三层面分析法探究航空电子系统未来发展

马时平， 齐 韬， 李兵飞

(1.空军工程大学,a.航空工程学院； b.研究生院，西安 710000；2.中国航空无线电电子研究所航空电子系统综合技术重点实验室，上海 200000)

0 引言

近年来，全球多国的军工企业都在着手新一代战斗机的研究，美国正在进行的项目有下一代空中主宰(NGDA)和空中主宰AOS(未来空战平台)[1-3]。纵观新一代战机的概念方案，航电系统架构设计显得尤为突出。在新的态势下，下一代战斗机的发展趋势便是配合各种无人平台作战，并通过提高无人机的智能化水平和开放式的系统架构来提升无人平台的自主度。针对新的航电系统发展趋势，本文提出了“未来这种有人机航电系统在承担指挥中继作用的同时，是否仍要执行作战任务？”以及“当无人机航电系统发展到达一定程度，到底还需不需要有人作战平台？”两个问题。

三层面分析法可以让人们对颠覆性创新有更深入的认识，更好地在现在和未来之间作出判断，从而明确创新过程。通过它可以权衡好航空电子系统当前稳定的应用效益和创新发展之间的关系，找到可以使航空电子系统保持最大作战环境应用效益的创新方向。同时创新探索过程中会出现“创造性破坏”的创新形式，因此选择三层面分析法来解决以上问题。随着下一代战机关键技术的不断突破，美国提出了系统簇(FoS)的概念，并相继开展了传感器开放式系统架构(SOSA)、开放式任务系统(OMS)、联合通用架构(JCA)等项目，用于开发下一代航空电子系统[4]。由于美国技术领先，同时众多国家在下一代战机的研制中均采用与FoS相似的概念，使得FoS在全世界范围内最具代表性。

伴随着人工智能技术的不断成熟，未来无人机的航电系统必然高度智能和自主化，会带来相应的伦理和安全问题，目前正在推进的智能汽车和智能机器人已带来一定程度的伦理与法律方面的挑战，未来航电系统作为人工智能杀伤性武器，必然会引起社会的高度关注。人工智能杀伤性武器目前无相关法律涉及，也很少有学者从未来的角度来论述人工智能杀伤性武器。本文准备寻找出影响未来无人机航空电子系统应用于作战的主要因素。

1 三层面分析法

三层面分析法提供了一个构建面向未来的合理且连贯的创新活动方法论；它不仅是一种规划工具，还提供了一个有价值的发展观点；它假设了所有的企业、技术和理论都会经历从诞生、成熟和衰落的过程，这些过程是相互迭代和转换的，这种假设为3个层次阶段活动提供了一个基础[5]。

面向未来的三层面分析法所介绍的3个层面周期不是短短的几周或者几个月，如图1所示。

图1 三层面分析法示意图Fig.1 Schematic diagram of the three-level analysis method

这3个层面随着时间的推进而不断变化，在不同的行业层面，所对应的时间跨度不同。重要的不是时间长短，而是3个结构层变化过程的不同。三层面分析法描述的3个层面是同时工作的，忽视其中任何一个都会影响增长的持续性，它让未来变得更加清晰和可预测，这就可以更好地阐明一致连贯的创新和颠覆性的变革等概念。

图1中，第一个层面对应的主流核心业务已经成熟，其作用效果正在衰退，第二个层面对应的创新业务在不断成熟，二者之间相互转换；第三个层面所对应的业务更能适应环境的变化，创造更大的实用价值。因此，可以通过三层面分析法来探索事物发展的本质，领略超越当下专注的创新模式。

从第一个层面到第三个层面介绍此框架，如下所述。

第一个层面在当前阶段是占主导地位的，它包含了对一个行业或领域的思考，与外部环境的战略契合度极高，作用效果明显，但随着环境的变化，可能使其契合度降低、影响力减弱。

作为第一个层面的行业领域要保持自身的竞争力及持续的战略效率，就必须不断提升自己的核心业务，激发潜力，来维持自身与环境的契合度；但是这种改进所获得的回报是有限的，根据当前的数据资料可以估算出其潜力，因此这种改进所带来的影响并不持久，只是人们的认知暂时没改变。随着它的环境契合度降低，战略效率变差，当出现一种更能适应环境变化的新概念业务，人们的视线就会转移到新业务上来，这时第一个层面核心业务的主流优势将不复存在。为了让业务的回报满足预期、更好地适应环境，就必须开展这种新概念的业务，保证行业领域的战略效率。这时，第一个层面的核心业务将正式进入衰退期，其主导地位会被替代。

