美军无人作战平台的任务、规划及主要技术

　　无人作战平台已成为美国海军装备体系的重要组成部分，并在历次局部战争和军事冲突中发挥了重要作用。

　　为指导无人作战平台的发展，美国各军种先后发布过无人机、无人艇、无人潜航器的发展规划。为避免重复建设，美军从 2007 年起发布《无人作战平台发展路线图》，确定了重点突破的关键技术，为各军种发展无人作战平台提供了基本指导，此后各军种不再发布无人作战平台的路线图。该路线图每 2 年修订一次，最新版是 2014 年 3月发布的《2013～2038 无人系统综合路线图》。

　　本文分析了该路线图确定的关键技术及其发展规划。

　　美军无人作战平台的任务领域

　　美军要求所有装备的发展必须首先符合特定的“联合能力领域”。为此，美军定义了9 种一级“联合能力领域（JCA）”，无人作战平台可在其中 5种能力领域中发挥关键作用，分别是战场感知能力、部队运用能力、防护能力、后勤能力和伙伴关系建设能力。无人作战平台也能为部队支援和网络中心能力提供重要支持。表 1显示了美军能够支持各“联合能力领域”中的无人作战平台数量。

　　在“战场感知”力领域中，目前主要由各种无人机和无人车执行空中侦察和城市侦察等任务，未来可由各种无人作战平台执行远征通道评估、核放射检测和特种部队海岸侦察等任务。而随着自持力的延长，无人作战平台可在各种战场不间断地执行持续时间较长的侦察与监视任务。

　　在“部队运用”能力领域中，目前的“捕食者”、“死神”和“灰鹰”无人机都配备有武器系统，可用于执行进攻作战、不对称作战和攻击高价值目标等任务 ；无人车的任务主要是致命性与非致命性的群体控制、离车进攻作战、武装侦察与武装袭击等 ；无人潜航器和无人水面舰艇的预定任务主要是布雷和扫雷。

　　在“防护”能力领域中，无人作战平台可用于执行救火、污染清除、前沿作战基地防护、设施防护、障碍物设置与清除、车辆与人员搜查、扫雷与破雷、复杂爆炸物处理、伤员撤出和后送以及海上封锁等任务。在“后勤”能力领域中，无人作战平台特别适合在各种地形条件下执行补给运输、燃料补给、装卸弹药和物资、建筑战斗工事、伤员撤退与护理、城市营救等任务。在“伙伴关系建设”能力领域中，几乎所有可用于执行战场感知、防护和后勤任务的无人作战平台都可用于支援伙伴国的灾难救援行动，可用于帮助伙伴国运送紧急物资、清理未爆炸弹药、禁毒行动和平叛行动。

　　美军无人作战平台的性能发展规划

　　为指导各军种无人作战平台的开发，确定无人作战平台的技术路线，美军对现有各种无人作战平台进行了全面梳理和归纳，提出了适用于此类平台的性能发展规划。在人机接口方面，当前无人作战平台主要是操纵杆和触摸屏等物理接口，未来的人机交互可通过手势来完成，无人作战平台最终应能理解人类的自然语言，接受指挥员以自然语言下达的任务。在通信方面，由于无人作战平台经常需要与操作人员进行通信，因此其通信频段将从高频段扩展到多种频段，并能在多种频段间跳变，以确保可靠且保密地通信。

　　在行动隐蔽性方面，目前无人作战平台作战行动的保密需求未受到足够重视，大多数平台的声、热、光和通信信号等目标特征都十分明显，容易被探测到，未来无人作战平台必须能隐蔽地执行任务，因此需要降低目标信号特征，从而降低可探测性。

