时间: 2023-12-28 10:38:15 | 作者: 半岛全站官网平台首页登录网址
【前沿技术】试点自主实验室，推行标准化开发流程：美海军无人舰队自主能力发展综述
随着人工智能、自主性等技术的快速的提升，军用无人系统的成熟度已被提高到了前所未有的水平。但即便如此，无人系统与有人平台的跨域集成仍需解决种种技术挑战，包括设计合理的人机接口（HMI）、开发恶劣作战环境下的可靠、加密高带宽通信能力，以及进一步成熟人工智能技术等。
在有人-无人编组领域，各军事强国均启动了相关研究项目，诸如美国空军的“有人-无人编组”（MUM-T）试验计划以及“天空博格”（Skyborg）人工智能项目、波音公司的“空中力量编组系统”项目、澳大利亚皇家空军的“忠诚僚机”计划、英国皇家空军的“暴风雨”/轻量级经济可承受新型作战飞机（LANCA）项目，以及印度的“空中作战编组系统”（CATS）等。
美国海军和他的下属承包商同样在积极寻求将无人水面舰艇（USV）加入舰队。海军水面部队司令/太平洋水面部队司令Richard Brown少将指出，未来，USV将能够扮演几乎所有需要高度协调和合作水平的角色，例如情报侦察、诱饵和火力打击等。
同样，美国陆军的机器人战斗车（RCV）项目已于2020年7月和8月完成了初期的实地试验。试验由两名车组人员在“布拉德利”（Bradley）战车中操控由M113履带式运输车改装的RCV无人战车，其中一名士兵负责遥控驾驶，另一名士兵控制传感器和武器。陆军航空兵则利用“阿帕奇”直升机成功操控“灰鹰”无人机成功验证了MUM-T的概念和内涵，即“通过士兵、有人和无人空中/地面载具、机器人和传感器的有效协同，实现提高态势感知、杀伤力和生存能力的目标”。该定义适用于几乎所有作战领域，因此后来也被北约（NOTA）的联合空中力量能力中心（JAPCC）所采用。
《北约第4586号标准化协议》（STANAG）中将有人-无人编组的互操作水平划分为5个级别，具体如下表所示。
如果拥有可靠的无人平台和鲁棒的有人-无人通信能力，那么将其融入有人平台作战行动，并与有人平台做交互的难度，在很大程度上就取决于无人系统自身产生的额外需求。通常情况下，有人-无人编组中的有人平台都是高性能的战斗机或重装甲战斗车，只配备少量操作人员来执行驾驶平台或操作任务系统等多项任务。在作战过程中，这些操作者往往需要在很短的时间内快速做出决策或是操作平台做大幅度的机动，因此要求这些操作人员再去承担与无人平台相关的认知工作，无疑将极大地增加他们的工作负荷，这点是很危险的。种种实验的根据结果得出，解决这些挑战的重点是如何设计出合理的有人-无人协同作战概念、人体生物力学和人机接口。
陆军航空兵在验证有人-无人编组概念方面走在了最前面，并通过与业界的合作积累了大量宝贵经验。1996年，美国陆军启动了“机载有人/无人系统技术演示验证”（AMUST-D），AMUST-D计划的最大的目的是进行功能需求定义、关键技术分析和试验验证，各项工作都基于仿线年，AMUST-D测试了由AH-64D“阿帕奇”武装直升机与以色列航空工业公司（IAI）生产的“猎人”战术无人机协同开展的有人-无人编组行动。陆军对此次演示的系统来进行了升级和改进，增加了L3Harris公司的宽带视频和数据传输功能，最终打造的“有人-无人编组-能力扩展”（MUMT-X）系统也成功加入陆航系列；2000年，AMUST 办公室又启动了AMUST-D 6.3工作，重点验证指挥控制飞机、直升机与无人机之间的互连互通，并开发和综合各种直接视频/数据接收、直接载荷控制以及直接飞行控制等相关有人/无人编组技术。
AMUST-D的重点是降低有人-无人编组的风险，譬如为“猎人”无人机开发指挥控制系统软件，能够与“阿帕奇”铰链，并修改了“阿帕奇”的人机接口，使机组成员能够控制“猎人”无人机及其传感器套件，达到4级互操作水平。
值得注意的是，“阿帕奇”对“猎人”无人机的控制不是远程操控无人机的油门或方向，而是通过菜单指令的方式告诉无人机目的地、飞行高度、等待状态、监控或交战目标等信息，然后由无人机自主完成任务。
该项目最初的目标之一是希望能够通过有人-无人编组，使直升机在抵达目标地点前，就由无人机利用互联网告知机组人员与目的地相关的真实的情况，如目标状况和实际地形信息等。
2009年1月，美陆军研究实验室（ARL）发布“使用无人系统后的AH-64D‘长弓阿帕奇’机组工作量评估”报告，公布了使用无人系统后“阿帕奇”机组人员的工作量变动情况。报告称，评估人员使用了AH-64D风险和成本降低仿真设备，模拟了Block III型“阿帕奇”直升机的配置，并将编组中的无人机互操作水平设为2至4级。仿真设备包括“阿帕奇”的标准目标获取和瞄准器（TADS）和“长弓”火控雷达（FCR）。10名机组人员在执行评估任务前接受了2天培训。在整个评估过程中，无人机被作为“阿帕奇”的机外传感器使用，且至少有1项任务没有无人机参与，以此进行对比。
