在目前的無人機(jī)操作中，指揮與控制絕大多數(shù)時(shí)候采用的是一名無人機(jī)駕駛員通過地面控制站控制一架無人機(jī)的模式。無人機(jī)用戶和制造商希望無人機(jī)能夠自主行動(dòng)，但是現(xiàn)有無人機(jī)因?yàn)榭展芎图夹g(shù)原因，至少在一些關(guān)鍵飛行階段仍然離不開駕駛員。為了改變這種局面，軍用和民用無人機(jī)制造商、用戶和空管部門正在考慮一些新的無人機(jī)作戰(zhàn)/操作概念（CONOPS），進(jìn)一步挖掘人工智能的潛力。

單對單控制

軍用領(lǐng)域

通用原子航空系統(tǒng)公司（GA-ASI）的地面控制站用于控制“捕食者”無人機(jī)及其衍生型，目前已經(jīng)過了兩次重大改進(jìn)。

（1）GA-ASI第一代地面控制站

最初的第一代，即第15批次地面控制站，現(xiàn)稱為“傳統(tǒng)地面控制站”能滿足功能需要，但其設(shè)計(jì)仍留有相當(dāng)大的改進(jìn)余地。在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員沒有很好考慮人機(jī)界面和人機(jī)工效學(xué)問題：如第15批次地面控制站屏幕的操作選項(xiàng)需打開若干層級菜單才能找到想要的功能，因此操作員必須雙手離開駕駛桿和油門桿，才能接觸鍵盤，操控這些菜單。最初的設(shè)計(jì)沒有考慮周全是因?yàn)榭焖傩纬沙醪阶鲬?zhàn)能力造成交付過于匆忙，沒有時(shí)間讓終端用戶參與到設(shè)計(jì)中去。

現(xiàn)在看來最初的設(shè)計(jì)仍然存在某些缺陷，GA-ASI的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)不僅希望設(shè)計(jì)一個(gè)可以操控?zé)o人機(jī)的全功能工作站，還希望能有效地建立新的飛行概念，盡管某些常規(guī)、載人航空概念不可避免地會(huì)保留下來。GA-ASI和其他制造商亟需解決的問題是駕駛艙已離開了飛行器平臺(tái)，如何在傳統(tǒng)的飛機(jī)駕駛艙設(shè)計(jì)與駕駛員面臨的新機(jī)遇之間找到最佳平衡點(diǎn)。

駕駛艙脫離飛行器為地面控制站操控人員操控?zé)o人機(jī)執(zhí)行任務(wù)帶來了一些靈活性。例如，每日18～20h的飛行任務(wù)過程中可以更換駕駛員，且還能為不同的無人機(jī)重新指派不同的駕駛艙。如一個(gè)駕駛艙可用于視距操控?zé)o人機(jī)完成起飛，另一駕駛艙可通過衛(wèi)星通信鏈路操控?zé)o人機(jī)完成飛行任務(wù)，且二者可以相互交換。

即使駕駛艙脫離了飛行器，但是實(shí)際上并沒有改變一個(gè)駕駛員（或飛行機(jī)組）、一個(gè)駕駛艙、一架飛行器、一個(gè)任務(wù)這一格局。因此，即使地面控制站與飛行器分離，它仍像駕駛艙控制常規(guī)飛機(jī)那樣控制無人機(jī)。

（2）GA-ASI第二代地面控制站

GA-ASI公司的第二代地面控制站汲取了用戶操控第一代“捕食者”無人機(jī)執(zhí)行飛行任務(wù)獲得的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，在設(shè)計(jì)過程引入無人機(jī)駕駛員，參考駕駛艙與飛行器分離的方式將部分?jǐn)?shù)字通道進(jìn)行分解，將軟件進(jìn)行分解，這樣任務(wù)控制軟件和飛行控制軟件就相互獨(dú)立。因此，如果需要增加新能力，如新的任務(wù)載荷或新的功能，就不需要對整個(gè)軟件進(jìn)行既昂貴又費(fèi)時(shí)的測試。

