趙露露

摘 要：有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)是未來(lái)一種重要的作戰(zhàn)模式，介紹了有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同互操作性的定義與北約發(fā)布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，總結(jié)了國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，研究了有人機(jī)與無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)互操作性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)；互操作性；數(shù)據(jù)鏈；人機(jī)集成

中圖分類(lèi)號(hào)：V279 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2015）05-00-03

0 引 言

無(wú)人機(jī)是現(xiàn)代空戰(zhàn)中獲取信息優(yōu)勢(shì)、實(shí)施精確打擊、完成情報(bào)偵察監(jiān)視任務(wù)的重要工具，已經(jīng)滲透到戰(zhàn)場(chǎng)空間的各個(gè)領(lǐng)域，在作戰(zhàn)體系中的作用日益突出。無(wú)人機(jī)在執(zhí)行偵察監(jiān)視、目標(biāo)指示、反輻射摧毀、打擊效能評(píng)估等枯燥、惡劣和危險(xiǎn)任務(wù)時(shí)相比有人機(jī)有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)[1-3]。信息化戰(zhàn)爭(zhēng)進(jìn)行的是敵我雙方之間的體系對(duì)抗，戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境瞬息萬(wàn)變，電磁環(huán)境復(fù)雜惡劣，這對(duì)嚴(yán)重依賴(lài)通信鏈路，對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)變化反應(yīng)能力較差的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在無(wú)人機(jī)自主化程度不高的情況下，無(wú)人機(jī)與有人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)，利用有人機(jī)戰(zhàn)術(shù)決策上的靈活優(yōu)勢(shì)，可以極大地提高作戰(zhàn)效能[4，5]。

互操作性是實(shí)現(xiàn)有人機(jī)與無(wú)人機(jī)之間互連互通、信息共享、協(xié)同控制的基礎(chǔ)。本文對(duì)有人/無(wú)人機(jī)互操作性的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了介紹，對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了梳理，提出基于數(shù)據(jù)鏈的有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同互操作性的系統(tǒng)架構(gòu)與要解決的關(guān)鍵技術(shù)，總結(jié)了未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

1 互操作性

1.1 互操作性標(biāo)準(zhǔn)

無(wú)人機(jī)種類(lèi)和數(shù)量的增加帶來(lái)了通用性差、信息共享困難等問(wèn)題，互操作性是解決這些問(wèn)題的有效手段?；ゲ僮餍灾傅氖嵌鄠€(gè)平臺(tái)通過(guò)協(xié)同操作完成給定作戰(zhàn)任務(wù)的能力。通過(guò)建立互操作性標(biāo)準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)不同無(wú)人機(jī)平臺(tái)間傳感器信息的共享及無(wú)人機(jī)系統(tǒng)間的通用化操作，對(duì)節(jié)約成本、簡(jiǎn)化操作和戰(zhàn)術(shù)靈活控制有重要意義。

北約發(fā)布了一系列無(wú)人機(jī)系統(tǒng)互操作性相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議（Standardization Agreements，STANAG），按功能可分為四類(lèi)：數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、接口標(biāo)準(zhǔn)、通信標(biāo)準(zhǔn)和控制標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示[6]。

該系列標(biāo)準(zhǔn)可支持無(wú)人機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下功能：對(duì)無(wú)人機(jī)的遙測(cè)遙控；對(duì)無(wú)人機(jī)機(jī)載傳感器等有效載荷的控制能力；無(wú)人機(jī)情報(bào)偵察監(jiān)視信息的有效描述與傳輸；無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)任務(wù)的傳遞與更新。

表1 STANAG無(wú)人機(jī)互操作系列標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)型 標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng)

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn) STANAG 4545：北約二次影像格式

STANAG 4559：北約標(biāo)準(zhǔn)影像庫(kù)接口

STANAG 4607：北約地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)指示數(shù)據(jù)格式

STANAG 4609：北約數(shù)字式運(yùn)動(dòng)圖像標(biāo)準(zhǔn)

STANAG 7023：北約空中偵察原始圖像格式

STANAG 3809：數(shù)字地形高程數(shù)據(jù)地理信息交換標(biāo)準(zhǔn)

STAMAG 5500：北約報(bào)文格式化系統(tǒng)聯(lián)合數(shù)據(jù)出版物-3

STANAG 7074：數(shù)字地理信息交換標(biāo)準(zhǔn)

STANAG 3377：空中偵察情報(bào)報(bào)表

STANAG 4250：北約開(kāi)放系統(tǒng)互連標(biāo)準(zhǔn)件

STANAG 7024：空中偵察磁帶錄音機(jī)接口

接口標(biāo)準(zhǔn) STANAG 4575：北約高級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)接口

