智能无人作战系统发展及关键技术*

李林林，张承龙，卓志敏

(北京电子工程总体研究所，北京 100854)

0 引言

随着人工智能、控制技术、计算技术、新材料、通信技术的发展与成熟，无人系统得到快速发展，并逐渐改变人们的生活。这一趋势延伸至军事领域，陆续发展出无人机系统、陆上无人系统、海上无人系统等，典型应用包括长航时无人侦察机，陆上探测、背负机器人，水下无人潜航器等[1]。以无人机系统为例，大型的长航时无人机通过配属不同载荷实现远距离精确打击、无人侦察等功能，作战性能逐步提升并接近传统有人机[2]；微型无人机价格低廉、携带方便、可操作性强，威胁突然性极强，对城市安防构成极大挑战。无人作战系统以其自身特点更适用于未来信息化作战条件下的“非接触”、“非线性”以及远程精确打击的需求，无人化成为未来战争的发展趋势[3]。

无人作战具有无人员伤亡的特征，且突破了人在系统中的限制，武器具备更强大的作战性能，深刻地改变现有的作战形态。美军高度重视无人系统的发展，从2000年起至2017年相继推出了8个版本的无人系统路线发展规划图，根据技术发展进程不断调整无人系统发展方向，其最新版本对无人系统的成果及问题进行了总结，对当前国际形势和未来的战争环境进行了分析，肯定了无人系统的作用与定位，规划了未来25年美军无人系统的发展规划[4]。

作为全球军事科技的引领者，美军大力发展无人作战系统将深刻影响未来战争的走向，对未来作战态势具有颠覆性的影响[5]，无人作战系统思想对防空领域的发展具有借鉴意义。论文研究国外无人作战系统现状及其主要特点，分析了智能无人作战系统关键技术，提出智能无人防空系统概念并形成初步设想，梳理总结了未来应关注的重点发展方向，为智能无人防空系统发展提供参考。

1 智能无人作战系统现状分析

智能无人作战系统技术复杂，国外已开展了系统研究，取得了丰富的研究成果，在空中形成长航时、侦察打击一体的无人机与蜂群/集群作战的微型无人机，在陆上替代人员承担排爆、全地形背负等作战任务，在海上形成用于反潜、扫雷、预警的水下潜航器与水面无人舰艇等[6]，其中集装箱式与水下无人预置式作战系统不仅具备无人作战系统无人化的作战概念[7]，还具有自主作战、智能作战、协同作战、自主保障等特点[8]，引领着无人作战系统突破现有辅助作战的局限，形成新型作战样式，影响未来战争态势[9]。在国外，部分无人作战系统经过系列试验，已具备初步的作战能力[10]，在设计与运用中呈现了一些共性特点。

1.1 国内外发展情况

(1) 国外发展情况

1) 集装箱式无人作战系统

当前陆上非固定式武器系统多采用卡车、拖车或发射筒发射，这些平台具有机动性，同时也高度易识别。集装箱式作战系统采用集装箱封装现有武器系统，具备独立的供电、通信和冷却装置，单个集装箱可连接到传感器网络和指挥控制系统，在陆地上或海上执行作战任务，具备隐蔽性的特点[11]，目前美国、俄罗斯、以色列均开展了集装箱式作战系统的研究。

美国陆军在未来作战计划中，提出了“非直瞄发射系统”(NLOS-LS)，如图1所示，设想在战场上分散部署的小型化、模块化、集装箱化的导弹发射能力，这些集装箱可适用于不同平台，混合装载了进攻和防御能力，且独立平台具备远程发射能力。

图1 美军非直瞄准发射系统Fig.1 The U.S. army’s non line-of-sight launch system

美国“网火”导弹系统主要由巡逻攻击导弹(LAM)、精确攻击导弹(PAM)和箱式发射装置(CLU)组成(如图2所示)。导弹系统采用一种独立于机动平台的箱式发射装置CLU，其内部有16个隔舱，可按需装载15枚LAM或PAM，以及1个控制装置。系统装载平台包括C-130运输机等空基平台，卡车、高机动多用途战车等，也可直接放置于地面。CLU可通过数据链与战场互联网连通，接收由其他飞机、无人机、卫星和地面传感器获取的战场态势信息。CLU既可单独使用，也可多个组成集装箱发射系统，每个标准集装箱可装10个CLU，共计150枚导弹。集装箱总质量约15 876 kg，可由集装箱装载系统和高机动重型战术卡车(HEMTT)运输，也可用民用或军用轮式车辆、火车、空中和海上运输系统机动。