　　在持续作战能力方面，现有平台的持续作战能力通常不超过十数小时，未来最长可延长到数天、数周或数月，甚至数年。在武器通用性方面，用于不同战场的各种无人作战平台配备的武器应实现通用化，提高指挥官执行任务的灵活性。在控制方面，目前单个无人作战平台需要 1名甚至多名操作员协作才能控制，未来应由 1 个操作员监控在不同战场协同作战的多种此类平台。美军无人作战平台关键技术美军通过分析各种无人作战平台的共同性能发展规划，确定了无人作战平台的关键技术，将互操作性、自主性、通信技术、推进与动力技术列为核心技术和瓶颈技术，作为未来研究的突破重点。

　　互操作性

　　互操作性对于简化后勤保障，降低总拥有费用具有重要意义。美国防部要求军方的武器装备均应具备互操作性。美国国防部副部长办公室的无人作战平台互操作性倡议（UI2）小组正在制定旨在提高无人作战平台互操作性的总体战略，以转变能力发展模式，创造更好的协同作战环境。

　　为了实现互操作性，在系统开发中必须采用开放式体系结构。开放式体系结构利用一套通用接口与服务、相关数据模型、标准数据总线，以及信息共享方法。只要可行，开放式体系结构在各个层次的系统设计上都应使用采用公开标准接口的现有民用组件。这种方法可避免烟囱式发展模式的不足，有利于创新成果在系统设计中得到更好的应用，简化系统测试与集成过程，提高系统在整个项目寿命周期内的重复使用能力。

　　【1】

　　自主性

　　美军认为，现有无人作战平台的人工交互需求较高，提高无人作战平台自主性是减少对操作人员和分析人员依赖的主要手段。提高自主性不仅要提高其自主功能，还要使其更易于为操作人员所掌控，更加安全而可靠。提高自主性的目的是让操作人员“执行任务”，而仅仅是“操纵系统”。美国空军于 2010 年发布的“技术视野”研究报告指出，如何提高系统的自主性将成为“唯一的最重要的课题”。

　　提高自主性应重点研究多传感器数据融合、信息处理与分发、自主协作3 个方面的关键技术。美军自主性发展的近期目标是使无人作战平台在复杂军事行动环境中能安全运行，减轻操作人员的工作负荷，替操作人员承担那些繁琐而非关键性的工作，而最终目标是提升无人作战平台的作战能力、提高作战人员的作战效能。

　　在多传感器数据融合方面，无人作战平台在复杂不确定的环境中执行任务，必须能够进行多传感器数据融合，并将这些数据转换成支持各种决策过程的有用信息，从而对周边环境进行仿真。这种基于异类传感器网络的多传感器数据融合技术主要包括传感器权重可重置技术、故障传感器数据和模糊数据适应技术、智能和自适应异类数据关联、自重构融合聚类的可扩展性和资源最优化技术等。

　　在信息处理与分发方面，无人作战平台执行情报、监视与侦察任务时生成的大量全运动视频和静态图像对任务规划、信息处理、信息利用和信息分发的要求越来越高。应改进目标检测和自动识别软件，实现自动指示，识别并提醒注意潜在的威胁，可应用面部识别软件，利用高保真的全运动视频识别受关注的人；使通信情报传感器具备识别关键词、甚至特定声音的能力，迅速提醒操作人员注意相关目标。

　　在自主协作方面，各种无人作战平台应具备自主协作能力，并能够扩展至多种系统和更加复杂的任务与环境，能够适应空中、地面和海上交通环境以及团队成员、操作人员和作战环境的变化。自助协作能力是降低兵力需求的关键之一，在这种情况下，操作人员负责的将是一组无人作战平台的战略性决策，不再负责直接控制单个无人作战平台的行为。

　　通信技术

　　美军列装的各种无人作战平台装备了大量的传感器和通信系统，收集到的数据量极大，对于通信的要求越来越高。为提高无人通信系统的效能，美军重点从天线、收发系统、频谱、信号处理、网络系统以及激光通信等方面来提高通信技术。在天线方面，采用相控阵天线和“灵巧”天线（综合多个天线的信号）替代传统的抛物面天线，但需解决尺寸、重量，能耗与散热等问题，同时积极开发多聚焦和超冷天线等先进技术。

