未来有人机/无人机智能协同作战顶层概念思考

2021-05-26张旭东孙智伟吴利荣郝明月

无人系统技术 2021年2期

张旭东，孙智伟，吴利荣，郝明月，尹航

张旭东1，孙智伟2，吴利荣1，郝明月3，尹航1

（1. 中国人民解放军96236部队，北京 100085；2. 西北工业大学无人机所，西安 710072； 3. 海鹰航空通用装备有限责任公司，北京 100074）

无人机已成为现代与未来战争中不可或缺的重要力量，正在逐步改变作战样式，并可能颠覆战争形态。有人机/无人机智能协同作战使无人机更好地融入作战体系，不仅能充分发挥无人机的作战能力，更可进一步实现体系效能增强的作用。从有人机/无人机智能协同作战的概念和军事需求出发，分析总结美军智能协同作战的发展现状和特点，针对未来有人机/无人机智能协同作战顶层作战概念，从核心思想、作战目的、作战性质、实施方案、行动准则、能力需求等方面进行思考，进而推进以顶层作战概念牵引协同作战的发展。

无人机；协同作战；作战概念；行动准则；能力需求

1 引言

无人机是人工智能、信息等当前热点技术的天然载体。随着这些技术的不断发展，无人机智能化不断提高、自主性不断增强、信息获取能力不断提升，无人机作战运用从单机作战向集群作战、协同作战演进，进而推动无人机的作战运用模式发生变革，无人机成为新时代背景下联合作战不可或缺的重要力量。

有人机/无人机智能协同作战，首先是要实现有人装备和无人装备的互联互通，只有在此基础上才能实现互享和互操作，进而实现协同作战；其次，无人机的智能自主等级也是影响协同作战运用方式的关键因素，随着无人机智能自主性的提升，其从信息交互的简单运用发展成有人装备伙伴，人的负担减轻，作战样式更加灵活多变；最后，先进的作战管理能够对智能协同作战起到促进作用，帮助人认知战场态势、辅助决策、管理无人资源，从而将有人装备和无人机形成有机整体，协同作战。因此，有人机/无人机智能协同作战的内涵是有人装备与无人机凭借先进的体系架构，在网络通信的基础上，依托智能自主能力的发展，在先进作战管理的支持下，有人装备和无人机互联互通互享互操作，密切协同执行任务的作战模式。协同作战将充分发挥人的决策优势与无人机本身优势的互补作用，丰富有人机任务域、提高有人机生存力、提升作战效能，结合产生新的作战优势[1-9]。由此，它能促进无人机融入联合作战体系，发挥无人机效能；实现装备结构优化和体系增效，发挥不同类型装备优势互补作用；适应复杂战场环境，提高装备生存能力；推动无人机技术持续发展，顺应世界军事发展规律；解决各兵种对无人机协同作战现实问题，提高作战敏捷性。有人机/无人机智能协同作战，牵引无人机与新技术深层融合发展进而催生新质作战能力，促进装备形态快速成型，使无人机充分满足未来高强度高烈度战场环境下的作战需要，更好地融入作战体系。

2 美军有人机/无人机智能协同作战现状及特点

2.1 重视顶层规划，不断发布新概念和技术攻关方向

在无人机协同及有人机/无人机智能协同作战领域，美国毫无疑问地走在了世界的前列，多版无人系统路线图都明确了无人机与有人装备进行协同作战的发展方向[10-11]。美国《2011—2036年无人机系统综合路线图》中明确把有人机/无人机编队飞行技术列入未来重点发展技术中，《2017—2042年无人系统综合路线图》对互操作性、人机协作等协同技术进行了深入的探讨和规划，协同作战的能力等级逐渐提升，牵引着技术更加向前发展。在美国空军、DARPA等机构的支持下，美国开展了多项无人机协同项目[12]，其中典型项目包括有人/无人系统技术项目（AMUST）、有人/无人协同编队控制、战术管理系统项目（TBM）、无人机控制最佳角色分配管理控制系统（SCORCH）、“忠诚僚机”项目和拒止环境中协同作战（CODE）项目、“空中发射效能系统”（Air-Launched Effects System）、小型空射诱饵无人机等众多研究，有力地推动了未来空战作战模式的发展。2015年，美空军正式向工业部门发布“忠诚僚机”征询书，标志着“忠诚僚机”研究正式启动[13-14]。