图2 箱式发射装置Fig.2 Container launcher unit

图3 Club-K集装箱导弹系统Fig.3 Club-K container missile system

俄罗斯Club-K是一款集装箱导弹系统(如图3所示)，包含垂直发射和倾斜热发射2个版本，能够满足多型反舰或对陆攻击导弹发射需求，每个集装箱内部装载4枚导弹，除导弹外还包括通用发射模块(ULM)、战斗管理模块(CMM)、能量供给和寿命保障模块(ES&LSM)等。所有模块均被集成在一个标准集装箱内部，可利用公路、铁路、货轮等多种民用平台进行灵活机动部署。据报道，Club-K集装箱导弹系统已于2012年9月完成了第1次导弹发射试验，在6.1 m集装箱内发射了1枚3M24反舰导弹。

以色列“铁穹”发射装置可装载在集装箱中，并可实现无人值守作战，作战时指挥员通过其火力控制网络远程控制“铁穹”拦截弹发射。“铁穹”拦截器和发射装置现在也被部署在船上。以色列的“劳拉”弹道导弹也可以从货船上发射，展示了发射装置分散部署的概念。

2) 水下无人预置作战系统

水下无人预置作战系统是一种全新的水下装备，可以代替潜艇提前部署在关键海区的海底，长期待机，具有极强的隐蔽性，能对敌形成战略威慑[12]。水下无人预置作战系统是美军构建水下非对称优势，实现战略突袭的典型装备。美国海军正迅速推进技术研发，已先期开展了多个项目，包括“大容量拖曳式载荷模块”“海德拉”“深海浮沉载荷”等，旨在依靠水下载荷实现对地、反潜、反舰、防空等功能，此外平台还可以携带水下能源补给站、水下通信中继节点等设施，实现功能扩展。

“大容量拖曳式载荷”模块载荷平台可由“弗吉尼亚”级攻击核潜艇拖带至前出阵地，通过锚定的方式固定在大陆架的海床上，一次可停留4～5个月时间，模块可装载电源模块为长航时无人巡航器充电，也可配备被动声学传感器和可回收通信浮标，作为“全球监视与打击”持续ISR网络的节点使用。

“海德拉”旨在以低成本开发一套海底无人发射系统，该系统由“海德拉”标准化艇体、无人机和无人潜航器模块化载荷等组成，其中“海德拉”标准化艇体可将这些负载隐秘地运送到前线，整个系统具有扩展性、经济性与灵活性等，该项目预计2018年完成试验验证。

“深海浮沉载荷”项目旨在研发一型可在和平时期由舰艇或飞机预先部署、长期在深海休眠，必要时执行非致命性任务的低成本系统，为海军提供可在广阔海域分布式部署的小型化、低成本有效载荷发射技术，解决无人系统部署、投放等问题，任务载荷借助特殊密闭舱常年存储在深海海底，必要时通过远程控制激活，发射装置上浮至海面，并自主发射携带的有效载荷。该项目2016年6月完成运载器测试。

(2) 国内发展情况

国内多家单位开展了无人作战系统的研究，主要以技术验证与概念设计为主，其中无人作战系统实验室展示过一款基于59式坦克改装而成的无人战车，不仅可在人的操作下完成预定操作，也可独立完成基础战术动作，显示了国内相关单位的技术积累。

1.2 主要特点分析

集装箱式作战系统与水下无人预置作战系统虽然应用领域不同，但在自主作战、分布式协同、状态自我监测、恶劣环境部署、免维护长期作战、新质能力形成等方面具有共同的特点，详细介绍如下。

(1) 自主作战

集装箱式与水下预置式作战系统由外部结构整体封装，内部具备完善的信息获取、数据处理、作战实施等，具备自主作战能力。2种系统在平时预置在重点区域，利用声呐、电磁等手段对控制区域进行监视；战时可快速接收外界指挥信息完成远程唤醒，或根据程序自主感知完成唤醒，快速进行作战模式，实现外部信息综合判断、战备状态转进、战场态势研判、作战自主决策、自主打击实施等。

(2) 分布式协同

体积及高度集成化的设计削弱了无人作战系统的能力，两型无人作战系统均以分布式协同作战弥补单个作战系统的不足：基于可靠高效的通信系统及开放式构架，无人作战系统与指挥所、无人作战系统间实现连接，以网状节点分布的形态实现大区域的协同作战，由多个平台数据共享、协同配合实现传统的单复杂系统功能，是一种新型的作战形态。

(3) 状态自主监测

集装箱式与水下无人预置作战系统的突出优势是可进行长时间自主作战，因而配备有完善的系统状态自主监测系统。系统能实现全寿命周期内的远程、实时数据采集、状态监测、故障检测、定位与辅助分析决策、健康管理与维修保障等功能，并可根据作战体系快速转换，实现保障任务自主规划、保障态势自主感知、保障过程自主控制和保障指挥自主决策，适应高速作战节奏，降低保障资源依赖和保障成本，提高保障效率。