第二个层面是最复杂的，它需要在现有的创新和未来的可能重要创新之间做出抉择，因此它是一个中间阶段，这时可能会陷入几种思维陷阱：1) 过于关注现状，以牺牲长期的发展换取短期利益；2) 创新点过多，无法辨别每个创新点的价值和影响。做出的调整无法得到验证，领域中会出现保守和激进两派，此时需要确定愿景如何变化，并不断调整，最终塑造出可以适应第三个层面的举措。

第二个层面的创新主要包括持续性创新和颠覆性创新，人们总是习惯地将现在与过去相比。这导致在创新的道路上摆脱不了第一个层面，又由于选择新方向风险大，导致在选择新业务时，过于考虑第一个层面。如果在前者基础上成功扩展了新的创新，保持了行业领域的战略效益，这就形成了持续性创新。此外，如果之前实验选择的新业务成功适应外部环境并得到支持，达到相当的战略效益，这就形成了颠覆性创新，为第三个层面打下基础。

第三个层面是一种探索性的未来，所做的改变是实际做一些新模式、新概念的业务实验，这些新的项目须具有前景，才可减少上层决策管理者施加的阻力。在此层面的选项很多，在开展项目时必须慎重，要明确这些项目在将来演变成第二层面和第一层面业务的可能性[6]。虽然现在有很多线索显示这些新项目在未来会怎样，鉴于当前的回报，上层决策管理者往往会将它推迟，甚至边缘化。

综上，这是一个能让模糊的未来更加清晰，指导人们发现新的创新方向，并在正确的时间做出改变，做好资源分配的框架。通过3个层面的分析，管理者能更好地把控创新方向，通过3个层面的共同推进，项目才可得到长期持续的高战略效率。在关键时刻必须考虑当前业务能否适应环境变化，必须终止一些过时的业务，开展新的核心业务来支撑后续发展。在行业领域中必须确保发展的举措和行为具有积极意义，才能不断获得增量的资源。

三层面分析法能让人分辨两种创新，一种是改变了前往终点的方式，另一种是开创出一条新的道路，这就对应了持续性创新和颠覆性创新，这两种创新同时存在于第二层面；在寻找新方向时，三层面分析法能让辩论的过程变得更加顺畅；任何领域的长期发展都必须同时考虑3个层面的影响，每个层面的战略契合度都随时间而变化。不同层面的业务是在不断转变的，过程中会推陈出新，可以为后续发展提供宝贵经验。使用三层面分析法可以促成一个行业领域现在和未来之间的对话，清晰明确其创新方向，让人们善于从3个视界层面来分析问题。

2 用三层面分析法分析航空电子系统的未来

对现阶段的航空电子系统研究进行分析，虽然提出了下一代分布式航空电子系统，并开展多个相关项目，提出了不少关键技术，但是目前大多数都是概念，只有少数技术被验证，也未确定出具体的航电系统能力，开发还处于初步验证阶段，未形成统一观点；为更好地探索未来航空电子系统发展，找出其创新方向，解决当前这种模糊的探索，可使用三层面分析法对其进行分析。

为了后续更好、更深入的讨论，提出了最具颠覆性的观点：在第三个层面中，这种无人机的航空电子系统将被重点发展，并承担主要作战任务，取代当前有人机航空电子系统在作战中的主导作用，并研究第一个层面中主导航空电子系统(有人机航空电子系统)会被提出的第三个层面中主导航空电子系统(无人的高度自主的航空电子系统)所替代的各种影响因素。以下是在3个层面对航空电子系统未来发展进行的具体分析。

2.1 有人机航空电子系统发挥主要作用，无人机航空电子系统作用初显(第一个层面)