2.2 重视基础标准研究，进而使目标能力和路径更为清晰

美军重视基础标准研究，由美海军制定的协同控制等级定义，规定了有人平台控制无人机的5级标准，由低到高，能力逐渐增强。其中，级别1为有人机通过无人机控制站间接获取无人机传感器数据；级别2为有人机直接从无人机获取传感器数据，无需其他平台中转或处理，可减少延迟和数据丢失；级别3为有人机可对无人机载荷和传感器进行控制与动态任务分配；级别4为有人机具备除起降外所有无人机控制能力；级别5为有人机具备从无人机起飞到降落的全功能控制能力。随后，该标准被STANAG4586标准沿用，并推广至北约国家[15-18]。通过基础标准研究，美军清晰描述了有人机与无人机之间从有人机与地面站的信息交互，发展到有人机对无人机的全功能控制，隐含着协同作战样式的深入发展，进而明晰有人机/无人机协同作战技术的发展路径和阶段，对协同作战技术迈向实战起到促进作用。

当然，控制等级定义不等于协同等级，随着人工智能的快速发展，在有人机实现了对无人机的全功能控制后，无人机应该能够智能自主地主动与有人机进行更深入的智能协同作战。

2.3 发挥技术优势，通过集成验证推动协同作战技术不断发展

美空军与洛马公司“臭鼬工厂”等合作，开展“忠诚僚机”技术验证，项目名称为“海弗‒空袭者”（HAVE Raider），已经完成两个阶段的验证试飞：第一阶段聚焦飞行控制，第二阶段聚焦任务能力[19]。DARPA在2014年提出了分布式作战管理项目（DBM），可以协助飞行员在通信受限的反介入环境下，依靠控制算法和辅助决策，有效地管理无人机等作战资源，保持继续执行任务的能力。在演示验证中，该系统表现良好，当通信中断后，任务还可以继续按计划进行，验证并推动了整个项目的发展[20]。美军开展了跨5个军种的“战术作战管理系统（TBM）”项目，用以采用人工智能技术的软件系统，协调有无人空战编组内的跨平台协同关系，提高强对抗环境中的可操作性。DARPA与洛马公司合作的“体系集成技术与试验项目”（SoSITE），通过飞行试验，验证了有无人系统进行快速无缝集成的能力。2020年12月，美国空军的F‒22、F‒35和空军研究实验室的XQ‒58A无人机在亚利桑那州的尤马试验场进行了飞行试验，验证了使用“GatewayONE”技术将无人机作为通信节点，使F‒22、F‒35和无人机进行数据融合与协同作战。

美军进行的一系列演示验证项目，聚焦攻克关键技术。既对技术进行了验证又通过实际验证暴露问题，并从实飞中探索新的作战运用模式，进而牵引有人机/无人机协同作战发展，并在实际演示验证过程中不断地明确军事需求。

3 有人机/无人机智能协同作战顶层作战概念

3.1 概念提出

为应对潜在的威胁，顺应无人机发展趋势，加快无人机融入作战体系，促进联合作战发展，本文从无人机核心作战能力需求出发，提出有人机/无人机智能协同作战顶层作战概念。作战概念中“有人”泛指有人装备，包括有人机、舰船、装甲车辆等有人装备。

有人机/无人机智能协同作战顶层作战概念重点形成概念牵引，主要提出未来无人机协同作战的核心思想、作战目的、作战性质、实施方案、行动准则、能力需求等，不涉及具体作战场景，用以牵引有人机/无人机智能协同作战的发展方向。

