美军无人系统发展现状及启示

美军无人系统发展现状及启示作者：龙威林来源：《无线互联科技》2014年第05期摘要：本文通过梳理美军无人系统发展的现状，分析得出了其面临的主要困难，并在此基础上对我国无人系统发展的方向进行了初步的探讨。

关键词：无人系统；现状；启示1 美军无人系统的应用过去十几年间，无人系统在美军军事行动中扮演着越来越重要的角色，这些系统从水下到大气层的上方区域，从火柴盒大小到波音737飞机那样的尺寸。

但不管在哪里，不管尺寸如何，他们都表现出了出色的能力及性能，承担了人类无法担负的更多风险，释放出了巨大的能量。

首先是无人机系统。

在美国国防部接受无人技术后，空中领域得到最大程度的关注。

无人机系统投资将继续占据着国防部无人系统投资的大半江山，国防部已经列装一大批能够执行广泛任务的无人机系统。

起初，无人机系统任务主要面向战术侦察，然而，这一范围已经扩至ISR和战场态势感及任务领域的大部分能力。

随着军事部门装备多种能执行攻击任务的武器系统来打击重要性目标，无人机系统在攻击任务中扮演着越来越重要的角色。

自伊拉克和阿富汗行动开始以来，无人地面系统支援了一系列的行动，包括机动、机动支援和长久支援。

机动行动包括利用速度和火力接近和消灭敌人。

机动支援任务包括减少自然和人工障碍及危险。

长久支援包括利用、维护，支援、与作战勤务保障相关的无人地面车。

大约有8，000辆各种类型的无人地面车参与了“持久自由行动”和“伊拉克自由行动”。

截止2010年9月，这些部署的无人地面车已经执行了125，000多项任务，包括可疑目标识别和道路清理，定位和简易爆炸装置拆除。

在撤除简易爆炸装置任务中，陆军、海军和海军陆战队爆炸物拆除小组使用无人地面车探测和销毁了11，000余个简易爆炸装置。

与无人机系统和无人地面系统一样，无人海上系统也有可能挽救生命，降低人员风险，提供持久监视和降低行动成本。

2 美军无人系统发展面临的困难2.1 互操作性不强为最大程度地发挥无人系统的潜能，无人机各系统彼此间要相互协调操作，与有人系统在海陆空领域也必须实现无缝操作。

系统的互操作性是实现这些目标的关键。

如果正确实施，互操作性可以成为力量倍增器，提高联合作战能力，减少整合的时间，简化后勤保障，降低总成本。

2.2 自主性不高随着无人系统任务的新扩展，无人系统的快速扩张及有人和无人系统的同步使用已给各军种带来了人力负担。

因为可以利用的人力资源有限，各军种正设法提高操作效率。

另外的好处是大大降低了高带宽通信需求，减少决策周期时间。

通过自动化受命、处理、运用和分发无人系统收集的数据，效率得到提升。

通过智能回应周围的环境条件，适当管理机载传感器和处理。

但是实现高程度的自主性面临以下挑战：一是为实现更多的自主能力需要进行科学与技术投资；二是制定什么样的决策以及在什么条件下可以安全、符合道理地向无人系统授权的政策和指导方针；三是研发新的核查、验证、测试和鉴定技术，实现对自主性的“信任”。

2.3 空域整合困难无人机系统的快速增长强烈需求其进入国家空域系统和国际空域。

测试新系统和训练无人机操作员所需要的空域已经迅速超出了目前可用于军事行动的空域。

在目前的监管环境下，许多无人机驻地都无法进入兼容军事行动的空域。

目前，无人机系统进入国家空域系统主要是受到规则遵守问题和临时政策的限制。

只有通过美国联邦航空局的一个（临时）豁免或授权证书的授权，国防部无人机才能在一些受限、警告的禁区进行行动。

2.4 通信不顺畅无人机系统目前的运行涉及以各种手段开展高度的人机交互，以实现指挥控制和数据传输。

保护这些通信链路和经由它们传输的信息对这些行动来说是至关重要。

随着列装系统数量的增长，通信规划者面临通信链路的安全性、无线电频谱的可用性、频率和带宽冲突解决、网络基础设施和连接距离等挑战。

面对受命、处理、运用分发和通信等挑战，需要采用智能数据分析手段。

2.5 训练模式落后随着和平时期部队部署的态势，我们需要审核无人机系统训练，并制定总体战略。

目前，由于现实世界中的一些不测事件大量需要无人机装备，所以大多数日常训练需要在战区作战条件下完成。

同时，国防部各部门正在努力解决无人机训练需求。

由于无人机部队在作战区域减少并重新部署，各军种需要在和平环境下在无人机系统驻地和所选的联合训练基地继续进行全面的和联合的部队训练。

2.6 推进和电力系统发展滞后无人系统在海陆空的开发和部署急剧增加，同时导致对高效，强劲，便携的后勤保障推进系统和电力装置需求的增加。

随着这些系统继续展示它们的价值，操作员希望它们在不加油的情况下工作得更久，执行更多的任务；这些要求加重了内在动力装置的负担。

因此各军种和行业实验室正重点找寻能够改进推进系统和电力装置的高效方案。

无论何种能量类型，航行器的总体设计，从材料使用到对物理环境的自主响应，都要事先考虑最大限度地提高续航能力。

2.7 使用方式单一有人-无人编组指有人与无人系统作为一个一体化编组执行一项共同任务所建立的关系。

美军很早就展示了将无人系统集成到目前有人部队构架方面的成绩，但还需要做好更多的工作才能发挥无人技术的全部潜能。

提高有人-无人编组能力既是一项技术挑战（如联接系统），也是一项政策挑战（如为操作半自主无人系统与有人联合行动制定作战规则）。

3 对无人系统发展的启示3.1 实现互操作性实现互操作性构想需要利用互操作性和开放结构之间的紧密联系，这个方法由几个元素组成。

一是开发支持开放架构概念的标准数据模型和服务；二是开发模型、软件组件、接口标准、基础设施服务等多个数据库能够在多个领域之间使用、扩展、适应并组成无人机系统，支持软件组件重复使用。

