无人系统工程专业素养提升探索与实践

武萌 郭傲兵 韩斌

摘要 无人作战是信息化战场的战略前沿和发展热点，是推动战争形态从信息化向智能化发展的重要动力。作为科技前沿专业，无人系统工程的课程体系优化，需要以专业知识、专业理论、专业技能、综合实践能力等方面为切入点，基于先进的教学科研条件建设，拓宽专业理论；通过搭建一体化实验平台、构建系列化实践环节打牢实践基础；基于任务牵引设置综合实践训练科目，提升实践操作等能力；通过战术综合演习，丰富战斗经验，促使学员素养全面提升，为新型装备列装使用、新质战斗力生成奠定基础。

关键词 无人系统工程；综合实践能力；专业背景课程；战术综合演习

中图分类号：E251文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.7.023

专业素养是指具有专业知识、专业理论、专业技能、必要的组织管理等方面的能力。专业素养的高低直接决定相关专业教育质量的高低，在教育教学过程中，提升学员专业素养不是一蹴而就的，而是一个不断发展、与时俱进、不断内化提升的动态过程，是教员和学员群体共同追求、奋斗的前进历程。

无人作战是新型的作战力量，是全新的作战方式，无人系统工程专业对标教育部自动化类机器人工程本科专业，聚焦无人作战系统所涉及的理论、方法、技术、运用，为新型装备的使用、维护、训练等奠定基础。本文旨在面向无人系统工程专业学员专业素养提升进行系统研究，以期通过研究形成具有實践指导意义的理论观点和实践方案，提升无人系统工程专业学员专业素养，提升本专业教学水平，以提高无人系统工程相关专业人才培养质量。

1基于培养方案，依托OODA环梳理课程体系，构建知识体系框架

1.1依托OODA作战环梳理课程体系，构建知识体系框架

由于OODA环可以对无人作战行动的整个过程进行高度抽象、全维感知，基于OODA环进行课程梳理分析，构建以智能与控制为基础的无人作战要素齐全（OODA作战环）的知识体系框架，即“观察与检测→行为与判断→规划与决策→行动与打击”，梳理课程内容、知识体系结构，提升教学水平，提升学员专业素养，如图1所示。

基于OODA作战环构建课程知识体系框架，对课程内容进行梳理如下：

“O”，观察与检测，基于“计算机控制技术”和“环境感知技术”两门课程，通过计算机接口控制、传感器数据获取、环境数据分析等内容分析战场环境信息，完成无人作战要素中的观察与检测。

“O”，行为与判断，基于“运动控制技术”课程对无人机/车自主运动行为进行结构分析和设计，通过惯导/卫星组合导航、SLAM导航进行行为判断并确定运动方向，完成无人作战要素中的行为与判断。

“D”，规划与决策，基于“任务规划技术”课程，通过路径规划、数据链路规划、威胁模型评估、任务分配、载荷运用等内容，完成无人作战要素中的规划与决策。

“A”，行动与打击，基于“火力打击技术”课程实现无人作战环终极行为：火控系统信息获取、稳定与跟踪、目标威胁评估、火力打击等内容，完成无人车/机中的行动与打击。

通过课程知识体系进一步对教学内容进行梳理，构建结构完整的知识体系框架。

1.2细化分析课程设置

基于课程体系框架对课程设计进一步细化分析，其中“自动控制原理”“人工智能原理及其应用”和“计算机控制技术”是无人系统工程专业的专业基础，在此之上基于“环境感知技术”搭建“运动控制技术”“任务规划技术”“火力打击技术”等课程，其中“自主运动控制”在自主导航的基础上学习地面无人平台和无人机运动控制方法，“任务规划技术”学习威胁模型评估、任务分配、路径规划、载荷运用和数据链路规划等，“火力打击技术”学习无人系统火控系统信息获取、稳定与跟踪、导弹与制导、人机交互、网络火控、火力打击等内容。最终通过“无人系统工程专业综合训练”课程实践科目从理论到实践进行综合，基于综合实验平台进行实验验证。

课程设置如图2所示。

课程设置聚焦无人作战重要要素环节：智能、感知、任务规划、运动控制、火力打击等内容，注重体系化设置。

2一体化实验室建设，以科研促教学，拓宽专业理论

一体化建立基础实验室和专业实验室。其中人工智能技术实验室为基础实验室，支撑“人工智能及其应用”和“计算机控制技术”专业基础课程实验；自主运动控制技术、地面无人平台行走机构、无人系统人机交互、任务载荷技术、无人系统协同作战等专业实验室，支撑“环境感知技术”“运动控制技术”“任务规划技术”“火力打击技术”和“无人系统工程专业综合训练”等专业课程实验。