(4) 恶劣环境部署

两型作战系统均具备完善的外部防护结构，可经受高温、高压、高腐蚀的环境，因而适合部署于人迹罕至的极端区域。此作战模式排除人自身条件限制，扩展了现有作战范围，具备更好的隐蔽性与生存能力，根据作战需求实现大规模部署。

(5) 免维护长期作战

自主作战与恶劣环境部署能力使得两型无人作战系统具备免维护长期作战能力。模块化设计与一体封装使无人作战系统功能简单，可靠性高；通过自主作战、自我状态感知等特性，无人作战系统能实现24 h不间断作战值班，提升连续作战能力。

(6) 新质能力形成

前出隐蔽部署、无人自主作战等特征，使两型无人作战系统相比于传统装备，在作战形态、作战运用、作战流程、作战能力上均具有颠覆性意义，其即时反应、高效执行、隐蔽作战等优势可改变现有的战争走向，形成新质作战能力。

2 智能无人作战系统关键技术

无人作战系统的蓬勃发展反映出其作为一项极具潜力的前沿科技，将在未来战争中发挥重要作用，而关键技术是支撑智能无人作战系统的核心，其发展水平决定着系统的发展方向。分析现有无人作战系统特点，总结出自主感知技术、智能化任务自主任务规划与决策技术、分布式协同作战技术、无人自主打击技术、高可靠性通讯技术、自主保障技术等关键技术，各技术内涵及国外相关研究情况如下。

2.1 智能感知技术

感知技术是指完善的信息获取、使用机制，通过各种通信手段接收自身探测或外部信息支援的数据，如天基、海基、空基等卫星、预警机、无人机等信息源。丰富的信息用于无人作战系统自身进行任务规划、目标分配与决策打击等。监测是水下无人预置作战系统的基础能力，配属不同的探测载荷实现不同物理量的探测。集装箱式无人作战系统自身探测能力有限，依靠通信手段获取外部信息支持可扩展其作战能力。为实现多源信息综合利用，美军提出了作战云的概念，美国《航空周刊》描述了五角大楼由网络中心战向作战云发展的设想：在轨太空侦察/通信/导航卫星、空中预警机、F-15/16等4代机，海面航母战斗群，与深入敌方纵深空域的F-22/35 隐身战机、RQ-180无人侦察机和新型远程隐身轰炸机等多维作战单元，在作战云的联接下形成一个高度融合的作战体系。

2.2 自主任务规划与决策技术

自主任务规划与决策技术是集装箱式与水下预置式作战系统实现自主作战的关键技术，通过智能化技术实现，即在一定程度上模仿或代替人的思维，对获得的外界信息进行分析判断和处理，制定任务并实现作战决策。美军已在多个项目中验证自主任务规划与决策技术，如2016年美军开发出充当配合空军长执行任务僚机的智能飞行员“阿尔法AI”，和人类飞行员相比，“阿尔法AI”在空中格斗中快速协调战术计划的速度快了250倍；美海军的X-47B无人作战飞行器是历史上第1架无需人工干预、完全由电脑操纵的隐形无人机。NASA喷气推进实验室开发了机器人智能指挥与感知的控制体系架构(CARACaS)技术，利用该技术，美国海军无人水面艇“蜂群”无需人的干预就能自主行动，包括无人艇相互之间的同步、航线规划、蜂拥拦截敌人、保护己方舰船等[13]。

2.3 分布式协同作战技术

分布式协同作战指利用集成化的网络，更加灵活、更有弹性和个性的分散化部署。为支撑以集装箱式、水下无人预置式为代表的无人作战系统协同作战样式的实现，美军积极研发分布式协同作战技术，在其2013年无人作战系统路线图中，美国国防部提出两种分布式协同技术备选方案：一是定义标准化通用接口，实现各类无人作战平台的有效接入；二是增强无人系统数据处理能力，可对各种数据格式进行接收与处理，减轻系统的处理负担。2015年，DARPA公布体系集成技术及试验(SoSITE)项目，该项目将利用现有航空系统的能力，使用开放系统架构方法在各种有人和无人平台上分散关键的任务功能，如电子战、传感器、武器、作战管理、定位导航和授时以及数据链等，并为这些可互换的任务模块和平台提供统一标准和工具，如有需要可以进行快速的升级和替换，从而降低系统的研发成本和周期，并使得美军运用新技术的能力远快于竞争对手。

2.4 无人自主发射技术

集装箱式与承担打击任务的水下无人预置式作战系统在实施打击时，需依托自身的系统完成导弹发射，无人自主发射技术是其基础技术。无人自主发射技术在日常时可安全可靠地存储导弹，在接到打击指令或自主完成作战决策后，自动开启发射流程，完成导弹自检与发射。目前自主发射技术较为成熟，在国外多个无人机型号中得到应用。

