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互操作性不強為最大程度地發(fā)揮無人系統(tǒng)的潛能，無人機各系統(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)域也必須實現(xiàn)無縫操作。系統(tǒng)的互操作性是實現(xiàn)這些目標的關(guān)鍵。如果正確實施，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)的新擴展，無人系統(tǒng)的快速擴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擔。因為可以利用的人力資源有限，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，減少決策周期時間。通過自動化受命、處理、運用和分發(fā)無人系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)，效率得到提升。通過智能回應周圍的環(huán)境條件，適當管理機載傳感器和處理。但是實現(xiàn)高程度的自主性面臨以下挑戰(zhàn)：一是為實現(xiàn)更多的自主能力需要進行科學與技術(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)的政策和指導方針；三是研發(fā)新的核查、驗證、測試和鑒定技術(shù)，實現(xiàn)對自主性的“信任”。
1.3空域整合困難無人機系統(tǒng)的快速增長強烈需求其進入國家空域系統(tǒng)和國際空域。測試新系統(tǒng)和訓練無人機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的空域。在目前的監(jiān)管環(huán)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(tǒng)進入國家空域系統(tǒng)主要是受到規(guī)則遵守問題和臨時政策的限制。只有通過美國聯(lián)邦航空局的一個（臨時）豁免或授權(quán)證書的授權(quán)，國防部無人機才能在一些受限、警告的禁區(qū)進行行動。
1.4通信不順暢無人機系統(tǒng)目前的運行涉及以各種手段開展高度的人機交互，以實現(xiàn)指揮控制和數(shù)據(jù)傳輸。保護這些通信鏈路和經(jīng)由它們傳輸?shù)男畔@些行動來說是至關(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)。面對受命、處理、運用分發(fā)和通信等挑戰(zhàn)，需要采用智能數(shù)據(jù)分析手段。
1.5訓練模式落后隨著和平時期部隊部署的態(tài)勢，我們需要審核無人機系統(tǒng)訓練，并制定總體戰(zhàn)略。目前，由于現(xiàn)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(shù)日常訓練需要在戰(zhàn)區(qū)作戰(zhàn)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(zhàn)區(qū)域減少并重新部署，各軍種需要在和平環(huán)境下在無人機系統(tǒng)駐地和所選的聯(lián)合訓練基地繼續(xù)進行全面的和聯(lián)合的部隊訓練。
1.6推進和電力系統(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，同時導致對高效，強勁，便攜的后勤保障推進系統(tǒng)和電力裝置需求的增加。隨著這些系統(tǒng)繼續(xù)展示它們的價值，操作員希望它們在不加油的情況下工作得更久，執(zhí)行更多的任務(wù)；這些要求加重了內(nèi)在動力裝置的負擔。因此各軍種和行業(yè)實驗室正重點找尋能夠改進推進系統(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，從材料使用到對物理環(huán)境的自主響應，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)作為一個一體化編組執(zhí)行一項共同任務(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技術(shù)挑戰(zhàn)（如聯(lián)接系統(tǒng)），也是一項政策挑戰(zhàn)（如為操作半自主無人系統(tǒng)與有人聯(lián)合行動制定作戰(zhàn)規(guī)則）。
2對無人系統(tǒng)發(fā)展的啟示
2.1實現(xiàn)互操作性實現(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，這個方法由幾個元素組成。一是開發(fā)支持開放架構(gòu)概念的標準數(shù)據(jù)模型和服務(wù)；二是開發(fā)模型、軟件組件、接口標準、基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)等多個數(shù)據(jù)庫能夠在多個領(lǐng)域之間使用、擴展、適應并組成無人機系統(tǒng)，支持軟件組件重復使用。這些知識庫應該鼓勵使用商業(yè)現(xiàn)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(xiàn)最好的做法、接口和應用；三是政府，工業(yè)界和學術(shù)界之間協(xié)作、共同管理數(shù)據(jù)庫并驗證組件；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)境中的自我引導能力。相較于自動化系統(tǒng)的諸多能力，這種能力是一種重大的進步。無人系統(tǒng)若要完全發(fā)揮其潛能，必須能夠達到高度自主的行為狀態(tài)并能夠與其周圍的環(huán)境互動。具體體現(xiàn)在了解和適應環(huán)境的能力，實現(xiàn)受命、處理、運用和分發(fā)過程中更高的自主性，與其他自主系統(tǒng)的協(xié)作能力，新的確認和驗證方法的開發(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)的進步顯得至關(guān)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(tǒng)（有人或者無人）進入國家空域系統(tǒng)的基本要求。適航性認證保證國防部飛機系統(tǒng)的設(shè)計、生產(chǎn)和維護實現(xiàn)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(shè)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(tǒng)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(tǒng)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(guī)定、標準和程序。政策協(xié)議在保持國家空域系統(tǒng)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(shù)為存在間斷性無線傳播聯(lián)系的作戰(zhàn)行動提供支持已經(jīng)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(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。全球都在激烈地競爭數(shù)量有限的帶寬。同時，對于無人系統(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)新訓練模式簡單來講，創(chuàng)新訓練模式需要解決的問題包括：政策：隨著關(guān)注點轉(zhuǎn)向日常的繼續(xù)訓練，無人機系統(tǒng)進一步整合到國家空域系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)作為作戰(zhàn)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(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)役和戰(zhàn)略級無人機系統(tǒng)及情報、監(jiān)視、偵察準則應該寫入適當?shù)穆殬I(yè)軍事教育課程。在駐地訓練、兵種聯(lián)合訓練和聯(lián)合協(xié)同訓練中心輪訓期間，參訓人員必須知道有關(guān)操控員知識更新、飛行最低限度和繼續(xù)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(tǒng)能力的快速擴展要求相關(guān)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(huán)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(xiàn)有能力與必須獲取的能力。
2.6改進推進和電力系統(tǒng)研制高效小規(guī)模推進發(fā)動機將帶來革命性的系統(tǒng)能力，實現(xiàn)高功率密度和高效率（低油耗）的結(jié)合。同時，電源是所有無人系統(tǒng)能力的關(guān)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(wù)，滿足全方位的環(huán)境和安全要求。電源的設(shè)計必須根據(jù)特定平臺和使用概況進行優(yōu)化。依據(jù)平臺和任務(wù)要求，適用的技術(shù)可能包括能量收獲（例如光伏），電能儲存裝置，燃料電池和發(fā)電機等。
2.7實施有人-無人系統(tǒng)編組隨著通信和傳感器技術(shù)的進步革新，新的使用領(lǐng)域肯定會接踵而來。例如，為增強現(xiàn)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(xù)將多個有人和無人系統(tǒng)融入到作戰(zhàn)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(tài)勢感知能力。
3小結(jié)
美國在研發(fā)、生產(chǎn)和部署無人系統(tǒng)方面已取得很大進展。這些系統(tǒng)有效地整合到海陸空各個領(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，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(zhàn)行動中得到清晰的展示。顯然，無人系統(tǒng)在未來的社會活動結(jié)構(gòu)中將繼續(xù)擴展，這種擴展不但在無人技術(shù)已經(jīng)支持的能力領(lǐng)域部署更多的系統(tǒng)，而且還將擴展到目前尚未涉及的新任務(wù)領(lǐng)域。但隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，眾多共同的挑戰(zhàn)顯露出來，它們將涉及經(jīng)濟、科技、文化、軍事等各個領(lǐng)域。只有各個領(lǐng)域通力進行合力，繼續(xù)規(guī)劃一條經(jīng)濟可行的前進道路，才能有效應對這些共同挑戰(zhàn)。
作者：龍威林單位：天津現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學院