外军地面无人装备发展现状与趋势研究

高 环，马方晨，冯理成

外军地面无人装备发展现状与趋势研究

高 环1，马方晨1，冯理成2

（1 海军装备部；2 中国电子科技集团公司第二十研究所，西安 710068）

随着通信、计算机、人工智能和传感器等技术的飞速发展与广泛应用，地面无人装备日趋活跃在作战、搜救和消防等多种军民用任务场景中。对于军事领域而言，地面无人装备是陆军和其他地面作战部队迈向无人化、智能化战场的核心装备，将在未来陆战场各类作战任务中发挥不可替代的作用。通过对外军各类典型地面无人装备发展现状进行深入分析，总结出该装备领域的发展特点与趋势，对地面无人装备发展有一定的借鉴意义。

外军；地面无人装备；智能化；陆战场

0 引言

21 世纪以来，地面无人装备愈发频繁地出现在阿富汗战争、伊拉克战争、叙利亚战争、纳卡冲突、俄乌冲突等世界各地的武装冲突中，有力支撑应用一方在陆战场的各类战术行动，加快了战场节奏，减少了人员和装备损失，大幅提升了地面部队的作战效能。可以预见，在今后相当长的时间里，地面无人装备将会在战场上发挥更加重要的作用，因此，对外军地面无人装备的发展现状进行研究，并分析其未来发展趋势，对装备研制工作有重要的参考意义。

1 外军地面无人装备发展现状

目前外军地面无人装备在部队已经大量部署，并参与了演习和实战运用。其中美军装配的地面无人装备已经超过1.2万台，能够执行安全巡逻、爆炸物处理、作战辅助和后勤保障等军事任务，并在“机器人僚机”项目中对地面无人装备加入坦克作战编队的战术、技术进行了验证。俄军组建了机器人战斗连承担战斗、消防、排爆等任务，并于 2015年底应用战斗机器人编队击溃了“伊斯兰国”在754.5战略高地上的防守，取得了显著战果。以色列为边防部队配备了无人巡逻车，减少了加沙防线昼夜巡逻任务造成的人力消耗。外军通过地面无人装备的编配与实战化应用，牵引该领域技术的迅速发展，研制出多类多型地面无人装备，形成了具备实战能力的地面无人装备新质作战力量。外军典型地面无人装备分为侦察打击无人平台、运输支援无人平台和扫雷排爆无人平台三种。

1.1 侦察打击无人平台

侦察打击无人平台主要用于执行抵近侦察、编队突击、要点夺控、搜索清剿和警戒值守等作战任务。在侦察打击无人平台领域研制出典型装备的国家有美国、俄罗斯和以色列等[1]。

“角斗士”战术无人作战平台（Gladiator TUGV）是美国2005年推出的用于海军陆战队的战术无人平台，如图1（a）所示，可在任何天气与地形下执行侦察警戒、核生化武器探测、破障突袭、狙击手探测与反击、火力射击等任务[2]。平台长1.78 m，宽1.12 m，高1.35 m。自重约800 kg，可负载360 kg。公路最大行驶速度25 km/h，无线遥控距离4 km，动力系统为60 kW柴油发动机，装甲具备较高防爆性和自灭火系统，配备“陶”式反坦克导弹、M240G机枪、8管40 mm榴弹发射器以及各种催泪弹/闪光弹等。2007年“角斗士”战术无人作战平台开始列入现役，如今超过200台“角斗士”装备美军，因此也被称作世界上第一个多用途作战机器人。

“模块化武装机器人”（Robotic Vehicle Modular/Combat Area Robotic Targeting，RVM/CART）是美国模式化先进武器机器人系统（Modular Advanced Armed Robotic System，MAARS）的老大哥版，又被称为机关枪死神地面无人平台，如图1（b）所示，相对MAARS体型更大，火力更强。平台长1 727 mm，宽1 092 mm，高1 320 mm，自重725 kg，最大负载能力135 kg，最大速度24 km/h。可以配备M240、M123机枪，射速为每分钟2 000～6 000发，其顶部安装激光器，为精确空袭指引目标，支持昼夜作战。目前海军陆战队已对该平台进行了测试，将成为美国13人步兵班的有力支援。