通信標(biāo)準(zhǔn) STANAG 7085：成像系統(tǒng)互操作數(shù)據(jù)鏈路

控制標(biāo)準(zhǔn) STANAG 4586：北約無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)

1.2 互操作級(jí)別

1999年，北約組織由政府、軍隊(duì)和工業(yè)部門(mén)專(zhuān)家組成的專(zhuān)家組制定了STANAG 4586標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)面向無(wú)人機(jī)的互操作性定義了無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)接口，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)地面通用控制站的功能，2007年和2012年分別更新了該標(biāo)準(zhǔn)的第二版和第三版。

STANAG 4586標(biāo)準(zhǔn)對(duì)無(wú)人機(jī)的互操作級(jí)別（Level of Interoperability，LOI）進(jìn)行了5級(jí)定義[7]，見(jiàn)表2。可以看出，對(duì)無(wú)人機(jī)的互操作水平是一個(gè)遞增的過(guò)程，2級(jí)的互操作級(jí)別只能實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)傳感器產(chǎn)品信息的直接接收，到4級(jí)時(shí)，可以控制無(wú)人機(jī)的傳感器，還可對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行進(jìn)行控制。

表2 無(wú)人機(jī)互操作級(jí)別

LOI 定義

1 間接接收和發(fā)送無(wú)人機(jī)傳感器產(chǎn)品信息

2 第1級(jí)能力+直接接收無(wú)人機(jī)傳感器產(chǎn)品信息

3 第2級(jí)能力+控制和監(jiān)視無(wú)人機(jī)載荷

4 第3級(jí)能力+控制和監(jiān)視無(wú)人機(jī)，較少涉及無(wú)人機(jī)地發(fā)射與回收

5 第4級(jí)能力+控制和監(jiān)視無(wú)人機(jī)地發(fā)射與回收

STANAG 4586標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)的是地面控制站對(duì)無(wú)人機(jī)的控制和監(jiān)視，當(dāng)前有人機(jī)對(duì)無(wú)人機(jī)的協(xié)同控制與互操作性的研究主要是實(shí)現(xiàn)把地面控制站放到有人駕駛飛機(jī)上，因此，互操作級(jí)別的等級(jí)劃分也是以此標(biāo)準(zhǔn)為參考。

2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同（Manned and Unmanned Teaming，MUMT）的最早應(yīng)用是美國(guó)空軍在20世紀(jì)60年代從C-130運(yùn)輸機(jī)發(fā)射攜帶小牛（Maverick）空對(duì)地導(dǎo)彈的AQM-34偵查無(wú)人機(jī)。

2004年，在美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）和空軍提出的軟件使能控制計(jì)劃（Software Enabled Control，SEC）的研究中，實(shí)現(xiàn)了有人戰(zhàn)斗機(jī)F-15E對(duì)T-33改裝的無(wú)人機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)了有人機(jī)采用語(yǔ)音指令控制無(wú)人機(jī)的方法[8]。無(wú)人機(jī)可以執(zhí)行坐在有人機(jī)上的武器系統(tǒng)操作員（Weapons Systems Officer，WSO）決定的動(dòng)態(tài)任務(wù)規(guī)劃，對(duì)突發(fā)威脅及時(shí)反應(yīng)。有人機(jī)與無(wú)人機(jī)之間通過(guò)Link-16數(shù)據(jù)鏈實(shí)現(xiàn)狀態(tài)和用戶(hù)自定義數(shù)據(jù)的收發(fā)。

美國(guó)陸軍將“阿帕奇”攻擊直升機(jī)有人/無(wú)人協(xié)同視為未來(lái)作戰(zhàn)力量建設(shè)的關(guān)鍵能力[9]。機(jī)載有人/無(wú)人系統(tǒng)技術(shù)（Airborne Manned/Unmanned Systems Technology，AMUST）演示驗(yàn)證于1996年啟動(dòng)，目的是進(jìn)行有人/無(wú)人機(jī)編隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)的功能需求定義和關(guān)鍵技術(shù)分析。1999年的AMUST-Baseline演示驗(yàn)證，使用AH-64D“阿帕奇”直升機(jī)和“獵人”無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)偵察信息在有人直升機(jī)上的顯示。2000年啟動(dòng)的AMUST-D 6.3計(jì)劃則是將重點(diǎn)放在指揮控制飛機(jī)、直升機(jī)和無(wú)人機(jī)之間的互連互通上。基于戰(zhàn)術(shù)通用數(shù)據(jù)鏈 （Tactical Common Data Link，TCDL）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)直接接收、載荷直接控制以及飛行控制等相關(guān)有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同互操作技術(shù)。