这些知识库应该鼓励使用商业现成的解决方案，同时避免造成过去的那种“单点瓶颈”。

这种做法的目标是为所有用户提供多个收集点，实现最好的做法、接口和应用；三是政府，工业界和学术界之间协作、共同管理数据库并验证组件；四是把目前正在开发的系统转到开放架构中。

3.2 提高自主性自主系统的显著特征是在未知环境中的自我引导能力。

相较于自动化系统的诸多能力，这种能力是一种重大的进步。

无人系统若要完全发挥其潜能，必须能够达到高度自主的行为状态并能够与其周围的环境互动。

具体体现在了解和适应环境的能力，实现受命、处理、运用和分发过程中更高的自主性，与其他自主系统的协作能力，新的确认和验证方法的开发，确保安全使用的政策指南。

另外，无人系统装备需求的增多更凸显出操作员的数量有限，因此自主技术的进步显得至关重要。

3.3 空域综合的条件一是飞机必须具备适航性。

适航性是任何飞机系统（有人或者无人）进入国家空域系统的基本要求。

适航性认证保证国防部飞机系统的设计、生产和维护实现安全飞行。

认证的准则、标准和遵守方法建立了一套安全飞行一定种类和级别飞机的最低设计和性能要求；二是必须由合格的飞行员/操控员操控。

由于无人机系统采用视觉遥控、视觉辅助或是完全自主等方法进行起飞、巡航和降落，无人机系统的飞行员/操控员的训练需要与飞行有人飞机不同的技能；三是遵守飞行规定、标准和程序。

政策协议在保持国家空域系统安全的同时，还能准许某些要求获得实施。

3.4 研制先进的通信技术为存在间断性无线传播联系的作战行动提供支持已经十分普遍。

这种支持增加了先进误差控制编码、多路输入多路输出结构、各类路径分集技术、集成网络和数据多样性等的使用，所有这一切都将提高端对端的服务质量。

未来无人系统的通信系统的效能将视天线、发射/接收系统、水下通信、频谱设置、信号处理、网络系统和光纤通信不断的发展而定。

全球都在激烈地竞争数量有限的带宽。

同时，对于无人系统提供更高的像素，更持久的覆盖，连续的信息流的需求也不断增加。

因此，必须使用能够支持物理和软件进步，并从根本上转变我们处理和传输大量数据的技术，帮助我们克服这些相互冲突的要求。

3.5 创新训练模式简单来讲，创新训练模式需要解决的问题包括：政策：随着关注点转向日常的继续训练，无人机系统进一步整合到国家空域系统中，需要在政策上解决训练能力方面没有预见到的断层。

教育：无人机系统需要习惯性地被集成到训练方案的杀伤链之中。

使用者必须学会将无人机系统作为作战资源使用，必须学会如何利用这些相对新型的装备开展训练。

战术、战役和战略级无人机系统及情报、监视、侦察准则应该写入适当的职业军事教育课程。

在驻地训练、兵种联合训练和联合协同训练中心轮训期间，参训人员必须知道有关操控员知识更新、飞行最低限度和继续教育的要求等问题，训练必须受到重视。

训练自动化和模拟：武器系统能力的快速扩展要求相关模拟训练的扩展。

为有效地使用资源，这种扩展需要提高模拟逼真度及与实际平台的集成，这要求改善训练环境和课堂课件。

基地驻扎和能力获取：随着训练要求的明确，为了提供更加有效的训练，必须对比拟驻扎基地的现有能力与必须获取的能力。

3.6 改进推进和电力系统研制高效小规模推进发动机将带来革命性的系统能力，实现高功率密度和高效率（低油耗）的结合。

同时，电源是所有无人系统能力的关键推动者。

改进型电源必须紧凑，重量轻，可靠性高；提供足够的电量完成预期的任务，满足全方位的环境和安全要求。

电源的设计必须根据特定平台和使用概况进行优化。

依据平台和任务要求，适用的技术可能包括能量收获（例如光伏），电能储存装置，燃料电池和发电机等。

3.7 实施有人-无人系统编组随着通信和传感器技术的进步革新，新的使用领域肯定会接踵而来。

例如，为增强现场图片的效果，依赖操作员将其他传感器（如音频或触觉）信息加入到视频中。

此外，随着使用者继续将多个有人和无人系统融入到作战行动中，他们将很快能够使用“视场”的方法，类似目前许多视频游戏中看到的“上帝之眼”。

使用者将能够使用多个传感器从多个角度（如无人地面车辆、无人机或有人传感器）观察一个目标，获得更强大、更全面的态势感知能力。

4 小结美国在研发、生产和部署无人系统方面已取得很大进展。

这些系统有效地整合到海陆空各个领域，广泛支持了联合作战的需求。

无人系统固有的优势，包括持久性和降低人员生命风险，在伊拉克和阿富汗的作战行动中得到清晰的展示。

显然，无人系统在未来的社会活动结构中将继续扩展，这种扩展不但在无人技术已经支持的能力领域部署更多的系统，而且还将扩展到目前尚未涉及的新任务领域。

但随着社会经济的不断发展，众多共同的挑战显露出来，它们将涉及经济、科技、文化、军事等各个领域。

只有各个领域通力进行合力，继续规划一条经济可行的前进道路，才能有效应对这些共同挑战。