2.1.1 航电系统的发展

20世纪40～60年代，第一批航电系统采用分立式结构[7]。每个功能都对应独立的电子设备，造成飞行员操作过程复杂，最重要的是在空间和重量上给飞机设计增加难度。到20世纪70～80年代，联合式航电架构被推出[8]。各个子系统不再独立工作，通过总线使它们之间可以进行一定的数据交互。20世纪80年代初，进一步提出了综合式航电系统架构[9]。进一步地集成模块化，最显著的就是外场可替换单元(LRU)，在机务维修时可以直接更换。此外，加入了新的总线提升了数据传输能力，典型的有光纤和FC等。20世纪末，综合模块化航电(IMA)架构被提出，主要应用于F-35战机[10]。

从20世纪末至今，这一代航电系统主要采用开放式体系架构，具有标准化、通用化等特点[11]。这种综合模块化系统摒弃了传统的分系统概念，各种功能都同时存在于每个模块中，这样就进一步简化了系统的构成。此外，系统软件具有可重构性，因其通用性高适应各种软件，大幅减少研制费用。这种架构由于通用性高，在战时机务维护时可缩短检测和维修时间，从而缩短战机出动间隔时间。随着系统智能度提高，态势感知能力和系统的辅助决策能力大幅度提升。但是这些创新都是基于前人的基础而不断推进的，并没有一次性选择一条新的完全不同的道路，只是对之前系统的改进，因此以上都是基于第一个层面的持续创新。

20世纪30～90年代，无人机发展缓慢，先后的RQ-2和RQ-5的航电系统只是简单的计算机，因此未提出像有人机一样的子系统，主要用于侦察或监视敌方目标。

21世纪初，无人机航电系统被赋予各项新任务，新任务包含多个子任务，因此，航电系统需要用到多套电子设备，并开始形成子系统，该航电系统类似于20世纪70～80年代的有人机，而这类无人机的代表是捕食者。从2005年至今，“全球鹰”RQ-4B、“捕食者”MQ-9和X-47B等无人机频繁亮相，这一类无人机采用的是综合航空化电子系统，其功能多样化已经与有人机不相上下[12-13]。

近20年，随着航电系统的综合化和通用化，同有人机一样，无人机智能化也在不断提高，尤其是最近的几次战争，无人机在作战体系中的地位举足轻重。我国的无人机开发步伐并未落后于西方国家，国产的“大疆”、“彩虹”、“翼龙”等系列无人机产品物美价廉，在国际无人机市场上占据了一席之地[14]。我军也已将无人机运用到各种战场环境中。

在飞机发展的过程中，航电系统的地位越来越重要，其先进性影响着飞机的整体性能。随着在战场中承担越来越多的复杂任务，无人机在某方面的用途可能还优于有人机，因此无人机的航电系统发展逐渐被重视。虽无人机航电系统可以承担几乎所有的空战任务，但是目前这影响不了第一个层面有人机航空电子系统的地位和创新。

2.1.2 无人机航电系统取代有人机航电系统的呼声

随着无人机在关键技术上的突破，这种预测有人机的航电系统会被替代的呼声越来越高；同时，从人这个因素出发，飞机很多技术参数无法继续提升，这就让人们难以相信第一个层面系统战略效益的持久性，造成这种呼声的主要原因如下所述。

首先，飞机的研发周期很长，纵观美国的这几代战机的研发时间在不断增加，造成了研究资金成倍上涨。作为其核心部件的航空电子系统，由于其功能不断丰富，功能间无明显界限，导致集成度不断提高，所面临战场空间的复杂化也使得其获得和处理的态势共享信息爆炸式增长，这些都导致其设计的成本和难度不断提升。美国下一代战机方案需要的花费让国防支出不可承受，这会大幅减少下一代战机的数量，严重影响创新第一个层面系统的动力，且创新的环境适应性得不到保证。有战争就有战损，这种情况下难以招架敌方大规模廉价飞行物的进攻，除非新技术已变得成熟廉价，这样才可平衡数量上的劣势。

