基于美军无人机路线图的未来无人机关键技术分析

摘要：在当前大国竞争与大国博弈的背景下，随着美军紧锣密鼓的加速新一代无人机的研制，关于未来无人机发展趋势的讨论也愈发激烈。本文通过解读《美军无人机路线图2017-2042》及相关资料梳理分析，首先给出了新一版路线图的发展背景、目的和内容信息。然后围绕该路线规划图的互操作性、自主性、网络安全和人机协同四大关键主题，同时结合美军无人机发展关键动向进行了综合分析，主要包括通用开放式架构技术、部件模块化技术、试验鉴定验证、自主技术、人机接口、人机编队等，为我方无人机的相关技术发展提供参考支撑。

关键词：无人系统；互操作性；自主性；网络安全；人机协同；通用开放式架构

美國国防部在审查并分析了来自各级部门20多份参考文件及研究了来自工业界和学术界技术趋势的基础上，归纳出了《无人系统综合路线图（2017-2042）》，它是美军无人系统未来发展的总体战略指导，明确提出了国防部无人系统的发展愿景，结合美国国防部的无人系统愿景和美军发展实际，其主要归纳出无人系统发展中的互操作性、自主性、网络安全、人机协作四个关键主题，其中互操作性是技术基础、自主性是发展动力、网络安全是发展保障、人机协作是发展目标，在四个关键主题基础上进一步归纳了其对应的支撑因素。本文重点针对路线图中的四个关键主题，结合美军近年来无人系统的关键发展动向做综合分析，分析四大主题重点布局下的未来无人机关键技术。

《无人系统综合路线图（2017-2042）》路线图是美国国防部公开发布的第六版（2002-2027，2007—2032年，2009—2034年，2011—2036年，2013—2038年，2017—2042年）无人系统综合路线图，是在2013-2038年版本路线规划图基础上的进一步延伸。美国国防部的无人系统愿景为：无人系统与有人系统实现无缝协同，压缩作战人员的制定决策过程，降低人员的生命危险。该愿景旨在为美军无人系统发展的总体战略提供指导，各军种无人系统的目标和努力方向要与国防部的愿景保持一致，从而有效地减少重复性工作、促进多领域的合作，扩大无人系统的应用潜能，并在任何一种作战环境中使用无人系统。

本文通过研读《美军无人机路线图2017-2042》及相关资料梳理分析，对该路线图中四个关键主题及其支撑因素进行梳理，其结果如下表1所示。

3.1 互操作性

互操作性指的是作战系统之间关键而有效的相互作用，在信息收集者、决策者、规划者和作战人员之间及时传输信息。为了充分发挥无人系统的潜力，这些系统必须在空中、地面和海上领域无缝运行，并且还可以运行与载人系统无缝对接。互操作性包括信息的技术交换、完成任务所需的信息交换及端到端操作的有效性。

互操作性是联合部队开发无人系统技术的基础，能实现无人系统间信息的快速传输，促进作战系统间的相互合作，从而提高系统效率和运行有效性。本文梳理了UAV在互操作标准等级特征，如下表2所示。

美军路线规划中提出寻求通用/开放式体系架构，强调模块化和组件互换性，进行合规性/测试、评估、校核和验证，采取合适的数据策略以及主张数据权限等5项推动因素。下表为互操作性综合路线图，梳理了国防部的近期、中期、远期发展目标。

3.2 自主性

现有无人系统通常完全预先编程，以重复执行定义的动作，并且不受外部影响或控制的影响。这些系统遵循外部给定的路径，同时补偿由外部干扰引起的小偏差。

自主任务性能可能需要集成感知、感知、分析、通信、规划、决策和执行以实现任务目标与系统功能的能力。随着自主程度的提高，可以节省人力和/或可以将人力资源重新分配给其他任务。例如，陆军战术机器人最终可以增强小单位的人员配备，海军陆战队智能UGS 也可以执行后勤任务，并且设想空军/陆军系统设计为单个操作员可以控制多个 UAV。所有这些系统都提供了显着节省人力的机会或将节省的人力用于其他关键任务的机会。

美军无人机路线图中指出自主性和机器人技术的进步有可能成为重要的力量倍增器，彻底改变作战概念，大大提高有人和无人系统的效率和效能，为国防部提供战略优势，它提出人工智能和机器学习、提高效率和效能、信任、武器化等4项推动因素。其近期、中期和远期的自主性发展路线图如下表。自主性的增加将对作战理念带来革命性的变化，提高无人系统的作战效率和有效性，为国防部提供战略优势。自主性包括四项关键支撑因素：人工智能（AI）/机器学习（ML）、提高效率和有效性、信任、武器化。

3.3 网络安全

美军无人机路线图中指出无人系统作战通常依赖网络连接和高效的频谱接入，必须解决网络漏洞，以防止网络中断或被操纵；提出网络运营、信息保障、电磁频谱和电子战等3项推动因素。其近期、中期和远期的网络安全发展路线图如表5。

每一项先进的武器系统都依赖于信息系统网络运行，无人系统及其指挥控制更易受到网络攻击。国防部将研发无人系统的深度防御技术，建立弹性的网络结构，提高无人系统的自主防御能力。