2.5 高可靠性通信技术

信息交互是无人作战系统获取作战信息的重要途径，也是实现协同作战的基础，无人作战系统通信技术应具备高可靠性、足够的带宽、可灵活接入的动态特性。为支撑无人作战系统的通信需要，美军开展了针对性的研究。2015年DARPA发布满足任务最优化的动态适应网络(DyNAMO)项目[14]，旨在开发网络动态适应技术，保证各类航空平台在面对敌主动干扰时，能在一定安全等级下进行即时高速通信；DARPA发布的拒止环境中的协同作战(CODE)项目公告中提出通过发展新型软件和算法，提高现有无人机在高对抗环境中的自主性和协同作战能力，同时降低对操作人员数量及成本的要求。

2.6 自主保障技术

自主保障是集装箱式与水下无人预置式作战系统长期可靠作战的基础，有迹象表明美军正开发敏捷化精准保障技术，技术以人工智能和大数据知识库为基础，灵活调度各种保障资源，实现对武器系统全寿命周期内的远程、实时数据采集、状态监测、健康管理与维修保障等功能，降低保障资源依赖和保障成本，提高保障效率。

3 对智能无人防空系统发展的认识

3.1 未来发展的初步构想

现阶段美国、俄罗斯等军事强国快速推进支撑智能无人作战系统的关键性技术[15]研发，如自主感知、自主任务规划与决策、分布式协同作战等。参考无人作战系统的作战概念与效益，智能化无人防空系统作战应用潜力巨大，是未来防空作战的发展方向。借鉴现有无人作战系统技术及概念，智能化无人防空系统的一种通用集装箱式平台，平台内功能组成见图4，其特征如下：具备完善的信息获取能力；可自主完成目标识别、作战任务规划、作战决策、自主发射等功能；适应不同环境实现多域部署；单个平台可独立完成防空作战，多平台间协同作战可扩展防空能力；具备自主监测、自主保障功能，可免维护实现长期可靠作战值班。为实现上述功能，应结合防空作战的特点，关注影响核心能力的技术方向发展。

图4 智能无人防空系统功能构想Fig.4 Functional assumption of intelligent unmanned air defense system

3.2 未来应关注的重点方向

防空作战面临的目标多样、信息复杂，且目标不断变化，因而对信息感知的连续性、目标识别的可靠性、作战决策的实时性要求苛刻，这对支撑智能无人防空系统的基础技术提出严格要求。

(1) 防空自主感知技术

通过自我感知与外界辅助感知2个途径满足智能无人防空系统需求：自我感知方面，关注无线电波、可见光、红外、激光、声波等信息源探测技术；外界辅助感知方面，关注空、天、海多域信息源网络化综合感知技术，同时关注高可靠性通信技术的发展，以满足高密度、低延时、高保真的通信需求为目标。

(2) 防空自主识别技术

关注多源信息融合识别技术，能够综合利用无人防空系统接收的天基、空基或地面控制站的信息，及自身传感器获得的地理信息和敌方武器发出的声波、无线电波、可见光、红外、激光等信息，经计算机快速处理，确定战场环境中出现的威胁。

(3) 防空自主任务规划决策技术

重点关注无人状态下防空系统指控功能的自主实现，关注探测信息融合、态势感知与目标识别、自主决策与作战实现等技术，以高效、安全、可靠地满足新作战样式需求。关注域内协同打击、跨域协同打击作战样式，及涉及的武器协同、平台协同技术，实现“一对一”“多对多”高效协同防空能力。

(4) 防空自主发射技术

以集装箱为作战平台，实现武器自主发射前检查、发射控制、发射能源保障等功能，应关注防空作战自主发射相关技术发展，如无人发射控制技术、能源保障技术、长期可自维持系统技术等。

(5) 自主监测与保障技术

自主监测与保障技术是保证无人作战系统长期可靠性工作的基础，未来应关注系统功能状态采集、健康管理、自我修复、自主决策与保障实施等关键技术，同时基于人工智能与大数据的发展，探索形成智能化保障与故障监测能力。

4 结束语

随着技术的进步，无人作战系统在连续作战能力、计算能力、自主化水平、可靠性等方面不断发展，将进一步融入到陆海空各领域，消除了人的限制，作战系统反应速度、作战能力将得到极大提升。论文研究智能了无人作战系统现状，梳理了其主要特点及关键技术，提出了智能无人防空系统发展的初步构想与关键技术方向，成果可用于智能无人防空系统发展参考。智能无人防空系统是一项极具潜力的作战概念，后续还需要加强进一步的投入，期待通过不断研究使其早日应用实践，在未来无人作战环境中发挥重要作用。