中文版《有人和无人联合作战系统的发展挑战》

摘要

由于智能人机结合作战系统将成为未来武器系统的核心资产，我们开始对其开发和利用进行政策研究。作为7月研究的一部分，举行了DnA(Defense & AI)论坛，有来自政府、武装部队、武器制造商、大学和负责开发未来武器系统的研究机构的80多人参加。当地面控制站、军舰、直升机和战斗机等有人系统试图与无人飞行器、无人地面车辆和无人地面车辆等无人系统合作时，未来将有许多挑战需要解决。美国国防部宣布，互操作性、自主性、安全网络和人机协作是实现无人系统使用的最关键技术。随着这些技术的同时发展，越来越多的智能无人武器系统将被创造出来。然而，由于技术成熟的速度不同，预计将逐步发展，将其分为可远程控制的简单任务系统、低成本的便携式无人系统、扩大作战范围的无人系统和保护有人系统的无人系统。

I 引言

美国陆军表示，有人-无人系统编队可以提高态势感知、杀伤力和生存能力，并扩大传感器探测的空间和时间范围[1]。美国国防部宣布，有人-无人系统编队可以消除更远的爆炸物，并为投射进攻行动提供所需的移动和机动性[2]，使之成为可能的技术列于图1[3]。为了将无人或自主系统作为一种有效的武器，除了技术问题外，还有许多非技术方面的考虑，但在这里我们将主要关注技术问题。为了更好地解释，本文的其余部分将组织如下。第二节描述了有人-无人系统发展的挑战，第三节讨论了有人-无人联合作战系统的发展方向，最后，第四节总结了一个简短的结论。

图1. 美国国防部宣布的对有人无人系统的挑战[3]。

II 有人-无人系统发展所面临的挑战

A 互操作性

互操作性是一种技术，它使人类或有人系统能够轻松地与水中、海上、陆地或空中的任何无人或自主系统进行通信和控制，共享信息，并进行协作。为了实现互操作性，通用频率、安全系统、通信方法、信息规则和数据模型的标准是必不可少的。此外，为了能够使用整个自主系统或由不同工厂生产的部件，无论制造商是谁，都能立即投入战斗，必须从设计阶段保证共同的开放结构、模块化和部件兼容性，并规定一致的测试和评估方法。

• 共同的频率： 选择频率是一个政策问题，但如果除了低轨道卫星通信频率外，地面频率的空间不大，那么预测20或30年后的频率政策是必要的。有必要考虑是否在海、陆、空使用相同的频率更好，或者是否应用一种有效分享频率的技术更好。如果图1中无人系统与有人系统之间的无线通信频率（a）和无人系统与地面控制站（GCS）之间的频率（b）彼此不同，可能会成为减少无人系统的重量、功耗和成本的障碍。与其他领域相比，水下通信将需要更多的长期和突破性投资[4]。

• 消息规则和数据模型：从有人系统或GCS向无人系统发送的重要信息是用于指挥和控制，在相反的情况下，无人系统的当前位置和状态、从传感器获得的信息、认可的战场情况、要求人类操作决定的报警信息、视频数据等。因此，如果无人系统的自主性水平较低，无线通信的负担就会增加，因为必须向人提供更多的信息，需要更多的控制。另一方面，如果自主性水平高，无人系统将需要更多高分辨率的传感器和高计算能力。与导航路径上没有太多障碍物的无人系统（如无人机和无人船）所发送和接收的消息相比，在田野而非道路上运行的无人地面系统需要更频繁地发送和接收消息和数据，以避免众多障碍物和选择路线。目前，世界范围内公布的消息规则和数据模型有北约的STANAG，它是无人航空器（UAV）和无人地面车辆（UGV）的互通和数据链接协议，JAUS（UGV的联合架构），IOP（互操作性配置文件）等[5]。然而，由于很少有可以指挥和控制UGV和UAV的指挥和控制（C2）链路标准，而且STANAG之间的数据链路协议也没有公开，因此有必要建立一个标准。

B 安全的网络

由于使用无人系统的一个最重要的目的是增加作战范围，所以无人系统必须设计成能够稳定地完成原来的任务并返回，除非它被敌人基地深处危险区域的物理攻击所摧毁。敌人会试图干扰无人系统的无线通信，窥探无人系统获得的信息，或操纵指挥和控制信号。如果自主性水平高，并且即使无人系统被敌人劫持也能应用保护信息的技术，那么自主系统将能执行更多不同的操作[6] [7] [8]。