2013年以来，俄军开始全面加强地面无人系统建设，包括体系规划、战法研究、装备和实战检验等方面。2015年底，“平台-M”（Platform-M）履带式战斗机器人和“阿尔戈”（Argo）轮式战斗机器人在叙利亚参加了地面反恐战斗，机器人集群对击溃“伊斯兰国”的防线起到重要作用，显示了地面无人系统作战的巨大优势。经过几年的飞速发展，俄军机器人部队进入作战试验检验阶段。

俄罗斯研制的“平台-M”履带式战斗机器人，全重800 kg，最高车速40 km/h，爬坡度25°，越障高21 cm，遥控距离大于1.5 cm。配备了一挺 7.62 mm机枪和四具RPG-26反坦克火箭筒，可用于情报搜集、巡逻侦察，发现并摧毁隐蔽目标，如图1（c）所示。

“阿尔戈”轮式战斗机器人采用8×8全地形车底盘，战斗全重1 t，长为3.4 m，宽为1.85 m，高度1.65 m，最高速度可达20 km/h，并能够进行水上浮渡，水上航速为4.6 km/h，采用柴油发动机，连续工作时间超过20小时。可通过载重卡车、铁路、飞机、舰艇等形式运输。武器系统包括7.62 mm机枪、RPG-26反坦克火箭筒和RShG-2榴弹发射器，如图1（d）所示。

以色列“先锋卫兵”（Avantguard）履带式地面无人战车，全重1.75 t，最大越野机动速度20 km/h，装备有7.62 mm遥控武器站，装有敌我识别系统、卫星导航系统等设备，通过搭载多个任务模块，可完成监视、侦察、巡逻、探测和排爆等多种任务。

1.2 运输支援无人平台

运输支援无人平台主要用途包括补给运输、随队保障和伤员运输等后勤保障任务，美国在运输支援无人平台领域研制出多型装备。

2016年7月，美军在夏威夷贝洛斯海军陆战队训练区域举办的PACMAN-I演习中，测试了一款名为“多用途无人战术运输”（Multi-Utility Tactical Transport，MUTT）无人平台。该机器人由美国通用动力公司研制，四轮/履独立驱动，可负重270 kg，能够在斜坡、沙地、泥土和水中行驶。MUTT的最大优势在于其具有很好的静音功能以及非常便捷的控制方式，士兵仅仅用一只手就可以很好地控制MUTT，如图2（a）所示。

2012年，美军“驮马”无人平台项目研制的班组任务无人支援车（Squad Mission Support System，SMSS）在阿富汗战场出现[3]，其主要任务是为步兵班提供运输和后勤保障服务。其自重约1 t，载重450 kg，最大行驶速度40 km/h，作战半径可达 200 km，既可按预定路线自主前进，也可远程遥控行驶，具备全地形作战能力，承担后勤支援、运输和伤员后送等任务，如图2（b）所示。

1.3 扫雷排爆无人平台

扫雷排爆无人平台主要用于执行危险物处置、各型地雷扫除和行进道路开辟等支援任务。目前俄罗斯在该领域研制的“乌兰-6”无人扫雷车是其中的典型代表。

2015年，俄军组建了一支300人规模的先进扫雷部队，装备“乌兰-6”无人扫雷车，如图3所示。“乌兰-6”车体长4.5 m，宽2 m，高1.5 m，重量5.3 t，加挂扫雷工具后全重6.8 t，该型机器人安装有四部摄像头，视界可达360°，每小时推进1 km的距离，扫除雷区面积2 km2，相当于20名工兵的扫雷工作量。车体外装厚度8～10 mm的防护装甲，可有效抵御地雷碎片杀伤、爆炸冲击波以及 7.62 mm轻武器的近距离射击。无人车的底盘为履带式，两侧各有四对负重轮，钢制履带进行加厚处理，可防御4 kg的TNT抵近爆炸。车采用遥控系统控制，携带不同的扫雷设备组件，行驶速度为 5 km/h，主要通过操作控制单元来发送指令，从而实现对平台的遥控操作。经过在高加索地区的车臣—印古什自治共和国的实战检测，扫雷效率提高了15%。目前俄军已全军列装该型排雷无人平台。

