(jìn)誤差控制編碼、多路輸入多路輸出結(jié)構(gòu)、各類路徑分集技術(shù)、集成網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)多樣性等的使用，所有這一切都將提高端對(duì)端的服務(wù)質(zhì)量。未來無人系統(tǒng)的通信系統(tǒng)的效能將視天線、發(fā)射/接收系統(tǒng)、水下通信、頻譜設(shè)置、信號(hào)處理、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和光纖通信不斷的發(fā)展而定。全球都在激烈地競(jìng)爭數(shù)量有限的帶寬。同時(shí)，對(duì)于無人系統(tǒng)提供更高的像素，更持久的覆蓋，連續(xù)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(jìn)步，并從根本上轉(zhuǎn)變我們處理和傳輸大量數(shù)據(jù)的技術(shù)，幫助我們克服這些相互沖突的要求。
2.5創(chuàng)新訓(xùn)練模式簡單來講，創(chuàng)新訓(xùn)練模式需要解決的問題包括：政策：隨著關(guān)注點(diǎn)轉(zhuǎn)向日常的繼續(xù)訓(xùn)練，無人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)一步整合到國家空域系統(tǒng)中，需要在政策上解決訓(xùn)練能力方面沒有預(yù)見到的斷層。教育：無人機(jī)系統(tǒng)需要習(xí)慣性地被集成到訓(xùn)練方案的殺傷鏈之中。使用者必須學(xué)會(huì)將無人機(jī)系統(tǒng)作為作戰(zhàn)資源使用，必須學(xué)會(huì)如何利用這些相對(duì)新型的裝備開展訓(xùn)練。戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)役和戰(zhàn)略級(jí)無人機(jī)系統(tǒng)及情報(bào)、監(jiān)視、偵察準(zhǔn)則應(yīng)該寫入適當(dāng)?shù)穆殬I(yè)軍事教育課程。在駐地訓(xùn)練、兵種聯(lián)合訓(xùn)練和聯(lián)合協(xié)同訓(xùn)練中心輪訓(xùn)期間，參訓(xùn)人員必須知道有關(guān)操控員知識(shí)更新、飛行最低限度和繼續(xù)教育的要求等問題，訓(xùn)練必須受到重視。訓(xùn)練自動(dòng)化和模擬：武器系統(tǒng)能力的快速擴(kuò)展要求相關(guān)模擬訓(xùn)練的擴(kuò)展。為有效地使用資源，這種擴(kuò)展需要提高模擬逼真度及與實(shí)際平臺(tái)的集成，這要求改善訓(xùn)練環(huán)境和課堂課件。基地駐扎和能力獲取：隨著訓(xùn)練要求的明確，為了提供更加有效的訓(xùn)練，必須對(duì)比擬駐扎基地的現(xiàn)有能力與必須獲取的能力。
2.6改進(jìn)推進(jìn)和電力系統(tǒng)研制高效小規(guī)模推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)將帶來革命性的系統(tǒng)能力，實(shí)現(xiàn)高功率密度和高效率（低油耗）的結(jié)合。同時(shí)，電源是所有無人系統(tǒng)能力的關(guān)鍵推動(dòng)者。改進(jìn)型電源必須緊湊，重量輕，可靠性高；提供足夠的電量完成預(yù)期的任務(wù)，滿足全方位的環(huán)境和安全要求。電源的設(shè)計(jì)必須根據(jù)特定平臺(tái)和使用概況進(jìn)行優(yōu)化。依據(jù)平臺(tái)和任務(wù)要求，適用的技術(shù)可能包括能量收獲（例如光伏），電能儲(chǔ)存裝置，燃料電池和發(fā)電機(jī)等。
2.7實(shí)施有人-無人系統(tǒng)編組隨著通信和傳感器技術(shù)的進(jìn)步革新，新的使用領(lǐng)域肯定會(huì)接踵而來。例如，為增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)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(xù)將多個(gè)有人和無人系統(tǒng)融入到作戰(zhàn)行動(dòng)中，他們將很快能夠使用“視場(chǎng)”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(gè)傳感器從多個(gè)角度（如無人地面車輛、無人機(jī)或有人傳感器）觀察一個(gè)目標(biāo)，獲得更強(qiáng)大、更全面的態(tài)勢(shì)感知能力。
3小結(jié)
美國在研發(fā)、生產(chǎn)和部署無人系統(tǒng)方面已取得很大進(jìn)展。這些系統(tǒng)有效地整合到海陸空各個(gè)領(lǐng)域，廣泛支持了聯(lián)合作戰(zhàn)的需求。無人系統(tǒng)固有的優(yōu)勢(shì)，包括持久性和降低人員生命風(fēng)險(xiǎn)，在伊拉克和阿富汗的作戰(zhàn)行動(dòng)中得到清晰的展示。顯然，無人系統(tǒng)在未來的社會(huì)活動(dòng)結(jié)構(gòu)中將繼續(xù)擴(kuò)展，這種擴(kuò)展不但在無人技術(shù)已經(jīng)支持的能力領(lǐng)域部署更多的系統(tǒng)，而且還將擴(kuò)展到目前尚未涉及的新任務(wù)領(lǐng)域。但隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，眾多共同的挑戰(zhàn)顯露出來，它們將涉及經(jīng)濟(jì)、科技、文化、軍事等各個(gè)領(lǐng)域。只有各個(gè)領(lǐng)域通力進(jìn)行合力，繼續(xù)規(guī)劃一條經(jīng)濟(jì)可行的前進(jìn)道路，才能有效應(yīng)對(duì)這些共同挑戰(zhàn)。
作者：龍威林單位：天津現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院