智能化作战条件下的无人机系统应用及其关键技术

2021-04-11张明杰盛耀威

甘肃科技 2021年4期

张明杰，盛耀威

（1.解放军69250 部队，新疆乌鲁木齐 830000；2.郑州日产汽车有限公司，河南郑州 451191）

近年来，以移动互联网、云计算、大数据、仿生技术、机器学习、计算机视觉技术等新兴技术，正加速推进战争形态由机械化、信息化向智能化方向演进，传统以人为主的战法逐步被AI 的模型和算法所替代，战争即将进入无人系统自主对抗的智能作战阶段。无人机系统的智能化发展，使无人机系统作战的实战化程度不断提高，并逐步走上战场，拉开智能化作战的序幕。

1 智能化作战的主要特征

智能化作战运用智能化的武器装备平台，利用智能化的网络支撑，进行智能化的分析决策，在作战指挥、战术运用等领域呈现出与机械化、信息化战争不同的鲜明特征。吴明曦认为智能化战争呈现出分布式部署、网络化链接、扁平化结构、模块化结合、自适应重构、平行化交互、聚焦式释能、非线性效应等特征，制胜机理颠覆传统。王鹏认为智能化战争有以下特征：目标重心是“制智权”、武器装备“自主化”、作战空间“全维化”、交互方式“无人化”、指挥决策“超脑化”、战场支撑“云计算”。赵荣春等认为智能化作战主要有四个显著特征：指挥高效化、操作自动化、打击精确化、操作自动化。智能化作战与信息化作战相比，制胜机理已经发生了显著变化，主要表现为智能自主。

1）智能感知战场态势。随着物联网、遥感与地理信息技术、计算机视觉技术、卫星实时通信、大数据等技术的应用，侦察装备发生质的变化，基于人工智能技术的侦察装备能够处理智能分析判断战场态势，通过智能化情报处理平台，自主获取敌、我、友兵力兵器部署和战场环境等情报信息，实时生成融合态势，并能预测下一步态势。

2）智能任务规划决策。根据战场实时融合态势，利用基于人工智能的作战系统，根据上级作战意图，依托作战数据库、大数据分析、云计算、深度学习算法、神经网络算法、决策树技术等技术，设计可靠的作战模型，生成多种作战方案，综合运用智能博弈工具进行模拟推演，并对结果进行评估优选，确定最佳作战方案，并进行规划决策。

3）智能实施作战行动。智能化的武器装备在智能化作战体系的支撑下，根据作战方案及计划，借助强大的算法能力和算法模型，自动实时侦测、识别实际目标信息，并对目标实际情况进行进一步的认知。根据战场态势的变化，能够自动推理修正，自主判断情况，模仿人的行为进行决策并完成任务。

4）智能协同作战联动。智能化武器装备依托智能化作战体系，组建分布式通讯网络，通过共享情报信息，快速准确地进行战场信息处理，围绕统一的作战目标，以网络化、体系化的形式，自主协同任务规划，自主同步地调整各武器装备的作战行动，共同完成作战任务。

5）智能评估作战效果。智能化作战体系能够依托基于高效的传感器设备、大数据、云计算、深度学习、人工智能等技术对目标区域的多源海量数据进行分析比对，精准获取目标毁伤效果，自主快速完成多手段打击效果的评估、反馈，并依据效果对评估模型进行迭代，并做出下一轮打击决策。

2 无人机系统在智能化作战中的应用浅析

作为智能化作战体系中的一部分，未来适应智能化作战的无人机系统也必须智能化的，不是仅仅依靠操作人员的指令而被动行动并执行任务。在智能化作战条件下，无人机系统应用主要体现在单机飞行智能化、协同作战智能化和运筹决策智能化。

2.1 飞行控制智能化

目前主流的无人机系统主要基于地面控制站进行远程遥控或者程序化的自动控制来完成飞行控制，离不开操作人员的干预，谈不上独立自主，更谈不上智能化。飞行控制系统是无人机系统的核心组成部分，飞行控制系统的性能好坏直接影响到无人机系统的性能和完成任务的能力。智能化作战条件下，无人机在面向高动态、实时、不透明的任务环境时，要利用智能探测遥感技术，实时智能感知外部环境和战场态势，结合无人机自身状态信息，采用凭借计算能力和算法模型自主做出判断决策，实现如环境感知、规避障碍物、智能空域整合、智能容错飞行、自动识别目标属性、实时路径规划、目标实时跟踪、自主判断并选择正确应对措施等具体功能，从而实现无人机系统自主飞行并智能完成侦察、机动、防护等任务。