其次，随着战场态势信息量的剧增，需要高速可靠稳定的信息互联技术来支撑。高速大容量传输需要更高的频率，但是频率提高会造成衰减的加剧，从而需要发射大功率信号。飞机的电磁兼容设计如果存在问题会影响航电系统的正常工作，甚至对飞行员生命健康造成影响。大功率信号的发射需要瞬时大容量的供电，这就增加了电源系统设计难度。这种复杂的战场环境还包括复杂电磁环境，信息化战争以来各国都开始大力发展电子战能力，这就对有人的四代战机的隐身能力形成压制，尤其是大型的压制性干扰会使飞行员致盲，这就非常考验四代战机航电系统的抗干扰能力。随着干扰样式的创新和干扰技术的突破，四代战机开始无处遁形，其隐身优势变得微乎其微。

无人机航电系统关键技术一直在创新突破，它会在作战任务中承担越来越大的效力。最终的愿景是被第三个层面无人机高度自主的航电系统完全替代。

2.2 有人机和无人机航空电子系统之间的创新和协同作用(第二个层面)

通过第二个层面可以清晰看到为实现第三个层面这个目标过程中所进行的不断创新和改变，这也是它的价值体现。近些年来，无人机航电系统的关键技术不断突破，新的航空作战概念也不断被提出。多数是在有人机航电系统基础上开展一个新的创新点，维持了整个系统的环境适应性，这可以认为是持续性的改进创新，因此这是一个中间时期，最终的目标是为第三个层面找到道路。

近些年，无人机被广泛应用，其航电系统也承担起了各类空战任务，从航电架构、余度设计到总线技术上都有了很大的突破。“全球鹰”无人机是美国最先进的战略无人侦察机，其最新的航电架构大幅地提高了飞机的整体作战效能[15-16]。最新的航电双余度设计和四代战机的航电设计殊途同归，都提高了装备的可靠性。随后的改进型提升了一半的载荷能力，这要大大归功于其航电系统的进一步综合化数字化，多出的载荷对于整个飞机的作战性能具有战略意义。同时还进一步统一了接口标准，增加了航电系统的可重配置能力，因此提高了航电系统的通用性，然而这种航电架构未被大规模使用和列装部队。从近些年看，美国用的主力仍是U-2，它使用的航电系统仍是上一代的，最直接的原因可能是高昂造价，在当前状态下此新型航电系统还不可代替有人系统。

另一款先进无人机，是在2011年2月首飞的X-47B，其机载设备多样，决定它能承担多项空战任务[17]，采用了先进的航电互联技术简化了系统的结构，这与四代战机的航电架构类似，另一方面也保证了信息流的可靠传递，且有利于整个系统的升级换代。X-47B最突出的部分是它的多余度的核心处理机，这项技术进一步提高了飞机航电系统的可靠性，在整个联合作战流程中，它作为作战单元，与其他单元互联和协同执行任务的关键技术都很成熟，因此美军对X-47B的航电设计期望值很高。不管怎样，美军对于无人机航电系统的推进是不间断的，在无人机航电的自主度、通信能力、编队协同能力和互操作性等方面一直寻求突破。

1) 分布式航电。

最近,随着分布式作战、多域战、云协同、云存储、分布式杀伤链[18]等概念的提出，下一代的分布式航电也逐渐开始研究[19]。为了适应相对的体系化作战需求，在这种新形势下的作战管控和编队协同技术研究被提上日程。分布式作战概念的核心思想就是将高价值性能装备的功能分解到多数廉价、功能单一的小平台上，再通过小平台的协同合作形成高价值平台的能力，最终完成作战任务[20-21]。因此，在航电系统间的高速可靠互联是态势共享和互操作的基础；除此之外就是各个作战端的航电智能化和自主决策能力的提升。分布式作战主要就是通过这种有人无人协同的作战方式，实现多平台航电的态势信息共享、战场重构和资源配置能力，最终实现在分布广域的战场空间形成作战能力的聚合，并且能在具体的小的战场空间发挥这种体系的优势。

2) 跨平台资源调度。

若要满足分布式作战需求，多平台的分布式航电系统就必须具备跨平台资源调度和共享、按需求对航电功能配置及具备作战网络重构的能力。因此这种情况下，每架飞机的航电系统不可再用节点这个概念去描述它，这时每个作战端都是资源，这就体现了分布式作战的去中心化。与此同时，信息描述的规范化和通信协议的一致性也很重要。在这种新的分布式多平台航电的概念中，平台航电和体系是相辅相成的，平台是基础，体系能让平台发挥更好的作战效能。又进一步提出了作战云网络，这与现行的大数据技术相像，将所有的战场资源汇总，通过软件管理快速提供给各个作战端。最重要的是给协同作战概念带来了巨大的冲击，传统模式都是有人机编队协同，而如今的协同对象变得多样化。

