无人机协同作战及关键技术研究

【摘要】随着无人机各方面性能的迅速提升，作战功能不断扩展，有关无人机作战的新理念也从层出不穷。无人机协同作战理论的提出备受关注。从作战应用来看，无人机协同作战能有效克服单机行动时出现故障或战斗损坏、观测角度的限制以及执行攻击任务成功率低等问题，这就要求解决和完善无人机协同作战的关键技术问题。本文重点阐述了无人机协同作战中的系统控制技术、信息融合技术、通信技术以及战术决策和火控结算技术，为未来无人机发展提供一定借鉴。

【关键词】无人机；协同；系统控制技术；信息融合技术；战术决策与火控解算

1.协同作战的优势

为弥补单架无人机的不足，国内外都提出了各种各样的无人机编队飞行概念，随着技术的不断发展，又提出了协同作战理论，提升了战斗力，使无人机协同作战成为重要的发展趋势。主要优势有：扩大搜索范围、提高侦查精度、提升整体作战能力以及减小飞行阻力，增加飞行距离等。

2.关键技术

进行协同任务时，各无人机单元要能够排除干扰，在复杂的条件下协调完成作战任务，实现无人机之间的快速、无缝的连接。为了完全发挥这些优势，涉及的关键技术有：协同系统控制技术、信息融合技术、通信技术及战术决策与火控解算技术等。

2.1 系统控制技术

虽然目前的自主控制技术已经允许无人机在没有人为干涉或干涉极少的情况下完成整个任务过程，但用于无人机的协同控制则需要对速度、存储容量和从训练与经验中获得的反应能力等方面进行改善。未来的联合无人空中作战系统（J-UCAS）要把一个战斗机飞行员的训练和经验灌输到一个用于协同作战处理器，就等同于在一个很短时间内完成协同飞行后的下载。实现该目标要依靠驱动处理器技术的发展和算法的革新。建立自主协同作战系统如图1所示，进行无人机协同控制。自主处理系统（ACMS）的运行步骤如下：针对每项任务，创建一个任务管理器和定制的任务规划器，形成自主实体群(如飞行器等)执行任务。由任务管理器执行群推理，并与请求任务的实体进行通信，而各实体、平台执行个体推理并在任务群之间进行通信。如果任务不能按照预期进行，任务管理器重新“招标”部分或全部任务，以满足任务需求。所有平台内部及平台与地面站之间的交互都使用分布式方法，通过基于事件的多跳传输协议发送信息进行管理。当发生诸如到达某一路径点、完成某项任务或者检测到机载故障等特别事件时，自主平台将执行其分配的职能或任务，并与组内其它自主平台进行通信。平台也将定时报告其任务进展情况，以更新ACMS中的其它模块(或通过外部数据接口更新全局模型)。机群在预规划阶段将自主规避路径冲突。但是为了避免意外事件(如天气情况及故障等)造成的影响，临近位置的自主飞行器群也要根据实际情况对彼此位置做出相应的反应。

2.2 信息融合技术

在协同作战中，单个无人机上的单一传感器不能满足战场要求，这就需要多架无人机上的多种传感器协同工作，以扩大探测空间，做优势互补。目前面临的挑战是如何将不同的系统联系起来以形成具有内聚性的合作信息环境。因为从单个系统来看，这些系统都非常有效，但却随着时间独立发展。美军通过因特网解决这一问题——建立全球信息栅格(GIG)。全球信息栅格被定义为所有信息技术基础结构，为战斗人员提供所需的及时准确的信息以确保作战的胜利。所有的系统都能能够与全球信息栅格建立互通关系。新的无人机系统从一开始就应该被设计成与全球信息栅格相符合。

对于我们，需要创立无人机系统的网络接口。无人机系统通过连接网络而成为网络的一部分，使各单元之间的信息兼容。建立和扩展互操作和标准化所进行的大量工作将支持所有无人系统的互操作。为支持平台间网络中心数据共享，将建立通信标准并提供基础设施和组件。联合指挥和控制接口将为无人系统平台问态势感知和任务信息交换提供标准联络工具和程序。情报、监视和侦察(ISR)和其他应用所特有的数据和产品标准将进一步支持相关信息的交换，尤其是采用横向融合技术创新，通过一个不同平台间资源的协调应用，产生一个较大的倍增效应。无人系统开发商必须致力和基于这些更大范围的工作，提供更高水平的互操作性，满足协同作战的要求。

2.3 通信技术

无论是中转网络还是主要网络平台，这些网络技术的发展对于无人机协同作战的迁移途径和提供网络服务的能力而言是至关重要的。高空飞行的无人机，例如“全球鹰”或“捕食者”，具有覆盖网络中枢和中转网络的能力。为了提供这些服务，应用于协同作战分队，网络化的通信系统必须具有提供大容量、稳定性、可靠性、强大的联通性和互操作性等能力。发展上述关键技术主要包括：大容量的定向数据链路；模块化的可编程路由器体系结构；具有大规模处理能力的大容量路由器——基于IP的耐用型宽带路由器；标准化的协议和接口；移动Ad-hoc网络的准稳定网格——拓扑管理的需要；跨平台网关的功能；性能增强的服务器；嵌入式的信息安全、网络安全；各平台上的多种链路接口和类型。

既然大型稳定无人机平台是为战场提供主要服务的理想选择，那么小型无人机可以在较小规模的基础上提供类似的网络性能和服务。最终达到统一的协同作战标准。此外，无人机平台在使用以网络为中心的通信系统为士兵提供网络中心服务的同时，也利用网络增强了平台自身的性能。

2.4 战术决策与火控解算

战术决策是以多元传感器数据融合、无人机之间的通信和信息资源共享为基础，由战场态势数据确定目标对己方各机的威胁和己方各机对目标的威胁程度来确定攻击目标的次序。活力分配是指在威胁等级判断和目标优先排序的基础上，给需要攻击的目标分配适当数量的弹药。火控解算是对已选定的目标实施攻击的前提，主要包括中、远距离导弹攻击区，火力控制住单元、武器制导指令和雷达扫描中心的计算等。

3.结束语

无人机协同作战是适合现阶段技术水平的作战方式。现代战争中，由于战场环境瞬息万变，打击一些稍纵即逝的目标和时间敏感的目标已经成为作战的关键，需要在侦察到目标后且在其重新隐蔽之前，立即做出判断，对其进行打击。提高无人机之间的通信带宽和数据传输率、改善智能辅助决策系统的功能、优化无人机之间的交互控制接口、提高任务规划系统算法的计算速率以及改进传感器的功能已经成为加强无人机协同作战能力的关键因素。目前，有人机与无人机协同作战的概念尚不完善，协同作战的技术需要认真地进行研究，以实验、试验为基础，以仿真为辅助的研究工作需要不断地循环深化，以更好的适应未来作战需求。

参考文献

[1]U.S.Department of Defense.Unmanned Systems Int-egrated Roadmap FY2011-2036.

[2]U.S.Department of Defense.Unmanned Systems Integrated Roadmap FY2009-2034.

[3]U.S.Army.Unmanned Aircraft Systems Roadmap 2010-2035.

[4]Headquarters,Department of The Army.Army Unmanned Aircraft System Ooperations.

作者简介：

杨钦诃（1987—），男，内蒙古呼和浩特人，武警工程大学研究生管理大队在读硕士研究生。

罗卫兵（1969—），男，湖南益阳人，博士，武警工程大学教授，研究生导师。

陈娇叶（1989—），女，河南南阳人，武警工程大学研究生管理大队在读硕士研究生。