　　在收发系统方面，正在研制氮化镓发射机固态功率放大器，采用自适应工作点控制技术，使放大器在不工作时能够关闭，同时还能进行调整来保持适当的状态，确保最大限度降低瞬时功率较高时的信号失真度，从而显着降低放大器所需的平均功率。氮化镓技术目前可用于选定的频带，2014年应用于无人作战平台。

　　在频谱方面，美国国防高级研究计划局的“联合战术无线通信系统（JTRS）”项目正在研究在系统中应用动态频谱选取（DSA）技术的可行性。项目证明，动态频谱选取能够根据其他相邻频谱依赖型系统是否实际使用特定频段来改变该频段的用途。目前的关键技术包括：如何克服易受对抗措施干扰问题，如何降低与现有系统集成的成本，如何制定合理的标准（包括管制标准），以及如何克服同一地点的干扰。

　　信号处理方面，美军已完成开发微型通用数据链系统，可在更小的平台上发挥通用数据链的作用。在波形技术方面，美军正在开发的通用数据链波形新技术，包括：增加“拨号选定速率”功能，提高前向纠错编码效率 ；在信息预处理方面，美军已在列为秘密的“任务规划、信息处理、信息利用和信息分发”项目中进行研究，并应用到无人作战平台的机载预处理系统中；在数据加密方面，美军在开发新的加密方法，采用便于远程管理的开放标准、动态组密钥技术（支持机与机之间的信息交换）、通用无线密码接口及系统模糊密码接口、使用基于软件的方法保护加密数据，采用多功能单片机加密在传数据和其他数据，以及采用单片机全封闭加密模块等 ；在保密通信方面，开发低截获率、低探测率和抗干扰等技术，包括低功率、扩展频谱、脉冲传送和定向天线、协议层结合随机化技术和跳频技术等。

　　在网络通信方面，国防高级研究计划局的“局域网机器人”项目通过部署体积小、造价低的智能机器人无线网络中继点，利用其机动性来实现移动自主协调，验证无人作战平台的自我配置、自我优化、自我修复、系留和电源管理能力。在激光通信方面，美军的理论估算表明，空对地链接的数据传输速率在链路斜距为 100 千米时可以达到 100兆比特 / 秒。但由于激光波束非常窄，目前重点研究解决无人作战平台通信的定向精度问题。

　　推进与动力技术美军目前的无人作战平台使用各种不同的推进系统，包括重油或汽油驱动的燃烧发动机、喷气发动机、电动机、燃料电池、太阳能和混合动力系统。为了提高涡轮发动机水平，美军专门设立了“经济型多用途先进涡轮发动机计划”，其子项目包括高效嵌入式涡轮发动机和高效小型推进装置项目。

　　高效嵌入式涡轮发动机将验证节油技术和亚声速推进发动机技术，采用小型、高功率核心机，使嵌入式发动机在直径受限的情况下获得较高的涵道比，具有比当前最先进技术还高 2.3 倍的压缩比，可提高辅助动力系统在高海拔、长航时飞行中的耐受性。

　　高效小型推进装置技术将覆盖重量在 40~1200 千克之间的各种飞行器的推进系统。为降低燃油消耗率，提高功率密度，还可考虑使用重油，高效小型推进装置项目正在研制新型函道式风扇、盘式发动机、重油发动机转换器、回热器，以及高压缩比压缩机、耐高温涡轮机。

　　为提高电源性能，美军重点发展能量获取（例如光电转化）技术、电能存储装置技术、燃料电池技术和发电机技术。美军研究机构在提高电源功率密度方面做了大量工作，目前重点改进的指标包括使用寿命、可靠性、工作效率、发动机变速性能，需要改进的功能包括多样化输出、控制策略，以及非冗余系统参数捕获功能。此外，美军还在探索采用电力共享体系结构来调节电源，最大程度地降低燃料消耗。

　　实现电力共享体系结构所需的关键技术包括电力管理控制逻辑、大功率高速固态功率调节器、调制发电机控制单元和大容量蓄电池。