这份评估报告主要参考了机组人员评分和主题专家（SME）量化评估结果，采用Bedford工作量评估和态势感知评估技术等评估工具，对机组工作量、态势感知（SA）、协调，以及与无人机控制站的联系等方面做了评估。
在工作负荷方面，机组人员表示工作总量有了一定幅度的增加，主题专家觉得机组工作量的增加在可承受范围内，但对无人系统的操控工作也降低了机组完成其他额外任务的可能。
在态势感知方面，机组认为无人系统的“上帝之眼”视角带来了更好的态势感知能力，并且在起飞前或刚起飞就可以收到无人机传回的视频信息，在包括报告威胁位置等战场元素方面提供了极大助力，使其能更轻易地发现和攻击目标，缩短了整个作战行动的时间。但报告将整体态势感知水平评估为中等，因为“阿帕奇”在多次试验中因为飞跃或过于接近目标，导致在最佳射程以外开火，报告认为这种结果是缺乏足够的编组训练和无人机操控经验造成的，需要为操作系统开发更容易理解的符号体系。
在机组协调方面，大部分机组成员认为无人系统的使用提高了整体协调水平，因为操控无人系统要求飞行员与副驾驶/机炮手（CPG）更多地进行交互，共享各自的作战视角。
副驾驶员广泛使用“阿帕奇”直升机驾驶舱右侧的多功能显示屏（MPD）与无人系统建立连接，使用TADS控制手柄和MPD上的开关和菜单来迅速地操控无人系统。演示记录了CPG的所有开关操控活动。从记录结果来看，CPG在每次任务中平均按下609次开关，约7-8次/分钟。这部分工作量只要通过适量的训练和实践，形成肌肉记忆就可以适应。
机组人员总共提出了约50条的建议，主要是关于无人系统提示功能和符号，以及菜单显示页面的相关改进建议，例如建议将无人系统操作界面设计的尽可能类似于有人机自身传感器的操作界面，以及提高无人系统、有人机与目标之间相对位置的感知能力。
在人机工程方面，机组人员建议增加无人系统传感器的线性传动操控功能，以及将人工目标跟踪和视角选择按钮放在不同手柄上，以确保可以同时操作。
程序方面的建议包括让无人系统操作员尽早地参与任务规划行动，并将无人机相关联的内容加入航空任务规划系统（AMPS）软件中。
如今，各类“忠诚僚机”项目都提出了无人系统与高性能有人战机编组执行任务的模式。但无论今后的走向如何，有一点能明确的是，即便未来MUM-T的技术有了新的突破，或是战术战法有了创新，但有人机上的无人系统人机接口仍将是机组能否充分的发挥MUM-T新能力的一个关键。
除了要设计良好的人机接口外，有人-无人编组也取决于由人工智能技术水平所决定的无人系统执行有人机机组传达的高级指令的能力。无人系统自身一定要有在高威胁环境中某些特定的程度的生存能力及有限的通信能力，才能在完成操作员传达的高级指令的同时，再将其分解为子任务并逐一执行。无人系统还需具备任务重新规划能力，才能够在真实环境改变时即时做出调整，例如编组中某架无人系统失联等情况。
以空客公司演示的为配合欧洲未来空战系统（FCAS）开发的“智能集群”能力为例。在演示场景中，有人-无人编组进入作战空域后，无人系统根据有人机指令。编组探测到地面威胁，整个编组围绕该目标散开。地面控制员派出3架无人系统前去调查目标，当1架无人系统被击落后，由另1架补上。有人机则控制其他无人系统继续保持战位，并派出其中1架无人系统释放干扰箔条，为编组其他成员提供掩护幕。
2018年，空客公司还使用商务机和一组无人机展示了智能集群能力。地面站的人机接口采用触摸屏和拖放形式，因此未来可以将地面站的角色转至指控飞机上。机动性更强的战斗机则采用于“手不离杆操作设计”（HOTAS），与机载大屏幕和头盔显示器（HMD）相结合，利用增强现实（AR）技术来提高机组的态势感知能力。
而在陆军的RCV试验中，“布拉德利”战车的人机接口获得使用人员的好评，操作人员能够清楚地看到RCV的位置。试验结果认为需要为“布拉德利”战车上的RCV控制软件、目标识别软件增加行进间的使用功能，并尽可能将通信能力扩展到1000公里，这是在浓密森林中作战的最低通信要求。
从上述试验或演习结果能看出，无人地面车辆（UGV）要成为MUM-T中真正具有协同作用的实体所需的自主性水平是非常难以达到的，原因主要在于地面环境的高度复杂性。地形因素、灾害和人工障碍以及响应的通信障碍都导致地面成为比海洋和空中更具挑战的作战环境。尽管选择合理的波形和机载中继能力可以有效缓解这类连通性问题，但如何描述复杂地形又会带来更加难以解决的挑战。除非对目标地形进行了彻底、详尽的调查，并不断保持更新，否则地面车辆就必须依靠自身传感器和人工智能来判断是不是能够通过新出现的障碍，还是要重新规划路线。当软件无法得出确定性结论时，UGV就会停止行动并请求操作员协助。但如果多个UGV请求协助，会导致操作员无法集中注意力执行任务。
在水下域，声音、光线和无线电传播的复杂性导致远距离高宽带通信极具挑战性，因此有人舰船与水下无人潜航器间的编组更多要解决的是通信问题。