GA-ASI公司的第二代，即第30批次地面控制站，具有更好的人機(jī)界面，引入了空軍的人因工程學(xué)，所有開關(guān)都在駕駛員一臂之內(nèi)，而且采用了高清顯示器。

GA-ASI地面控制站的開發(fā)是依據(jù)公司用戶的操作概念成形的，這是因?yàn)閹缀跛小安妒痴摺庇脩舳际强哲姡倏責(zé)o人機(jī)的都是有資格的飛行員，這樣做方便他們像駕駛常規(guī)有人機(jī)那樣操控?zé)o人機(jī)。

民用領(lǐng)域

然而，對小型無人機(jī)市場來說，不能期望無人機(jī)駕駛員具有駕駛有人機(jī)的資格或經(jīng)驗(yàn)。操控這些小型無人機(jī)可能也不需要設(shè)計(jì)浸入式駕駛艙。而且，小型無人機(jī)的數(shù)量在不斷增加，是一個(gè)迅速膨脹的消費(fèi)市場，像GAASI那樣設(shè)計(jì)地面控制站在成本上也不切實(shí)際。

小型無人機(jī)地面控制站的發(fā)展方向在大體上仍遵循較大型軍用無人機(jī)地面控制站類似的發(fā)展路線。地面上的操控員，遠(yuǎn)距操控?zé)o人機(jī)，并通過視頻屏幕對無人機(jī)的飛行實(shí)施監(jiān)控。這些屏幕可能不再需要專用設(shè)備，許多消費(fèi)級無人機(jī)允許用戶用智能手機(jī)或平板電腦操控?zé)o人機(jī)，無人機(jī)在飛行時(shí)的某些自主功能也越來越普遍，但是基本的操控指令還是由地面的遠(yuǎn)程操控者實(shí)時(shí)發(fā)出的，用于操控飛行器行動(dòng)。

對于目前小型無人機(jī)相對有限的任務(wù)類型來說，這樣的操作理念非常適合，但其主要問題是它限制了無人機(jī)的任務(wù)范圍。

單對多控制

民用領(lǐng)域

目前，一些公司，如亞馬遜Prime Air公司和Flirtey公司，正在嘗試進(jìn)入民用空域使用無人機(jī)送貨。他們迅速發(fā)現(xiàn)，每架無人機(jī)配一名專屬操控手的商業(yè)模式成本極其高昂。因此，許多公司開始投資研究允許一名操控者同時(shí)控制多架無人機(jī)的控制系統(tǒng)。

亞馬遜公司在英國劍橋群進(jìn)行的試飛時(shí)主要關(guān)注低空空域中一名操控員操控多架高度自主的無人機(jī)。這里自主性是關(guān)鍵，因?yàn)檫@一概念要求無人機(jī)能自主完成大部分飛行，而不需要操控員進(jìn)行操控。無人機(jī)在空中飛行的大多數(shù)時(shí)間里，操控員的工作將變?yōu)楸O(jiān)視性質(zhì)。不過為了滿足適航條例的要求，還是需要操控者在緊急情況下接管無人機(jī)的控制權(quán)。對無人機(jī)來說，其理想的終極目標(biāo)是，能完成一般的包裹投遞飛行，而不需要飛行員的直接干預(yù)。

現(xiàn)在還不清楚能實(shí)現(xiàn)這種功能的地面控制站的模樣，但操控者需要具備同時(shí)監(jiān)控所管控的所有無人機(jī)反饋的某類數(shù)據(jù)的能力，即使顯示的數(shù)據(jù)不包括每一平臺(tái)，地面控制站仍然要具備實(shí)時(shí)提供該視頻饋送的功能選項(xiàng)。此外，地面控制站至少需要一套飛行控制設(shè)備，以便能夠由操控員自主選擇或是由地面站按照緊急處置需要自動(dòng)選擇，交替控制不同的飛機(jī)。

軍用領(lǐng)域

軍方也開始關(guān)注由一名操控者操控視距外多架無人機(jī)的能力。GA-ASI公司最新的第三代“死神”/“捕食者”地面控制站，即第50批次“先進(jìn)駕駛艙地面控制站”在設(shè)計(jì)時(shí)就把多平臺(tái)控制考慮在內(nèi)。

