地面无人作战系统的发展现状及关键技术*

2019-07-16高明周帆陈伟

现代防御技术 2019年3期

高明，周帆，陈伟

(北京电子工程总体研究所，北京 100854)

0 引言

随着人工智能、机器学习、计算机超级计算能力等方面的高速发展，并向武器装备的渗透，未来地面战场无人化、智能化、类人化的程度将会越来越高，促使陆军武器装备体系朝着无人化的方向发展[1]。从近几场的局部战争可以看出，地面无人作战系统的投入出现爆炸式的增长，发展技术呈现颠覆性地变革，地面无人系统从遥控作战到独立自主作战，从单一自主作战到编队集群协同作战，对地面作战样式产生了巨大的影响[2]。因此，地面无人作战系统已成为陆军装备体系发展的重要内容。

1 地面无人作战系统概述

1.1 地面无人作战系统的定义和分类

关于智能化无人作战系统概念来源于2003年美军公布的智能无人化机器作战报告[3]，而对于地面无人作战系统只是智能化无人作战系统的一个分支。未来战争是体系与体系的对抗，从构建智能无人化武器体系的角度，大家普遍认为地面无人作战系统是由一些无需人直接操纵的、具备一定智能特征的、相互配合的军事技术装备所构成的有机整体，能够完成地面自行机动，实施和保障军事任务的新型武器装备系统，主要由地面无人平台、任务载荷、作战指挥控制系统、通信网络系统等组成[4]。

按照地面无人平台的自主性水平，可将地面无人作战系统归纳为四大类[5]。

(1) 遥控型

在遥控操作中，士兵远距离控制地面无人平台。遥控操作的距离可以大到士兵无法直接观测到地面无人平台运行的程度。因此，士兵对地面无人平台所处环境的感知及其在该环境中运行情况的了解，主要取决于获取远方未知环境信息的传感器。无人平台本身也没有地形推断或者军事机动能力，也无法从其他来源获取这种信息，士兵需要利用平台传感器和通信链路通过信息显示技术推测平台所在环境中的位置和运动，完成所有的感知过程。

(2) 半自主型

半自主型系统具有先进导航能力，可以通过追随战士、车辆等“引导者”留下的一系列标记在环境中运动，具有一定程度的局部态势感知能力。它可以利用地理定位信息和简单地形推断，来确定下一个标记的航向，其中，地形推断包括识别道路及其边缘、开阔地形中的可穿越路径、可避让或跨越的障碍以及其他路径规划要素。因此，半自主型系统利用一些标记并通过逐步识别的步骤规划出最优机动路径，这样大大降低了从A点到B点间机动时与操作人员交互的要求。

(3) 平台中心自主型

无人作战系统发展的理想状态就是具有自主性。在字典中，“自主”最接近的定义就是“在想法或者行动判别上独立”。单一的平台中心自主型系统在军事行动中可以获得多源信息，通过机器学习方法对环境进行学习和应对，无须更多的人工干预就完成被分配的复杂工作或任务。系统在机动过程中除了具有障碍检测与自动识别能力外，还能够探测作战区域内是否存在潜在威胁并采取避让行动、秘密机动以及攻击性自我防御，能对友军、敌军、中立者加以区分。

(4) 网络中心智能型

与平台中心自主型系统相比，网络中心智能型系统升级了一大步。在网络中心作战模式中，网络中心智能型系统具有独立的节点，通常由多个单一的平台中心自主型系统组成的编队，它们必须能从通信网络接收信息请求与行动指令。网络中心智能型系统是完全自主的极少与人进行交互，除非要进行程序设定的人工干预与通信，它可以非常详细地获取局部地形、植被、障碍及其他信息，并且具有极高的可维护性和可靠性，除了能够自我诊断外，还具备基本的自我修复能力。

1.2 地面无人作战系统的特点

随着人工智能时代的到来，地面无人作战将成为未来陆军信息化装备发展的重要内容。它将发展成不需人工直接操作而能自行完成侦察、搜索、瞄准和攻击目标的作战系统。地面无人作战系统不但具有看、听、说的功能，而且还具有某种“思维”能力,智能化、类人化程度将会越来越高[6-7]。

(1) 以C4KISR为核心的地、天、空一体化、有人/无人协同分布式网络中心战体系。直接介入高风险战斗，降低战争破坏

未来作战体系是以C4KISR为核心的地、天、空一体化、有人/无人协同分布式网络中心战体系，地面无人作战系统更多发展的是有人和无人系统组成的分布式、系统化、一体化的诸兵种合成的作战系统。智能化地面无人系统为信息化武器装备的高级形态和智能化武器装备的集中体现，具有“非对称，非接触、非线式、零伤亡”的作战特点。

现代战争中的武器装备杀伤力大、精度高、破坏力强，战场人员的生命防护受到更加严峻的挑战，不计其数的伤亡人员消耗了大量的人力和财力，国家承受着巨大的政治和经济压力。着力发展无人武器装备，并且投入到战场中，这样，可以尽量缩减作战士兵数量，降低战斗破坏和伤亡。