3.2 核心思想

以作战任务与典型作战场景为牵引，采用新型体系架构设计和集成方法论，在现有作战体系基础上，将无人机与有人装备高效动态组合生成新质作战力量，达到体系重构和增能。有人机/无人机智能协同作战应具备可重构能力、自适应能力和可扩充能力，加快形成态势感知多元化、决策多极化、攻击多样化、战法多变、抗毁伤的新质作战能力，提高作战效能和任务完成率，为后续形成海、陆、空、天、网、电的跨域协同，分布式、开放式、可动态协作和高度自主的可组合联合作战体系提供支撑。其中，态势感知多元化充分利用无人系统带来的作战单元数量增加，分别搭载不同类型的传感器进行侦察感知数据的多元化融合，利用多种探测手段弥补单一探测手段的不足和反制手段，提高态势感知精度和速度；决策多极化利用有/无人协同后，将指控关系向前沿下沉，面向多种任务形成杀伤网络，提高战场前沿的感知、指控、决策效率，提高战场响应敏捷性；攻击多样化和战法多变，即利用无人系统带来的数量冗余和作战能力冗余，临机组合，构建多重杀伤链路或杀伤网络，形成多种打击手段并存、多种战术手段可选的作战能力；通过有人/无人系统协同作战，基于能力联合形成的新质杀伤网络，将形成极具弹性的作战体系，针对单一目标时，一条杀伤链路被破坏，还有多种杀伤链路构建手段，针对多目标和随机出现目标，具备多种应对手段。

3.3 作战目的

现代战争的组织和规划必然是跨域、跨军兵种的联合作战，我们必须认识到分布式、协同、多域作战能力的重要性。未来战争需要利用分布式、协同作战概念，采用异构式作战平台，协同执行作战任务，做到“先敌发现、先敌打击”，分散单杀伤链、重要节点易损风险，使全系统具备自适应抗毁伤能力，在高烈度、强对抗的战场环境下，完成作战意图，以期实现“发现即摧毁”的作战目标。

从实现层面来讲，其作战目的就是充分利用现有有人机/无人机资源，以协同相关技术为支撑，充分发挥协同作战思想，一方面增加作战单元的能力冗余，加快并构建多重OODA作战链条，提高作战体系架构的弹性，提高任务效率和完成率；另一方面以低成本无人系统单元前出，有人作战单元后撤，形成对高价值作战单元和有人作战单元的掩护，降低战场损失，保持优势作战力量，同时消耗对手作战资源；最后，通过有人/无人协同作战形成的战场复杂性、对敌人的多重杀伤特性，增加对手的态势感知难度，延迟决策速度，使对手疲于应对无法形成有利决策。

3.4 作战性质

有人机/无人机智能协同作战尚处于常规作战范畴，战争性质判断的重要前提之一是相互保持核威慑，而不突破核界限。该作战概念形态主要应用于依靠常规武器作战的常规战争，依靠智能协同相关技术改变常规战争的传统形态，达到作战理念和技术双重优势的目的。

从作战规模和范围上看，该概念适用于多种作战规模，既可用于两个国家间的全面战争，也可以用于若干个类型的战斗，如制空作战中的护航、压制防空、制空突袭、肃清空域，制信息作战中的信息攻击、电子攻击，制海作战中的压制海上交通线、突击舰船等。从安全形势、武器装备和技术发展进行分析，首先，目前的国际安全形势随着各大国的国防战略调整，重新回到“大国竞争”态势下，各军事强国均不遗余力地在推进有人/无人协同作战研究，但均是依靠常规力量的体系化联合，并不希望突破核界限；其次，从作战规模来看，都侧重于有限规模和局部战争，希望控制有限的作战力量快速达成既定目标；最后，从作战意图分析，各国发展有人/无人协同作战，均希望形成体系上和战术上的非对称优势。