3) 蜂群作战。

与其相对应的就是蜂群作战概念，蜂群作战从各个方面都与分布式作战形式相符，因此它属于分布式作战范畴。相关的无人机平台技术主要涉及X-58A项目、飞行导弹挂架概念和“小精灵”的投放回收技术等。与主流高价值平台相比，蜂群作战的每个无人机航电平台研发成本相对较低。但这些创新并未摆脱有人机航电平台的主要作用，只是在其基础上开辟了一个新的创新点，来提高整体系统的作战效能，因此应被理解为持续性创新，即使它向第三个层面更迈进了一步。2014年美国又提出第3次抵消战略，认为人工智能技术是提升无人系统作战应用的重中之重，主要通过这些先进技术和新的作战概念来保持美国的军事优势[22-23]。提到智能化，就避不开无人系统自主性的讨论。

4) 自主性。

自主性是人工智能(AI)深度应用于武器装备而产生的名词，相关的概念还有信任度、自治度、鲁棒性、人机权限等，这些都是影响AI装备投入使用的主要方面[24-25]。自我决策指导是自主性的表现，而这些功能都是航电系统承担的，因此需讨论航电系统的自主性。与自主性相对的就是人的决策和分析，区分航电系统的自主程度，需要分析人的操作时间占比。目前，主要的半自主航电系统飞行员操作时间占比大约为20%左右，全自主的航电系统，飞行员操作占比低于5%。在与此相关的无人机集群作战概念中，由于当前技术并不成熟，这种无人机群协同作战的AI武器一旦失控所造成的后果无法想象，飞行员对AI系统的信任度并不高。因此，集群中的指挥飞机应当是半自主的，并且对整个体系的操作时间不应超过对单架飞机的操作时间。另外，AI武器的自主性所带来的伦理问题也无法忽视，这种武器应用于战争之后到底可不可有效识别各类目标，如何将这种伦理道德体系建立在AI技术上，当前已有不少专家学者研究表示要在算法和程序上形成伦理规则。AI给军事领域带来的创新是颠覆性的，世界军事强国不会停止对它的研究，由此可知,AI武器评估机制的建立和创新变得尤为重要和急迫。如何将AI规范化这也是第二个层面中的一个尝试。因此目前无完全自主的无人航电系统存在，四代机航电系统仍需飞行员参与大量决策，下一代航电系统的进一步综合化、智能化可以提高现有航电系统的决策级别，使操作人员在更高层次进行决策，降低操作时间占比。

5) 智能作战。

此外就是智能作战概念的提出,美军计划在2035年之前，形成智能化作战体系[26-27]。通过AI技术可以提高航电系统性能，这也是第二个层面的创新。一方面研究无人航电系统在空中协同任务中如何形成自己的作战概念体系，探讨机器学习相关软件的开发和相应的架构设计；另一方面是智能作战的关键技术，群体智能需要航电系统具有可靠的网络支撑、情报信息的快速处理融合、数据链的标准化、协同打击技术、快速重构抗打击等能力。人机混合智能需要测试飞行员对系统的信任度，并且要求在航电系统上开发能辅助飞行员决策的软件。

为提高包以德环(OODA)的效能，将分布式作战多平台航电的指挥控制与AI相结合，大幅缩短决策时间。2017年，美国基于提升航电系统情报信息处理速度的目的成立算法战“跨智能队伍”；2019年2月，美国陆军提出“先进瞄准和致命性自动化系统”，旨在提高AI平台战场对目标的识别能力[28]。AI与多平台分布式的航电系统相结合，带来的作战效能提升是显著的，即使存在不确定性，也阻挡不了各国研发的步伐。