不過，第50批次地面控制站的公開資料并沒有強(qiáng)調(diào)這一能力，這是因?yàn)榈孛婵刂普镜纳虡I(yè)動(dòng)力來自美國空軍（USAF）確認(rèn)的需求。因此，目前強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)是包括地形回避與防撞警報(bào)在內(nèi)的態(tài)勢感知，還有以F-35機(jī)型的油門與駕駛桿手動(dòng)操縱（HOTAS）為模型設(shè)計(jì)的油門駕駛桿綜合控制器，而不是單人控制多架飛機(jī)的能力。

盡管單人控制多架飛機(jī)還不是美國空軍現(xiàn)時(shí)需要的能力，但是GA-ASI公司認(rèn)為未來軍方一定會(huì)需要，因此公司正在設(shè)計(jì)相關(guān)軟件，在地面控制站軟件預(yù)留出接口，當(dāng)需要時(shí)可以直接對接實(shí)現(xiàn)。

目前，美國空軍和其他客戶使用的“死神”無人機(jī)采用雙人機(jī)組，即一名無人機(jī)駕駛員和一名傳感器操控員。第50批次地面控制站允許單座操作，盡管它仍有兩個(gè)座位，但實(shí)際上可允許兩名駕駛員駕駛兩架不同的無人機(jī)，在作戰(zhàn)中的某些階段可以在不引入風(fēng)險(xiǎn)的情況下進(jìn)行單人操控或是單人同時(shí)操控多架飛機(jī)。無人機(jī)駕駛員是可以同時(shí)操控兩架、四架甚至更多無人機(jī)，但是最重要的還是駕駛員的工作負(fù)荷，如果是為交火部隊(duì)提供近距離空中支援，那就需要專屬駕駛員執(zhí)行飛行任務(wù)；但如果只需要使無人機(jī)起飛至觀察區(qū)上空，或?qū)o人機(jī)駕駛到搜集信號的軌道上，一名無人機(jī)駕駛員一次就可管理多架無人機(jī)。

GA-ASI公司認(rèn)為如果公司實(shí)現(xiàn)了一名駕駛員控制多架無人機(jī)的技術(shù)，美國空軍會(huì)加以利用，因?yàn)檫@一舉措可以極大地節(jié)省人力成本。

人工智能推動(dòng)無人機(jī)操作概念革新

自主性影響隱身能力

民用部門的商業(yè)需求和軍方的人力成本問題并不是唯一促使無人機(jī)自主化程度增強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)力。如今對于隱身無人機(jī)在未授權(quán)空域執(zhí)行任務(wù)的需求越來越多，這就預(yù)示著對于機(jī)載決策系統(tǒng)的要求更高了。

對于一架低可觀測飛機(jī)而言，如果必須要時(shí)刻與地面控制站間保持實(shí)時(shí)通信，那么其是無法實(shí)現(xiàn)隱身的。在去年英國范保羅航展上，BAE系統(tǒng)公司用計(jì)算機(jī)模擬演示了一項(xiàng)隱身無人機(jī)將來可能執(zhí)行的任務(wù)。模擬場景中，飛機(jī)穿越敵方雷達(dá)，對一處地空導(dǎo)彈陣地實(shí)施了打擊，且未暴露自身位置。整個(gè)模擬情景包括：與無人機(jī)完全通信；不能與無人機(jī)通信，但能觀察到無人機(jī)所處位置；無人機(jī)根據(jù)需要與地面控制站通信。

BAE系統(tǒng)公司未來作戰(zhàn)航空系統(tǒng)部商業(yè)開發(fā)負(fù)責(zé)人馬丁·羅威·威爾考克斯（Martin Rowe-Willcocks）指出，實(shí)現(xiàn)隱身?xiàng)l件之一就是需要將包括控制信號在內(nèi)的地空之間信號傳輸最小化。因此，必須提高無人機(jī)的自主能力，不能采用同“死神”一樣的操作概念：地面控制站不間斷與飛機(jī)通信，不間斷獲取機(jī)上信息，無人機(jī)不間斷進(jìn)行衛(wèi)星通信。“老實(shí)講，那樣的飛機(jī)就是天空中的燈塔?！?威爾考克斯說。