图3 外军典型扫雷排爆无人平台

2 外军地面无人装备技术发展分析

外军地面无人装备的编配与实战化应用直接牵引着地面无人装备技术的发展，包括：地面无人装备总体技术、地面无人装备行走技术、地面无人装备自主技术和地面无人装备指控技术。

2.1 地面无人装备总体技术

地面无人装备总体技术主要是指地面无人装备体系顶层设计技术和地面无人装备总体设计技术。

1）装备体系设计技术。美国颁布了国防部体系架构框架（DoD Architecture Framework，DoDAF），并持续推出新的版本，可直接用于地面无人装备体系顶层设计。在美国防部颁布的无人系统综合发展路线图文件中，规划了地面无人系统装备体系、技术和作战使用。

2）地面无人装备总体设计技术。美国国家标准与技术研究院提出以实时控制系统（Real-Time Control System，RCS）为基础的4D/RCS参考模型架构，能够自顶向下地指导地面无人系统的开发，旨在支持不同无人系统之间的互操作。

2.2 地面无人装备行走技术

地面无人装备行走技术包括：常规推进系统无人化改造技术、高通过性行走机构设计技术、新型动力应用技术和无人平台运动控制技术。

1）常规推进系统无人化改造技术。美国通过研制模块化、通用化的无人系统驾驶控制组件，能够实现在有人车辆平台上的快速加装，实现无人驾驶功能[4]。

2）高通过性行走机构设计技术。美国开发出了基于仿生学的“骡子”和“Bigdog”等行走机构，极大提升了地面无人平台越障、越壕和爬坡等机动能力。

3）新型动力应用技术。外军微小型、小型的地面无人装备能量源大多采用高功率密度的锂电池，中型地面无人装备都采用混合动力驱动，新型的动力技术目前还处于摸索阶段。

4）无人平台运动控制技术。国外运用先进控制理论与方法，针对各类复杂路况，采用横向和纵向耦合的运动控制方法，实现地面无人平台的高速稳定行驶[5]。

2.3 地面无人装备自主技术

地面无人装备自主技术包括：战场环境自主感知、路径自主规划和自动跟踪、精确定位与导航、无人智能决策与综合控制技术等。

1）战场环境自主感知技术。美军的无人平台自主感知系统通过多传感器信息融合方法感知战场环境，环境检测采用凸障碍检测技术。目前正在开展凹障碍检测、地面物体材质识别、战场环境三维重构、高速运动物体捕捉与跟踪和恶劣气象环境感知等技术研究。

2）路径自主规划和自动跟踪技术。目前采用较多的自主路径规划方法包括快速随机树法、面向栅格地图的搜索法和势场法等。自动跟踪控制方法主要有比例积分微分控制（Proportional-Integral Derivative Control，PID）算法、自适应控制算法和神经网络算法等。

3）精确定位与导航技术。国外一般使用卫星/惯性组合导航方法，能够实现两种导航系统的优势互补，具备高精度、高更新率和一定的抗干扰能力。

4）无人智能决策技术。美国在地面无人装备上已经实现了较低层次的实时规划与决策，尚未实现较高层次的自主规划与决策，自主行为技术还不成熟。

5）综合控制技术。通过对任务载荷的无人化和智能化改造，实现人在回路的遥控或遥操作，目前正在开展目标识别技术和打击辅助决策等技术研究。

2.4 地面无人装备指控技术

地面无人装备指控技术包括：协同任务规划、多平台协同作战、多模人机交互和远距离高可靠通信等技术。

1）协同任务规划技术。美军在战场无人地面机器人的Demo II（第二代实验车）与Demo III（第三代实验车）研究计划中开展了无人任务规划系统研制，能够进行无人编队侦察和监视等几种任务的规划能力，能够针对目标对单个平台进行任务规划。