由三层面分析法可知，第二个层面的改变并不都具有积极意义，有的是较小的促进，有的是颠覆性的改变，但有的会让人们对未来的把握更迷茫。以上不论是无人机航电系统的改进、分布式多平台航电系统的提出，还是航电系统与AI结合，这些运用三层面分析法来进行分析的都属于第二个层面的创新，可以将它们都归为对有人机航电系统的扩展，但是下一代航电系统的最终目标是第三个层面对应的系统，不应继续以第一个层面系统为基础，而应处于一个复杂的多平台体系。有人机的航电系统继续发挥重要作用，主要承担强对抗，在战斗形式上会搭配不同自主度的无人机航电系统协同作战，并通过系统网络进行作战指挥。以上提到的第三个层面的构想过于基础，只是在技术推动层面顺势而为，相对于第一个层面系统创新的破坏性较小。不论高层决策管理者从政治、经济角度考虑，还是民众从AI伦理角度考虑，都不会持较大反对意见，因此这种创新受到的阻碍程度不高。

综上所述，依旧在复杂的多平台系统共存和体系化作战基础上，这种无人的高度自主的航电系统承担战场对抗任务，并在作战中发挥主要作用，这种第三个层面形式相对于第一个层面的创新更具颠覆性。从美国研制的几款新型无人机看，其航电系统一方面应用大量有人机航电系统的成熟技术，另一方面加速AI技术的融入，因此这种无人的高度自主的航电系统在未来战场发挥的超高战略效益是被认可的。在这种第三个层面的形式中，航电系统仍然处于人机混合智能阶段，只是人类参与操作的时间占比会进一步的降低，AI的权限将更大；同时，操作员的决策层面是空前的，更像是从当事者变为监督者。

2.3 无人的高度自主的航电系统在作战中发挥主要作用(第三个层面)

从上文可以看出，有人机的航电系统和无人机的航电系统共同发挥作用的局面将长期存在。一方面随着时间的推移会产生质变效果从而打破这种局面，另一方面就是用当前显著的外力来改变这种状况，从而形成无人机的高度自主的航电系统替代有人机航电系统在战场上发挥主导作用的局面。如果只是当前的相关技术已经成熟并且得到验证，这解决不了高层决策管理者和民众从政治、经济、文化各方面对第三个层面的创新进行抵制，这种阻碍会降低人们对第三个层面系统的认可。因此讨论使无人机航电系统在作战中发挥主要作用的驱动因素，通常由各种需求和关键技术发展共同推动。

1) 无人机自身发展需求推动。

从发展的角度来看，无人机航电系统会朝着提高无人机作战效能方向去发展，其综合化和可靠性一定不断提高。在这种多平台的体系化系统中，承担指挥决策的无人机航电平台必须具有高性能、稳定性好，并且具有经济优势。要适应未来这种全域多维度的快速变化的复杂战场，一方面要可以承担复杂危险作战任务，另一方面要有数量优势，因此，这种无人的高度自主的航电系统更符合要求。

为了满足这种快速变化复杂的战场环境，航电平台的无人化可以摒弃例如高温、高压、高加速度、强辐射等人类极限。飞机的很多器件可以提升级别，从而提升飞机性能；航电系统舍弃了人类生命保障系统[29]，其供电可以更持久；在执行危险任务时克服了飞行员自身心理斗争，更利于无人机任务的完成。现代战场瞬息万变，战机稍纵即逝，AI技术将使航电系统信息处理决策的全流程更高效，提高OODA环效能。面对复杂强干扰电磁环境，这种高度自主的航电平台对人的依赖度降低，减少了指挥机构和作战平台之间的数据链传输，可以提升平台的隐蔽性。

数量优势是为了适应未来多域的分布式作战形式，形成这种作战终端的分布聚能，提升数量的关键就是低成本。这种无人的高度自主的航电系统，由于减少了人类生命保障系统和人机操作子系统，大幅降低了飞机的研制成本。其主导作用和高度自主化，将飞行员从决策中解放出来，因此飞行员的决策高度是空前的；同时，飞行员可以通过地面模拟系统进行训练，大大降低了飞行员的培养成本，也减少了使用飞机所造成的损耗。

2) 军事需求推动。

自2008年起，美国为了确保其在全球的领导力，在亚太地区推出了“亚太再平衡战略”，加大亚太地区军事投入，严重影响我国周边形势安全[30-32]，因此形成了近些年来的中美军事博弈，而AI技术对于军事创新有颠覆性推动作用。如果率先研发出高度自主的无人机航电平台，将可能改变当前空战局面。目前中美两国是技术创新最多的国家，这对第二个层面的创新具有很大的激励作用。