(2) 智能“感知神经”贯通信息传输网，智能决策实时快捷，控制与打击精确化，操作自动化

以卫星通信网、雷达通信网、野战通信网等各个通信网络汇聚而成的信息传输系统，构成了纵横交叉、畅行无阻的战场智能“感知神经”传输网，它将互不关联的分散“感触点”获取的信息有机地统一联系起来，并做到互相确认，互相证实，使士兵既能做到对战场的某个核心区域实施明确化地主动侦察探测，又能对整个战场态势进行自由感知。

地面无人作战系统的最佳体现就是系统智能化，控制与打击的精确化，操作自动化。武器系统通过探测侦察系统、所有火力单元、指挥决策系统之间实现情报信息共享，实时处理来袭目标信息和火力分配及控制，这些操作都将由平台内的微电脑系统完成，从目标检测、识别、瞄准、导弹发射都将实现自动化。

(3) 面向高危作战环境，全方位、全天候无人值守作战，隐蔽潜伏能力和机动性更强

未来作战战场将会处在冲击波袭击、化学生化、热辐射攻击等非常危险的环境下，地面无人作战系统不需考虑驾驶人员的安全、生理等约束条件，无人作战系统可以全方位、全天候值守作战。此外，系统设计以任务为中心，具有质量体积小、隐蔽性好、机动灵活、潜伏能力强等优势特点，可以大大降低保障和研发费用。

1.3 地面无人作战系统的发展现状

(1) 美国[8-10]

1) “破碎机”无人战车

2005年，美国国防部高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA)资助，美国卡内基梅隆大学的国家机器人工程中心(National Robotics Engineering Center，NREC)设计了“破碎机”(Crusher)无人战车，主要用于侦察和支援，也可以携载武器参与战斗任务。如图1所示，“破碎机”无人战车坚固耐用，低噪机动，自控操作，使其能够在1 km范围内完全自主执行搜索、侦察、战斗等任务，能够适应各种极端复杂的地形，即便在高速行进中也能轻松越过围墙、垄沟、树丛、树桩和岩石。

2) “粗锯齿”无人战车

2009年，一对美国双胞胎兄弟将研发的“粗锯齿”(Ripsaw)无人战车初步交付给美国国防部。4 t重的“粗齿锯”能够达到96 km/h的速度，并且具有足够结实不易散架的履带，技术要求非常高。“粗齿锯”由坐在另一辆车里的指挥员使用模块化操作平台对其进行遥控。如图2所示，“粗齿锯”每一块履带都可以单独拆卸下来并及时更换，这种模块化设计在对抗激烈的战场上，对于提高战损修复有着积极的作用。

3) “黑骑士”无人战车

如图3所示，“黑骑士”(Black Knight)无人战车是BAE系统公司研发的一款智能化无人战车，主要任务是实施对危险地域进行勘察、收集情报、前方侦察，也可以伴随步兵作战，提供火力支援。该型战车可以无人自主操作和手动操作，能够自动规划路线，智能躲避障碍物。“黑骑士”无人战车在黑夜和白天都能够使用。“黑骑士”无人战车的技术还存在着很多瓶颈需要攻克。例如，无人战车的可靠性问题，它既可以对敌方的步兵造成很大威胁，而这些战车在失去控制之后，也是能杀死自己人的。

(2) 俄罗斯

2015年底至2016年初，俄罗斯国防出口公司在航展上公开展示了几款新型地面无人系统，功能涵盖扫雷和多功能战斗，颇具技术特色[11-12]。

1) “乌兰”-6多功能无人扫雷车

如图4所示，“乌兰”-6总体设计紧凑，外观低矮。战斗全重5 310 kg，车长4.455 m，到顶高度1.47 m，车宽1.53 m，当车头前方安装扫雷连枷时，总宽度为2.015 m。“乌兰”-6整体外形方正，车体呈箱式矩形，车顶安装有摄像头、天线等设备，通过两个机械臂状结构与前端的扫雷工具组件相连。机械臂采用液压控制，可伸展或折叠收回。搜索地雷和未引爆弹药是“乌兰”-6无人扫雷车的主要任务，它能够触爆最高59 kg TNT当量炸药，最大遥控距离为1 500 m。

2) “乌兰”-9无人战车

“乌兰”-9的设计理念，是为陆军步兵分队、空降兵部队、特种部队、海军陆战队等多兵种提供远程侦察和火力支援。如图5所示，“乌兰”-9的战斗全重约为9 t，车体外形为箱式矩形，外形低矮、高度约为1.6 m，车长近5 m，车宽不到2 m。“乌兰”-9可以看作是安装无人炮塔的轻型坦克，其无人炮塔包括30 mm 2A72型机关炮，一挺7.62 mm同轴机枪，以及2具AT-9型轻型反坦克导弹。该反坦克导弹采用激光驾束制导和无线电指令制导相结合的方式，命中率较高，最大射程为8 000 m。