通过一体化实验室，加强教学科研条件建设，对无人作战理论、试验、平台技术、协同作战等关键技术领域进行相关教学科研研究；自主无人车团队参加“跨越险阻陆上无人系统挑战赛”，这些深入的研究为课程教学提供了强有力的技术支撑；科研案例入课堂，引入CDIO工程教育模式，如基于无人平台设计运用相应案例，讲解“自主运动控制”课程中的地面机动平台运动控制和无人机自主飞行控制等相关内容。

3系列化实践环节提升专业技能，任务牵引的综合训练科目，提升综合实践能力

3.1系列化实践环节打牢实践基础，提升专业技能

无人系统工程专业背景课程基于一体化实验室，设置系列化、高品质实验平台。以stm32系列CPU为基础搭建通用机器人实验平台，基于机器人操作系统搭建系列ROS机器人实验平台（含AI机器人），搭建机器人协同运动平台（含足球机器人、无人车等）。

通用机器人实验平台，可支撑“计算机控制技术”“自主运动控制”等课程基础实验。

ROS机器人实验平台（含AI机器人），可支撑“人工智能原理及其应用”“环境感知技术”“运动控制技术”等课程实验。

机器人协同运动平台，含足球机器人教学平台和多款无人车，可支撑“运动控制技术”“任务规划技术”“火力打击技术”“无人系统工程专业综合訓练”等课程实验。

这种专业背景课程实践环节系列化的设计思路，遵循循序渐进、连贯设计的设计原则，学员只用花较少的时间精力即可熟悉不同平台，而更多地关注面向应用的设计思路。这种一体化的连贯设计打牢了实践基础，加快了实验教学进度，可快速提升专业技能。

3.2任务牵引完成综合训练科目，提升综合实践能力

针对前期课程学习主线，根据基础理论、关键技术、实际装备运用、结合后期任职特点为牵引，在完成基础实验科目基础上，增加综合训练科目，如：无人运动平台自主运动行军、目标识别与导航、多平台协同控制等。综合训练科目基于“教为主导，学为主体”的教学思想，采取任务牵引、研究性学习方式开展，设计达标性任务和挑战性任务。完成达标性任务可以得到及格成绩，挑战性任务则是基于教员设置的任务，逐步增加训练难度，由学员自主规划设计方法，自主完成整体设计方案，教员仅帮助解决问题，挑战性任务根据实现效果进行不同程度的加分，这种方式不仅可以提高学员兴趣，并且能激发其学习的主动性和创造性，促进提升综合实践能力。

4学员俱乐部、学科竞赛多维度拓展视野，综合提升

实验室在一体化建设的同时，多维度共享，依托教学科研平台搭建学员俱乐部，创造良好的学术氛围，使部分学有余力的学员能够参与到科研中去，开拓视野，进一步补充课内知识；组织学员参加学科竞赛与更多科技工作者沟通交流，获得更多专业知识，提高自身专业技能和组训管理水平。

当前学校已依托人工智能技术实验室和无人机训练教室，基于战场侦查俱乐部，组织学员参加无人机、无人车、足球机器人比赛，并拟于秋季参加RoboCup机器人世界杯中国赛。

5综合战术演习，提升灵活处置战术情况的能力，提升战斗素养

在专业背景课程和任职课程学习基础上，通过综合战术课题演练，使参演学员进一步理解无人装备在作战中的运用，提升了灵活处置战术情况的能力，全方位提升战斗素养，丰富战斗经验，查找战斗短板，固化能力，为即将开始的毕业任职奠定了坚实基础。

6结语

本文针对无人系统工程专业素养提升开展预先研究，从专业知识、专业理论、专业技能、综合实践能力等方面查找提升学员专业素养的方式方法，即基于OODA作战环梳理课程体系模型，构建完整的知识体系，提升课程理论深度和广度；基于条件建设，引入CDIO工程教育模式，以无人作战项目案例为导向，以最新科研成果促教学，应用系列化实践环节提升专业技能；通过学员俱乐部、参加学科竞赛等活动加强学术交流，开拓视野，提升综合实践能力；战术综合演练使学员对无人装备作战运用有了新的认识，提升战斗素养。后期将在此基础上进行优化梳理，并不断优化验证，为切实提升无人系统工程专业人才培养质量奠定基础。

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