从美国空军及其国防部官员的讲话以及推出的一系列项目可以看出，美军装备正向无人化发展，最终无人机航电平台会承担高难度任务，达到降低研发成本和减少作战伤亡的目的，这是未来战争的趋势[33]。随着无人机蜂群技术[34-35]的推出，让大量廉价无人机承担敌防区内打击任务，大幅减少了作战伤亡，保障了飞行员生命安全，并且减少飞行员的工作，优化整个空战的人力配置。第一个层面的系统面临的高昂研制费用，让美国国防经费支出已无法满足其批量生产，这会失去数量上的优势。无人机航电平台的低成本使得无人机航电系统可以快速更新换代，美军近几年也推出了快速部署计划[36]，将原先这种跨代研制的多个性能共同提升的方式改为一次只升级一项性能的方式，缩短研制周期，以达到装备快速生产和部署的目的。同时开展了多项军民融合项目，进一步降低技术成本。如果第三个层面的系统被一些国家掌握，这对于那些还处于第一个层面阶段的国家是非常不利的，处于这两层面的国家发生冲突，战争肯定是非对称性的。本文设想无人机航电平台作战性能优于有人机航电平台，且维护成本相对较低。

从军事贸易的角度来看，处于第三个层面的国家开始批量生产新系统，这对处于第一个层面的国家军工企业打击也是致命的，虽然美国等西方国家对军事落后国家实施技术封锁，继续出口这种有人航电飞机，有意维持其传统军工企业，但是我国的无人机得到国际市场的认可，已打破了这种垄断。虽然目前无人武器无使用的法律依据，全球不少国家以其不完全可控的缘由，呼吁法律禁止其发展，但是在全球军事竞争的大背景下，这种第三个层面的系统具有很高的应用前景。人们在政治、经济、文化上的抵制不可能完全阻碍其发展，所起作用有限。

3) 关键技术发展推动。

随着AI技术、分布式作战管理[37]、协同作战[38]、微电子技术[39]等推进，未来无人机航电系统在综合性和技术复杂性上可能不比强性能、高价值的有人作战平台差；首先，更先进的AI算法会提升航电系统自主度，因为未来体系态势信息是海量的，包括指挥机构与平台的通信以及平台间的信息共享，信息的获取、处理、组织、提炼必须通过先进的AI算法和多核技术来实现，单靠人力无法完成决策，这是自主度提升的原因，因此AI技术是提升未来无人机航电系统的关键。这种多平台的分布式航电系统完成群体协同作战必须有可靠稳定的多机协同任务网络[40]支持，同时具备自适应容错机制，这样才可确保体系作战的效能最优。

这些年提出的认知无线电[41]、认知雷达[42]、认知电子战[43]率先应用于武器系统，导致武器越来越精确，这都要归功于先进的AI算法，使这些制导武器智能化水平显著提高。这些武器在发射之前需要寻求人类指示，但是发射之后的过程武器几乎是完全自主的，它可以自主识别敌方目标并进行打击，能有效抵制敌方干扰。这可以看作是航电平台完全自主的先行，因此航电系统不是一开始就是完全自主的，这也是高层决策管理者和民众从政治、经济、文化各方面对这类创新进行抵制的结果，使之变化的周期变长。其实在未来战场的强干扰环境下，无人机的远程控制难以保障，因此，最终的目标是发展这种完全自主的航电系统，这是本文假设的第三个层面系统的极致，在这个阶段人类的决策是任务级甚至是战术级的，无人机完全可以自行决策和打击。这种状况下要求以上相关技术都产生巨大推进力，那时的战场环境是极度复杂和瞬息变化的，人类难以把控这种战场从而做出决策，因此需要AI来实现控制和决策。然而实现这一场面，需要航电系统更多的颠覆性创新技术。第三个层面的产生只是发生在遥远未来的一个假设，如果它演变到第一个层面阶段，那它一定是应用于极度危险的战场或者人类难以理解的战场，这时需要完全自主的航电系统来降低任务风险。由此可知，没有绝对自主，未来很长一段时间内人类仍会处于决策循环中，并执行重要决策。由此可知，第三个层面系统将立足于人机混合智能技术[44]，而产生高于第一个层面系统的战略效益。