障礙

改變現(xiàn)有操作概念的一大障礙是無人機(jī)缺乏足夠的決策能力。目前，絕大多數(shù)人工智能（Al）研究項(xiàng)目尚未成功研制出能完成決策、體積夠小、功率夠大，甚至能夠在最大型的無人機(jī)上使用的機(jī)器“大腦”。還有就是這類系統(tǒng)的預(yù)見性存在問題，即使研發(fā)出小到可在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的先進(jìn)人工智能算法（通常稱為“強(qiáng)AI”（Strong AI）），但是不可能提前確定所有可能事件序列中的行為。這意味著與其相關(guān)的政策法規(guī)將成為難以逾越的障礙。

“弱AI”在無人機(jī)上的應(yīng)用

不過，另一種不同的AI途徑似乎為這個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域提供了一種解決方法。美國俄亥俄州的Psibernetix公司已開發(fā)了一種“弱AI”（Weak AI）。據(jù)公司首席執(zhí)行官尼克·歐內(nèi)斯特（Nick Ernest）稱，它具有完全可預(yù)測的行為，并且能夠在配置不低于25美元的 Raspberry Pi的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。它曾成功模擬控制飛機(jī)參加空戰(zhàn)，與現(xiàn)役和美國空軍前戰(zhàn)斗機(jī)飛行員共同作戰(zhàn)、對戰(zhàn)，給人們留下了深刻印象。

Psibernetix公司的AI名為“阿爾法”（Alpha），是通過“模糊邏輯”的計(jì)算方法實(shí)現(xiàn)這一切的。這種算法只包含了加、減、乘、除在內(nèi)的最基本運(yùn)算，任何廉價(jià)的小型計(jì)算機(jī)都能完成。

歐內(nèi)斯特稱，“阿爾法”的突破在于創(chuàng)建了“遺傳模糊樹”（GFT），這種方法允許模糊邏輯的規(guī)模隨問題的復(fù)雜程度而增加。GFT將復(fù)雜的決策過程分解成若干階段，在每一階段AI只需要考慮與該階段相關(guān)的因素。

因?yàn)椤澳：壿嫛辈荒艹晒?chuàng)造“強(qiáng)AI”，通常會(huì)被AI研究者忽略。歐內(nèi)斯特卻稱其為“阿爾法”的關(guān)鍵能力：人們常常認(rèn)為AI從數(shù)學(xué)角度來看是無比復(fù)雜的，而現(xiàn)今有許多問題可用“弱AI”來解決，“阿爾法”只需要簡單的數(shù)學(xué)運(yùn)算，因?yàn)樗蛔非笸昝馈?/p>

與一些研究感知與規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)問題的無人機(jī)系統(tǒng)專家觀點(diǎn)相似，歐內(nèi)斯特認(rèn)為能夠控制飛機(jī)的戰(zhàn)場AI很可能首先將作為飛行員的輔助手段，幫助其完成飛行控制。AI作為飛行員助手，并不是要告訴飛行員需做的每件事情。AI可處置許多后臺(tái)任務(wù)，飛行員在需要時(shí)可隨時(shí)接管。Psibernetix公司正在開展AI作為飛行員助手的工作，但也在研究將AI應(yīng)用于具有完全自主控制能力的無人機(jī)。

可以確定，將來AI助手會(huì)先被人們接受，這是因?yàn)楣ぷ髦械腁I不會(huì)進(jìn)行任何控制，因此并不需要政策法規(guī)方面的改變，這樣最有可能被相關(guān)機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)。這也是無人機(jī)行業(yè)希望看到的結(jié)果。最終，地面控制站是否會(huì)從無人機(jī)的操作概念中完全消失還有待觀察，其存在和消失與否完全有可能會(huì)由任務(wù)種類、以及無人機(jī)的尺寸和復(fù)雜性來決定。