2.2 协同作战智能化

针对不同的作战场景，智能化作战体系集成了不同的智能化武器装备，共同完成作战任务。在智能化作战体系中，主要包括无人机和有人机的协同作战、无人机和其他武器装备的协同作战、无人机和无人机的协同作战等等。无人机和有人机的协同作战一方面可以使作战能力倍增，另一方面利用无人机实现对有人机的保护，具备智能化回避风险和联合攻击目标的能力，从而提高体系作战能力。无人机与其他作战无人装备协同作战是智能化作战体系的重要作战模式。比如，无人机与巡航导弹协同作战时，能根据预设的作战任务，基于战场环境的变化，依靠大数据、云计算、基于人工智能的作战模型能够自主判断并完成作战协同。无人机与无人机协同作同主要体现为多机协同智能作战，特别是无人机集群作战。基于数据整合、人工智能、协同交互、集群控制等技术的发展，使得数十乃至成百上千架规模的无人机通过智能化协同、自主化动作，完成单个平台难以完成的作战任务。类似“蜂群”的无人机集群作战给传统进攻和作战样式带来极大的挑战和颠覆，将成为未来智能化作战体系的重要作战手段。

2.3 任务决策智能化

目前的无人机系统在执行作战任务的时候，需要预先设置好任务规划，操作人员在地面控制站通过屏幕远程操作，依靠设备回传的图像和数据判断战场态势与目标状况，作出人工决策，通过操纵台完成好各项任务。这种无人机系统难以完成复杂的作战任务，如果误判形势做出错误决策，还会造成重大损失和平民伤亡。为适应未来智能化作战的需要，需要实现无人机任务规划决策系统的智能化，从而提高智能战场条件下作战能力。智能化作战条件下的无人机系统在分布式智能化情报信息网络支持下，借助超强的计算能力和大数据支撑，利用基于人工智能的算法模型，进行多元情报智能判读和信息融合，通过机器学习、知识挖掘、智能发育等能力，评估战场态势、自动生成任务规划，优化作战方案、智能自主决策。

3 智能化作战条件下的无人机系统关键技术分析

随着科学技术的进步，智能化无人机系统将成为智能化作战体系中的重要组成部分，加强对智能化无人机系统技术研究的研究是当前各军事强国研究的关键方向。智能化作战条件下的无人机系统关键技术主要包括：智能态势感知技术、智能自主控制技术和智能协同交互技术。

3.1 智能态势感知技术

智能化作战，战场中充满各种各样的武器装备通过混合编队、集群作战等，加大了战场的复杂性、不确定性。智能态势感知技术着眼于未来复杂、高度动态变化的战场环境，建立以大量终端上的各类传感器为核心的侦察监视系统，通过高速战场信息通信网络构成的情报传输系统，利用战场物联网、云计算、信息融合与共享、数据挖掘、数学建模等人工智能技术，实现无人机系统感知战场态势的瞬息变化，并进行分析和判断。知彼知己，百战不殆，智能态势感知是智能化作战体系中的“千里眼”和“顺风耳”，让我们及时准备地掌握瞬息万变战场态势。在“暴露就可能意味着毁灭”“感知即摧毁”时代，智能态势感知技术让无人机系统在战场上抢占先机，提高生存能力和作战能力，从而完成作战任务有重要意义。智能态势感知技术是智能化作战中无人机系统智能自主控制和智能协同交互的前提，如果没有可靠的态势感知，无人机系统就难以做到复杂环境中的自主控制和协同交互。目前国内外相关领域专家通过战场物联网、大数据及数据挖掘、信息融合与共享、知识库与专家决策系统、动态树结构、复杂环境认知与推理技术、非结构化环境感知技术等手段实现能够适应智能无人机系统的战场感知能力。

3.2 智能自主控制技术

未来智能化作战，战场环境复杂，威胁目标多样，战斗场面激烈，作战任务繁复。无人机系统在不可预见的危险环境中工作，极易出现无人机失联失控的紧急情况，这需要无人机系统能够智能根据战场态势，智能自主控制无人机完成作战任务。无人机智能自主控制系统能模仿人类智能感觉、思维和行动的规律，主动处理无人机对象所面临的高度复杂的状况。智能自主控制技术主要包括智能化飞行控制技术、智能化火力控制技术和智能化任务规划技术，是实现未来无人机系统发展核心领域，是实现多机编队、协同作战的基础。同时为了提高无人机智能自主控制的能力，提高对意外事件处理的应对能力，还要开展集成自主系统的智能计算、智能目标检测与跟踪、单无人机智能自主控制、多无人机系统智能协同自主控制、自主故障诊断和自主控制重构等方面的研究。

3.3 智能协同交互技术

随着人工智能等科技的发展，越来越多的无人作战系统投入实战，运用无人机与有人机协同作战、无人机与巡航导弹等武器协同作战、多架无人机协同作战特别是无人机集群作战构成相互协作、优势互补、效能倍增的协同作战系统，将是未来智能化作战的主要模式，已成为世界军事强国关注的热点和研究应用的方向。执行协同作战任务的无人机、有人机及其他武器装备相互分享、分配、分组作战信息资源，并迅速、准确地做出协同侦察、协同预警、协同探测、协同攻击、协同拦截、毁伤评估或者退出攻击等决策战术任务，通过协调一致的配合，共同完成较复杂的任务。智能协同交互技术的主要包括：协同态势感知技术、信息交互与通信技术、作战云技术、智能决策与智能攻击技术、集群协同作战技术、学习与进化智能技术等。