AI技术面临的最大难题是安全性问题，其解释性和安全性技术是取得人类信任的关键，人们需要理解AI算法的内在逻辑[45]。目前的技术还无法确定神经算法全部的内在工作机理，一旦出现错误，难以准确分析出原因[46]。因此，源于社会各方面的抵制会一直存在，可能抵制的影响会随着各项技术成熟而逐渐减弱，但是它在一定程度上决定了第三个层面系统的配备。由此可知，人类对机器的掌控是本文期待的第三个层面系统出现的关键因素，人类必须被设定到无人机航电系统的决策循环中去，这样才可有效降低那些抵制的影响。

以上分析出的第三个层面系统形成的推动因素及其设想也存在部分不合理之处。

首先，无人机航电系统是不断发展创新的，要适应未来这种全域多维度的快速变化的复杂战场，AI技术和高可靠稳定的网络技术必不可少。这些关键技术的研发和应用不应该大幅增加系统的研发成本和研制周期，最终超过有人机航电系统的研制成本，如果用无人机航电系统承担作战任务被实践证明成本很高，一定会进一步验证其可行性。目前缺少验证无人机航电系统的实验场地，难以对其进行全流程的作战演练，来确定其实际的作战效能。

其次，要思考军事高层决策管理者的意愿，其可能阻止不了发展大趋势，但是可以推迟第三个层面系统出现的进度，甚至会边缘化该议题，同时应考虑来自社会的舆论能否左右高层决策管理者的想法。和平发展是当今世界的主题，这将阻碍国家间的军备竞赛，降低国家的军费支出，造成相关军事项目推进缓慢。军事高层决策管理者中的保守和激进两派的斗争也会对第三个层面系统的发展产生影响，如果保守派占主导地位，第三个层面系统实现的可能性将会降低；如果激进派占主导地位，那么从第三个层面演变到第一个层面的周期将大大缩短。两方实际的斗争非常复杂，涉及多方面因素，在意见上难以达成共识，这都将降低该设想实现的可行性。

最后，AI等先进技术应用于无人机航电平台真的比应用于有人机航电平台的作战效能高吗？不出意外的话，欧美推出的下一代仍是有人机航电平台，而目前AI等先进技术大多处于概念阶段，技术合理性并未得到验证。与此同时一些关键技术存在瓶颈，无法预测何时可应用于装备，这就需要思考三层面转变周期的时间跨度,在这里无法给设想的第三个层面系统一个明确的周期跨度。从第二个层面可以看出，无人机航电系统的相关技术都在不断创新，但是每一项技术的推进都可能会受到各方的抵制，有的甚至会直接被终止，这也会增加第三个层面设想实现的难度。总而言之，这些先进前沿的技术不确定性过强，所造成的各方面影响会直接令人质疑此处设想的合理性。

3 结束语

本文主要对未来无人机航电系统应用于作战的情况进行了构想，通过三层面分析法勾勒出了3个层面，来研究无人机航电系统应用于作战的情况。在第一个层面主要总结了当前有人机航电平台的战略效益可能不及预期，环境适应性下降的原因，主要是高性能平台的昂贵费用导致平台数量减少和日益复杂的战场环境；同时分析了第二个层面系统的许多改变是模糊无界限的，主要被归纳为第一个层面的持续性创新和倾向于第三个层面的颠覆性创新。最后构想了一种第三个层面场景，依旧在复杂的多平台系统共存和体系化作战基础上，这种无人的高度自主的航电系统承担战场对抗任务，并且在作战中发挥主要作用。分析了推动这种场面的驱动因素分别是飞机自身发展需求、军事需求、关键技术发展。同时分析了推动因素及其设想的不足之处，主要是研发成本无法估计、高层决策管理者难以达成共识和先进技术的不确定性，这些都将阻碍第三个层面系统的形成。

本文使用了三层面分析法，构想了航电系统未来应用场景。下一步会使用该方法优化资源分配，将研究国家层面的高层决策管理者在每个阶段有无进行关键的改变和决策，如果不明确，可以通过三层面分析法进行分析，并给出建议。