2006年的獵人遠(yuǎn)距殺手編隊(duì)（Hunter Standoff Killer Team，HSKT）計(jì)劃采用一架 “獵人”無(wú)人機(jī)和一架掛載海爾法反坦克導(dǎo)彈的AH-64D“阿帕奇”攻擊直升機(jī)進(jìn)行協(xié)同。AH-64D與無(wú)人機(jī)之間有通信接口系統(tǒng)（主要為T(mén)CDL數(shù)據(jù)鏈，機(jī)組人員可以了解無(wú)人機(jī)傳來(lái)的情報(bào)偵察、目標(biāo)指示信息。機(jī)組成員可以利用無(wú)人機(jī)的傳感器識(shí)別目標(biāo)，無(wú)人機(jī)通過(guò)激光照射鎖定目標(biāo)并引導(dǎo)有人機(jī)發(fā)射導(dǎo)彈擊中目標(biāo)。試驗(yàn)中AH-64D對(duì)“獵人”無(wú)人機(jī)的互操作級(jí)別達(dá)到了4級(jí)。

有人/無(wú)人協(xié)同當(dāng)前有兩套已經(jīng)列裝的系統(tǒng)[10]。有人/無(wú)人協(xié)同互操作級(jí)別2（Manned Unmanned Teaming Level of Interoperability 2，MUMT-2）系統(tǒng)，能夠?yàn)锳H-64D提供全面綜合的多波段與2級(jí)互操作級(jí)別的能力，允許直升機(jī)機(jī)組人員通過(guò)TCDL數(shù)據(jù)鏈從其他平臺(tái)接收非TCDL波段的傳感器信息。無(wú)人機(jī)戰(zhàn)術(shù)通用數(shù)據(jù)鏈組件（UAS Tactical Common Data Link Assembly，UTA）能夠?yàn)锳H-64E在傳輸距離超過(guò)50 km的情況下提供互操作級(jí)別3級(jí)和4級(jí)的能力。2013年在美國(guó)加利福尼亞的國(guó)家訓(xùn)練中心進(jìn)行了AH-64E的操作性測(cè)試，AH-64E與“灰鷹”無(wú)人機(jī)的距離為100 km時(shí)通過(guò)TCDL數(shù)據(jù)鏈傳送視頻信息，借助無(wú)人機(jī)的目標(biāo)指示信息，AH-64E在不離開(kāi)原來(lái)區(qū)域的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的精確打擊。

英國(guó)QinetiQ公司考察了單座戰(zhàn)斗機(jī)對(duì)多架無(wú)人機(jī)控制和協(xié)同的可行性，指出單座戰(zhàn)斗機(jī)控制無(wú)人機(jī)時(shí)，若無(wú)人機(jī)的智能化水平低，自主能力差，則操作者的任務(wù)負(fù)擔(dān)顯著增加，無(wú)法完成對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行控制、載荷控制等操作。當(dāng)無(wú)人機(jī)具有較高的自主化水平時(shí)，可對(duì)其進(jìn)行4級(jí)互操作級(jí)別的控制。2007年4月，進(jìn)行了一架狂風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)與模擬無(wú)人機(jī)的BAC1-11編隊(duì)協(xié)同飛行試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)有人機(jī)對(duì)4架無(wú)人機(jī)的協(xié)同控制。

美國(guó)國(guó)防部在2011年公布的《無(wú)人系統(tǒng)綜合路線(xiàn)圖2011～2016》[11]中對(duì)有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同的發(fā)展情況進(jìn)行了系統(tǒng)介紹，指出有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同發(fā)展需要硬件和軟件的互操作性、可升級(jí)的自主性、人機(jī)接口、全新的協(xié)同控制算法和網(wǎng)絡(luò)任務(wù)工具的高度發(fā)展為支撐。有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同互操作的發(fā)展會(huì)使當(dāng)前傳感器到射手的閉環(huán)向未來(lái)網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)融入到更大的作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)會(huì)改變作戰(zhàn)任務(wù)的執(zhí)行方式，提高作戰(zhàn)效能。

2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)對(duì)于有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同互操作的研究尚處于起步階段，聚焦于理論分析與仿真驗(yàn)證。相關(guān)單位在有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同空戰(zhàn)模式及能力需求分析[12]、編隊(duì)協(xié)同任務(wù)分配方法[13，14]、任務(wù)控制系統(tǒng)[15]、交互控制技術(shù)[16]、支持無(wú)人機(jī)互操作的多數(shù)據(jù)鏈互連網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)[17]等方面進(jìn)行了研究。

3 發(fā)展趨勢(shì)

3.1 互操作級(jí)別不斷提高

隨著數(shù)據(jù)鏈技術(shù)與多平臺(tái)協(xié)同控制技術(shù)的發(fā)展，有人機(jī)對(duì)無(wú)人機(jī)的監(jiān)視與控制水平不斷提高，已從最開(kāi)始的只能通過(guò)地面控制站間接收無(wú)人機(jī)偵察情報(bào)信息向?qū)o(wú)人機(jī)傳感器飛控系統(tǒng)的直接操控發(fā)展，互操作級(jí)別已經(jīng)達(dá)到4級(jí)或更高水平。