3) “天王星”-9多功能无人战车

“天王星”-9多功能无人战车用于远程侦察和火力支持全军、情报和反恐部队，战车的武器包括30 mm口径自动火炮2A72、7.62 mm机枪、“攻击”式反坦克制导导弹，如图6所示。战车装备了激光照射警告系统和发现、识别及跟踪目标的设备。

(3) 国内新型智能无人侦察攻击平台

2017年11月7日，陕西雷神智能装备有限公司首次对外公布了其自主研发的新型智能无人侦察攻击平台，如图7所示。它可用于战场侦察、测量，目标引导、攻坚打击，边境、机场、码头、仓库、港口等巡逻守卫等任务。新型智能无人侦察攻击平台兼容各种地形自主驾驶、自主跟随、远程遥控、卫星导航寻迹等工作模式。其车尾为了防止步兵偷袭，贴挂了2枚反步兵定向地雷。平台整体外观为低RCS隐身设计、低红外特征设计、反劫持设计。通信系统采用跳频、扩频结合多频段冗余链路，兼容多车自组网，同时配备我国S频段移动通信卫星监控链路。

2 地面无人作战系统的关键技术[13-14]

未来地面无人作战系统将成为有人作战系统的扩展和补充，其系统作战任务能力的发展和提高，势必需要系统总体架构、通信、识别、机动等多项关键技术的突破，才能满足未来无人战争中武器装备体系的需求。

(1) 无人系统总体架构设计技术

地面无人作战系统的框架结构和运行交互的总体技术，包括各个分系统的功能描述以及各个分系统之间的接口。目前国外开发的地面无人作战系统框架结构都能兼容无人系统联合架构。这种无人系统联合架构可以提高分系统之间的相互操作调研，它是一种标准化的无人系统信息架构，能够提高无人系统平台的标准化、模块化和系列化。如果武器装备之间的相互操作调用性能得到提高，对系统间的协同作战有很大帮助。

(2) 战车智能环境感知与自主机动技术

传统战车强调“战车、人、环境”的三维感知与交互，而地面无人战车离开了人的直接操作，它是自主机动行驶，并且要求机动能力能够适应各种复杂战场环境。为了有效地完成任务，且确保自身的生存能力，因此，地面无人战车必须具备全方位的感知能力，构建战场机动地图，方能正确的完成避障自主探索、路径规划等决策。

(3) 目标自动跟踪与识别武控技术

目标自动跟踪与识别火控系统是先进的陆战平台武控系统，也是世界各国互相竞争发展的数字电子武器系统。它能自动完成弹道计算、弹种选择、目标检测、跟踪与识别、精确瞄准等作战过程，最后击毁目标完成作战任务。

(4) 网络通信技术

地面无人系统的核心之一就是网络通信链路。地面无人作战系统与指控中心之间传输的图像、语音、命令等信息，都需要高可靠性的网络通信技术。未来战场环境含有各种电磁干扰，传输数据信息量大，亟需地面无人作战系统具有更大的带宽、抗干扰能力、通信自修复能力、系统间组网能力等。

(5) 人机交互技术

未来的无人系统无论如何发展，终究脱离不了人类，一方面，无人系统为战场战士服务；一方面，无人系统的“生杀大权”最终需要人类来决策。人机交互是为了给战士提供具有安全可靠，便于携带等特点的执行军事任务能力的辅助技术。例如指挥控制辅助决策系统、高级指挥接口、触摸屏显示器、标准易懂的图形图标，通用型人机接口等。

3 地面无人作战系统对未来战争的影响

武器装备的发展变化决定这战争形态、作战样式及军队组织结构和军事理论的发展变化。因此，无人作战系统的投入使用必将对未来战争产生重大影响[15-16]。

(1) 促使野战作战样式发生演变

无人化将是未来战场的一个特点和趋势，地面无人系统的广泛使用有可能改变未来野战的作战样式。一方面，无人作战装备将逐步代替有人装备成为战场的主要力量，令人类逐渐从战争前端后移;另一方面，单一作战平台能够发挥的作战效能有一定的局限性。因此，未来野战的作战式将逐步演变成有人/无人协同作战，网络化系统集群协同作战。

(2) 使作战手段和方法更加灵活

地面无人作战系统在未来各种战场环境下都能够适应，能够参加各种战争，使得作战的方法和手段灵活多变。它既能够独立完成作战也可以编队协同作战，对目标打击能够进行软、硬杀伤。

(3) 使地面部队的建制发生改变

未来无人作战系统将会在战场上广泛投入和应用，这样直接参加战斗的士兵数量将会大幅度的缩减，无人系统的科技含量和专业技术也将改变部队的训练计划，大量的士兵将从浴血奋战的战场转移到数字作战显控台前。