3.5 实施方案

体系架构层面：采用面向逻辑单元设计和集成的体系方法，构建支持智能可重构多重作战杀伤链的分布式互联机制[21-23]。该体系结构是基于系统结构、行为、约束和事件的抽象方法，以构建灵活的框架实现处理接口、多尺度交互和动态的复杂性，并支持跨多个尺度和抽象领域的设计。不仅如此，整个架构还能支持多个抽象级别的组合，并能够通过现有的或新开发的数学技术，来明晰内部行为、属性与系统属性的关系，促进系统的快速组合。

作战任务层面：结合有人装备和无人机各自优势，实现战术多样。在高价值有人装备受到威胁难以完成作战任务情况下，无人机起到角色替补、补差补位、掩护踹门作用，确保作战任务顺利完成[24-28]。有人/无人系统作战指挥中，决策者需在作战组织的底层或跨多个作战组织实现任务的快速理解任务规划及动态重新分配，通过分布式方法驱动任务中的资源实时分配，以实现杀伤链构成单元动态选择并对各单元角色和责任进行分配[29]。

平台功能层面：研制可配合海、陆、空、天、网、电多域作战的适应多重自适应杀伤链体系的智能无人机装备，具备高效费比、任务载荷模块化、可态势共享、互操作能力强的特征，达到提高作战效能的目的[30-35]。平台的机体结构与航电接口需进行模块化设计、具备即插即用能力；平台需具备随机入网、通信中继、与现有平台互联互通能力，实现不同任务模块下的有/无人协同、无人/无人协同；平台具备搭载电视、红外成像、SAR、激光雷达、诱饵、中继通信、对地打击弹药等载荷的能力；探测型平台具备与有人机形成一发多收协同探测能力。

系统架构层面：建立开放式系统架构[36]，考虑系统功能、服务及组件之间依存关系，通过设计新型系统开发模式和组件集成模式，提出具有态势感知、信息通信、自主决策等具备体系增强功能的微型单元系统架构，充分增加功能的扩展性和可维护性，解决组件的高效费比与互通性。该系统架构需针对多任务、模块化、可配置的应用需求，具有网络化互联的构型，能够支持时间触发、事件触发的实时性、灵活传输网络互联技术，形成适于无人机电子系统应用的多种速率互联架构，进而实现电子系统的综合化、统一化。

3.6 行动准则

有人机/无人机智能协同作战的行动准则具有较好的普适性，可广泛应用于各类能够使用无人机力量的作战场景。具体行动准则如下：

（1）随着时间、空间、作战环境的变化，任务计划和管理能够高效动态地灵活变化，依据战场态势快速进行兵力与能力的管理、组织与调度，作战任务的调整与重规划；

（2）综合使用联合作战能力，最大限度地发挥各种能力的互补效果而不仅是简单地叠加，各种作战能力可以随时按需在指定的时间和空间上通过数据链路系统联合形成杀伤链和效应链，并随着时间和战场态势的变化随机调整变化，各种作战能力尽其所能；

（3）通过先进作战管理手段，利用高性能计算与智能辅助决策手段，降低由于大量无人系统加入到现有体系中带来的系统复杂性和组织难度；

（4）优先考虑整个协同体系的体系能力，关注整个作战的任务完成率，把单体放在最低级别进行考虑；

（5）只要情况允许，优先进行协同作战提高我方作战效能和生存能力；

（6）预先设定决策权限，按照既定的规则和标准进行决策权限的分配和转移，确保作战的行动自由和行动效率，避免出现多个决策节点争夺或指挥同一个作战能力情况；

（7）保持作战和组织的灵活性，各节点按作战的能力需求根据作战效能进行定制、灵巧组合；

（8）信息传输按需动态可变，基于参与度规则或安全性原则按需进行信息的筛选与传递，既要降低数据链路系统压力，又能够实现信息的精准传递，在态势感知的基础上能够态势融合和情报共享；