3.2 通用性不斷增強(qiáng)

無(wú)人機(jī)的種類(lèi)和數(shù)量仍在不斷增加，需要對(duì)不同種類(lèi)的無(wú)人機(jī)建立通用性強(qiáng)的控制體系結(jié)構(gòu)與互操作性標(biāo)準(zhǔn)。STANAG 4586標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在實(shí)現(xiàn)通用地面控制站方面邁出重要一步，需要研究適用于有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同的通用化體系架構(gòu)與消息標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)有人機(jī)、地面控制站對(duì)無(wú)人機(jī)的無(wú)縫協(xié)同控制。

3.3 網(wǎng)絡(luò)化能力不斷提升

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)正在由平臺(tái)中心戰(zhàn)向網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)轉(zhuǎn)變，隨著通用數(shù)據(jù)鏈（Common Data Link，CDL）、Link-16等數(shù)據(jù)鏈在無(wú)人機(jī)上的廣泛應(yīng)用，無(wú)人機(jī)的網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)能力大大增強(qiáng)。無(wú)人機(jī)只有融入現(xiàn)有的有人機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)化聯(lián)合作戰(zhàn)體系，才能獲得更好的態(tài)勢(shì)共享與情報(bào)信息傳輸分發(fā)能力。

3.4 任務(wù)需求不斷更新

隨著察打一體無(wú)人機(jī)、無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)已不再單純的執(zhí)行偵察監(jiān)視等戰(zhàn)場(chǎng)輔助角色任務(wù)。未來(lái)有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)時(shí)，有人機(jī)與無(wú)人機(jī)的功能定位也會(huì)發(fā)生改變，相應(yīng)地，互操作級(jí)別的定義也需要做出合適的修正。

4 關(guān)鍵技術(shù)

圖1所示為基于數(shù)據(jù)鏈的有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同互操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，要實(shí)現(xiàn)有人/無(wú)人機(jī)的高效協(xié)同與互操作需要解決人機(jī)集成、一致態(tài)勢(shì)理解、智能輔助決策等關(guān)鍵技術(shù)[18]。

圖1 有人/無(wú)人協(xié)同互操作性功能結(jié)構(gòu)圖

4.1 人機(jī)集成

有人機(jī)和無(wú)人機(jī)協(xié)同編隊(duì)執(zhí)行任務(wù)，互操作級(jí)別較高時(shí)，有人機(jī)飛行員不僅要處理來(lái)自指揮中心的指揮控制命令，還要對(duì)無(wú)人機(jī)平臺(tái)的傳感器及飛行進(jìn)行控制，工作負(fù)擔(dān)大，需要建立一套完整、高效的任務(wù)指令集與交互控制方式，實(shí)現(xiàn)有人機(jī)對(duì)無(wú)人機(jī)的協(xié)同控制。

4.2 一致態(tài)勢(shì)理解

綜合有人機(jī)與無(wú)人機(jī)上各種傳感器獲取的戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)信息與系統(tǒng)狀態(tài)、定位導(dǎo)航授時(shí)（Position Navigation Timing，PNT）信息，借助數(shù)據(jù)鏈實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)與有人機(jī)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的共享，生成一致的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)圖是進(jìn)行有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同航路規(guī)劃、協(xié)同任務(wù)分配的基礎(chǔ)。

4.3 智能輔助決策

有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)時(shí)，有人機(jī)對(duì)無(wú)人機(jī)戰(zhàn)術(shù)上的指揮控制建立在無(wú)人機(jī)具備一定自主能力的基礎(chǔ)上。智能輔助決策技術(shù)是提高無(wú)人機(jī)自主性，提高互操作級(jí)別的有效手段。

5 結(jié) 語(yǔ)

有人/無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)互操作性的發(fā)展受到數(shù)據(jù)鏈、無(wú)人機(jī)控制接口和無(wú)人機(jī)自主能力等因素的制約，當(dāng)前進(jìn)行的研究實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)控制站位置的改變，對(duì)無(wú)人機(jī)的控制不再局限于地面控制站，操作員可在直升機(jī)或者戰(zhàn)斗機(jī)中對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行操控，同時(shí)通過(guò)戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈從其他作戰(zhàn)單元獲取戰(zhàn)術(shù)信息，增強(qiáng)了戰(zhàn)術(shù)的靈活性。通過(guò)傳感器資源的有效整合，可以縮短傳感器到射手的時(shí)間差，增強(qiáng)有人機(jī)的態(tài)勢(shì)感知能力，提高有人/無(wú)人機(jī)編隊(duì)的作戰(zhàn)效能。

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