2）多平台协同作战技术。美军现役的地面无人系统“随从协同”能力已经在实战运用逐渐体现，目前在开展无人智能协同技术研究。

3）多模式人机交互技术。美国正在开展对脑电（Electro Encephalo Gram，EEG）、肌电（Electro Myo Gram，EMG）、语音和手势/姿势等交互模式的研究[6]，未来将应用于地面无人系统的脑机接口、语音操控和手势操控等多模式人机交互中。

4）远距离高可靠通信技术。为解决非通视和强干扰条件下，地面无人装备大容量信息传输的难题，美国开展了认知无线电、软件定义无线电技术、自组网技术和智能天线技术等领域的研究。

3 外军地面无人装备发展趋势分析

综合分析外军地面无人装备及其技术发展现状，有以下发展趋势：

1）作战需求牵引。美国、俄罗斯、以色列等国根据战场需要，定制了各型地面无人装备并进行了实战化应用，有效提升部队作战效能并减少人员伤亡，更为装备改进提供了宝贵经验。预计未来战场上，世界各国仍将以作战需求牵引地面无人装备发展；

2）装备体系化发展。美国持续更新无人系统综合路线图，不断调整地面无人装备体系架构，为装备体系化发展指明道路。未来各国地面无人装备将由单一类型向体系化发展迈进，以适应未来地面战场无人化、智能化的发展趋势；

3）新兴技术驱动。地面无人装备的感知、决策、执行和协同能力是无人装备与有人装备能力的最大区别，将通过新技术的发展而显著提升。因此，人工智能和指挥控制等技术的快速发展将强力驱动地面无人装备的发展。

4 结束语

地面无人装备作为陆战场未来无人化、智能化的核心装备受到了世界各国的重视，并在各主要军事强国发展迅速。在该装备领域需要尽快明确未来作战需求，制定体系化发展路线，有针对性地攻关核心技术；同时注重地面无人装备基础理论研究，关键器件、新材料和新工艺的开发，增强在该领域的创新能力。

[1] Liu Xin, Dai Bin. The latest status and development trends of military unmanned ground vehicles[C]. Proceedings of Chinese Automation Congress, 2013: 533-537.

[2] 王金梅，庞晓宾. 地面无人作战平台武器系统技术分析及展望[J]. 兵工学报，2010，S2：163-166.

[3] 孟红，朱森. 地面无人系统的发展及未来趋势[J]. 兵工学报，2014，S1：1-7.

[4] Sezer V, Dikilitas C, Ercan Z, et al. Conversion of a conventional electronic automobile into an unmanned ground vehicle[C]. Proceedings of the 2011 IEEE International Conference on Mechatronics. Istanbul, 2011: 564-569.

[5] 李滨. 车辆自动驾驶纵向控制系统仿真研究[D]. 成都：西华大学，2016.

[6] Glenn Taylor, Richard Frederiksen, Jacob Crossman, et al. A multi-modal intelligent user interface for supervisory control of unmanned platforms[C]. Proceedings of Collaboration technologies and systems 2012 international conference, 2012: 117-124.

Research on Development Status and Trend of Unmanned Ground Equipment of Foreign Army

GAO Huan, MA Fangchen, FENG Licheng

With the development and the application of communication technology, computer technology, artificial intelligence technology and sensor technology, unmanned ground equipment is increasingly active in combat, search and rescue, fire control and other military and civilian mission scenarios. For the military field, ground unmanned equipment is the core equipment for army and other ground combat forces to move towards unmanned and intelligent battlefield, and will play an irreplaceable role in all kinds of combat tasks in the future land battlefield. Based on the in-depth analysis of the development status of typical unmanned ground equipment in foreign forces, the development characteristics and trends of the equipment field is summarized, which has certain reference significance for the development of unmanned ground equipment of our army.

Foreign Army; Unmanned Ground Equipment; Intelligent; Land Battlefield

TJ819

A

1674-7976-(2022)-04-292-06

2022-05-30。

高环（1985.11—），陕西西安人，硕士，工程师，主要研究方向为计算机应用技术。