（9）面对高威胁任务，优先选用高效费比或高生存力无人机遂行任务。

3.7 能力需求

随着联合作战及相应技术的深入发展，有人机/无人机智能协同作战能力需求主要反映在七个方面：

一是态势感知能力。要能“察”，通过陆海空天网电等装备体系化联合与融合，掌握并同步交互共享情报信息，这是掌握战场主动权的关键。

二是自组通信能力。要能“连”，通过构建高效抗扰动态自组织网络，实现有人/无人机的互联互通。

三是高效指控能力。要能“控”，通过有人机/无人机的互操作，实现有人装备对无人机的高效指控，增强时敏性。

四是智能自主能力。要能“智”，通过提高无人机的智能自主，降低人的负荷，提高无人机在高烈度、强对抗环境下的作战能力。

五是电子对抗能力。既要能“抗”，也要能“扰”，无人机既要有效应对复杂电磁干扰诱骗能力，也要能通过分布式协同等方式，在恰当时机干扰或压制对手，形成攻击优势。

六是目标指示能力。要能“跟”，通过本机或他机，快速形成目标指示信息，为火力打击提供支撑。

七是协同制导能力。要能“中”，通过本机或协同制导，丰富作战样式，使发射的导弹能够命中目标取得攻击效果。

4 结束语

美军重视作战概念开发，因此多域作战、分布式作战、马赛克作战、忠诚僚机、无人机蜂群等概念层出不穷，这体现了美军的作战构想和作战愿景。本文提出了有人机/无人机智能协同作战的顶层作战概念：一是用于牵引具体的有人机/无人机智能协同作战概念，比如有人机与无人机协同执行制空作战、对面打击、联合侦察，舰船与无人机执行打击等任务，进而映射到具体装备形态的协同作战；二是明晰方向，通过顶层作战概念推动关键技术发展，促成协同作战开放式通用系统架构技术、协同态势感知技术、协同作战管理与控制技术、通信技术等共用技术向前推进。有人机/无人机智能协同作战虽然还有很长的发展过程，但已经不是未来的作战概念，已经应用于现在的军事斗争，协同能力与作战效能提升迅速，对其进行研究和推动具有十分重要的军事意义。

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Research on the Fundamental and Grand Concept of Intelligent Cooperative Combat of Manned/Unmanned Aircraft

ZHANG Xudong1, SUN Zhiwei2, WU Lirong1, HAO Mingyue3, YIN Hang1

(1. 96236 Unit of the People’s Liberation Army of China, Beijing 100085, China; 2. Research Institute of Unmanned Aerial Vehicle, Northwestern Polytechnical University, Xi¢an 710072, China; 3. Hiwing Aviation General Equipment Co., Ltd, Beijing 100074, China)

UAV has become an indispensable force in modern and future wars, which is changing the combat style and the war form gradually. Manned/Unmanned aircraft intelligent cooperative combat can make UAV integrating into the combat system efficiently, which include the improvement of the UAV capability and the enhancement function of combat effectiveness. Basing on the concept and military requirements of intelligent cooperative combat of Manned/ Unmanned aircraft, this paper analyzes and summarizes the developing process and characteristics of the U.S. Army intelligent cooperative combat. Then, the top-level concept of intelligent cooperative combat of Manned/Unmanned aircraft is proposed, which is promoted from the aspects of core idea, combat purpose, combat properties, implementation scheme, action rules, capability requirements. It could make contribution to lead the development direction of cooperative combat in the future.

UAV；Cooperative Combat；Combat Concept；Action Rules；Capability Requirements

V279

2096–5915(2021)02–62–07

10.19942/j.issn.2096‒5915.2021.2.020

张旭东，孙智伟，吴利荣，等. 未来有人机/无人机智能协同作战顶层概念思考[J]. 无人系统技术，2021，4(2)：62–68.

2020‒05‒06；

2020‒12‒31

国家自然科学基金（61876187）

张旭东（1981‒），男，硕士，助理研究员，主要研究方向为无人机总体技术、飞行力学与控制。