C 自主性

由于无人飞行器领域是无人系统研究和使用最活跃的领域，美国国防部已经在2001年定义并公布了无人驾驶飞行器自主控制等级（ACL）[9]。特别是UGV，作为地面区域的无人武器系统，需要更高的自主性，因为它必须能够在有障碍物的场地而不是道路上行驶，而不像民用车辆那样在道路上行驶[10]。在GCS中使用少量的无人机进行侦察，只需远程控制就可以了。为了增加空中的作战范围和保护有人驾驶的飞机，人类控制的直升机和战斗机应该能够直接指挥和控制无人飞行器。因此，在这种情况下，需要无人机有很高的自主性。在一个不可能有低轨道卫星通信的地区，需要高水平的自主性来扩大无人地面飞行器的操作范围，因为没有任何通信技术可以从远距离传输和接收高质量的视频[11]。由于无人潜水器很难接收到全球定位系统（GPS），因此需要进行大量研究，考虑到海中的海流，通过惯性导航来识别位置[4]。为了研究和发展无人武器系统的自主性和智能性，有必要从无人系统中获取大量的、高质量的传感器数据。然而，也存在着这样的困难：武器制造商的研发人员需要系统的、政策性的规定和程序来获取军事数据。

D 人机协同

为了降低飞行员的工作量，飞行员必须能够用人类语言指挥和控制无人机[12]，无人机必须具备探测、识别、跟踪和打击任务目标所需的智能，以及进入飞行所需的路线选择和改变。此外，它还必须能够自行应对任务中出现的各种特殊情况。

III 有人-无人联合作战系统的发展方向

第2节中描述的众多挑战将同时逐步发展，并成为有人和无人的联合作战系统的核心技术。然而，由于每种技术的发展速度不同，各种类型的过渡性无人驾驶武器系统可以为独立的目的而开发。我们预计这些用途有四类，如表1所示。

表1 有人-无人作战系统的发展方向。

A 用于简单遥控任务的无人系统

监视和侦察在一定程度上可以通过远程控制来实现。遥控无人系统不需要很高的自主性，可以快速部署。为这一目的开发的无人系统预计将更多地投资于目标探测、识别和跟踪任务所需的情报，而不是自主性。

B 低成本的便携式无人系统

对于地面部队来说，用于各种用途的小型、轻型和廉价的无人驾驶系统将对提高他们的力量有很大帮助。侦察或搜索建筑物内、墙壁上或山丘上的敌人是典型的，寻找或清除爆炸物的无人系统也将是有用的。用于这一目的的无人系统将被尽可能地制成廉价和便携。

C 可以增加各种作战范围的无人系统

长距离通信对于无人系统增加其作战范围是必不可少的。在无法进行低轨道卫星通信的地区，需要在敌区进行通信中继，因此有必要考虑通信中继无人机等。在足够的低轨道卫星通信之前，提前实现更高的自主性，就可以用最少的通信来实现各种行动。

D 保护有人系统的无人系统

为了使无人系统能够保护有人系统，它不仅要有高水平的自主性，而且要有快速准确的战场识别能力，以及准确执行目标探测、识别和跟踪任务的能力。然而，即使几乎所有的无人系统技术都得到应用，技术和市场也需要成熟，因为只有当它比有人系统更便宜时才有意义。

IV 结论

武器制造商在收到军方的详细要求后，会投资开发未来无人系统所需的核心技术。然而，在军方，有必要了解公司能够制造的无人系统的技术水平，以建立相应的操作，并准备具体的无人系统生产计划。因此，要开发一个需要先进技术的无人系统，军方和企业紧密合作的联合规划是必要的。而为了明确沟通，需要在自主性、智能、通信和安全方面有系统的标准和共识。要建立这些标准，不仅需要军方和公司，还需要对国防工业有高度了解的研发专家，同时也需要政府有建立标准的意愿。出于这个原因，今年我们开始了一项关于开发和利用有人-无人联合战斗系统的政策研究。主要目的是确定政府、军方、武器制造商、大学和研究机构如何共同沟通，颁布各种政策和标准，以促进国防工业的发展。在本文中，我们讨论了有人-无人联合作战系统的发展和利用的当前挑战和未来方向。