信息保障是保证信息和信息系统安全运行的防护性行为。无人系统的安全运行与信息保障能力息息相关。文中指出应针对无人系统研发专门的信息保障解决方案，因此须加强与信息技术商业公司的合作，研发相关的技术，并制定相关的政策和制度。

因此，为了确保无人系统高效灵活的电磁频谱运行，需要建立稳健的电磁防护能力，增强无人系统的有效性和可行性。

3.4人机协作

人机协作是无人系统发展的最终目标，美军路线规划图中认为面临的一个主要挑战是操作者和无人平台之间的信任，未来的前景是通过实现人机的无缝集成，减少人类操控的工作量，美軍路线规划图中提出人机接口、人机编组2项推动因素。其近期、中期和远期的人机协作发展路线图如下表。

人机接口是指作战人员与无人系统之间建立联系、交换信息的输入/输出设备的接口。人机接口的直观和有效直接影响了作战任务的成功。未来的人机接口将提高人机协作和人机编组的水平。

人机编组是对有人系统和无人系统的有效编组，实现战场协同感知、协同作战。人机编组将有效减轻作战人员负担、提高无人系统的作战效能，使无人系统从作战人员的工具变成作战人员真正意义上的团队成员。

美军近期无人系统的发展关键技术动向印证了美国大力推进美军路线规划图四个主题的发展，同时，四个主题的发展进一步牵引指导着无人系统未来的发展方向。

4.1 加快互操作进程

美军致力于消除各军种的壁垒和边界，努力提高无人系统的互操作性，建立通用、开放的架构，构建弹性的通信网络，实现无人系统的模块化和零件互换，建立国防部范围的、标准的、集成化的数据传输，扩大无人系统的作战范围，使其能实现全域作战，提高无人系统的一体化作战能力。

近期，美军加快了通用/开放体系架构、部件模块化及试验鉴定验证等进程，提升了无人系统的互用性及体系作战的融入。

为未来分布式作战和集群作战发展，美国国防预先研究计划局（DARPA）通过实施“体系集成技术与试验（SoSITE）”项目发展开发时体系架构技术，目标把单一装备的空战能力分布在大量可互操作的有人和无人平台上，实现各种先进机载系统和机载武器的即插即用，极大提升蜂群的灵活性，并通过创新的开放式体系架构发展和演示新概念以保持空中优势能力。

4.2 增强自主性能力

美军大力发展无人系统维持技术优势，人工智能和机器学习、信息保障，希望借助商业技术领域的创新成果实现无人系统的跨越式发展，并将人工智能和机器学习作为提高无人系统自主性的首要支撑因素、人机接口技术作为人机协作的首要支撑因素，重视前沿科技的发展和成果转化。

近期，美军基于人工智能发展不断增强自主作战能力，提高无人系统作战效率和效能。DARPA实施的“快速自主轻量（FLA）”旨在开发一种先进的算法，实现空中机动的自动化和智能化，建立飞行员对无人系统自主能力的信任，使飞行员聚焦于交战策略制定，选择目标，目标排序等高层次认知活动，成为真正意义的空战指挥官，为实现有人无人协同奠定基础。

4.3 重视网络安全

美军进一步加强赛博防御、信息保障和电子战防护建设，确保无人系统作战的网络安全。美军近期在强韧组网分布式马赛克通信项目中通过分布式、低重量、小功耗的收发机元素，代替大功率放大器和大型定向天线，支撑分布式作战的远程通信；在复仇女神项目中采用网格化协同电子战系统，对敌方传感器实施攻击；在全球闪电项目中建立和试验在各种固定和移动操作地点之间持续可用的通信和共享数据能力。

4.4 深化人机协作

美军强化建设人机接口、人机编队技术，支撑人机协同的体系化作战的实现。美军近期在先进战斗管理系统（ABMS）项目中通过实现传感器、通信系统和数据的融合，让陆海空各个平台与武器之间共享数据目标，确保美军做出最有效的威胁响应；在分布式作战管理（DBM）项目中将决策辅助整合进机载软件，帮助空中作战管理者和飞行员保持态势感知、推荐任务、生成详细作战计划和保持飞行控制；在拒止环境中协同（CODE）项目中发展一套包含协同算法的软件系统，这套系统可以适应带宽限制和通信干扰，减少任务指挥官的认知负担，除此之外，还能与现有标准相兼容，并通过经济可承受的方式集成到现有平台中。

本文在研读美国国防部版最新路线图2017-2042的基础上，结合美军无人机发展关键动向对无人机未来的四大发展关键主题进行了综合分析，为无人机的相关技术发展提供参考支撑，我方也应开始开展相关技术的研究，包括通用开放式架构技术、部件模块化技术、试验鉴定验证、自主技术、人机接口、人机编队等，这些技术面向作战需求，对提升无人系统作战效率和效能将发挥重要作用。

参考文献

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（第一作者简介：史国荣，男，山西新绛，1980.2，硕士研究生，导航制导与控制专业，13891931147@139. com。工作单位：海军装备部）

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