第三部分：無人機研究報告

（十二）

無人機關(guān)鍵技術(shù)

無人機應(yīng)用大范圍技術(shù)發(fā)展的腳步，使得那些曾經(jīng)非常笨重的載體和在“作戰(zhàn)信任圈子”（得到士兵信任）之外的系統(tǒng)開始在作戰(zhàn)地區(qū)承擔(dān)重要任務(wù)，這在幾年之前還無法預(yù)料。隨著電池壽命與計算機處理水平的顯著增長，傳感器大小與復(fù)雜程度的降低，以及在可靠性、可維護性、自動化和操作界面上的改進，當(dāng)前的無人機已經(jīng)成為了指揮員手中極其重要的一個工具。

在21世紀的頭十年中，當(dāng)指揮員們對無人機的作戰(zhàn)性能（和限制）已經(jīng)變得習(xí)以為常的時候，未來的數(shù)十年卻已經(jīng)開始呈現(xiàn)兩方面的挑戰(zhàn)，并與當(dāng)前的作戰(zhàn)截然不同。首先，國家安全向亞太戰(zhàn)區(qū)進行戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)移，意味著需要基于環(huán)境和潛在對手實力進行不同的作戰(zhàn)考慮。其次，緊縮的政府財政環(huán)境（沒有海外突發(fā)作戰(zhàn)（OCO）經(jīng)費）和至多持平的基礎(chǔ)預(yù)算水平，給無人機的操作員和供應(yīng)商在總成本限制下去尋求效率帶來了挑戰(zhàn)，這些成本包括制造、航空電子設(shè)備、調(diào)度，以及人力和后勤保障。這種挑戰(zhàn)是雙面的，因為每一方面都不能避開另一方面來考慮，即必須在預(yù)算限定的背景下滿足作戰(zhàn)需求，并且應(yīng)從近期、中期和遠期三個階段來分開考慮。

本章重點介紹了無人機技術(shù)改進的六個方面。這些技術(shù)反映了國防部在戰(zhàn)略重點上的轉(zhuǎn)變，也表明了所有系統(tǒng)應(yīng)按照生命周期來減少成本的需要，包括無人機。在每一方面，分別討論了近期、中期和遠期的發(fā)展目標(biāo)，各個階段的定義如下表所示：

短期、中期和遠期發(fā)展目標(biāo)

國防部旨在增強作戰(zhàn)能力和減少成本的六方面關(guān)鍵技術(shù)分別是：互操作性和模塊性；通信系統(tǒng)、頻譜和彈性；研究和情報/技術(shù)保護（RITP）；持續(xù)彈性；自主性和認知行為；新型武器相關(guān)技術(shù)。其他重要的方面還包括在傳感器空投、天氣感知、高性能計算等。

1. 互操作性和模塊性

傳感器和武器技術(shù)快速成熟，處理能力和算法的發(fā)展常常超過國防部能力升級和將重大進步轉(zhuǎn)化為實戰(zhàn)平臺的速度。由于利用了商業(yè)性的處理和電子標(biāo)準技術(shù)，當(dāng)前無數(shù)的傳感器、通信和武器系統(tǒng)不斷發(fā)展。加上過去幾年美國國防部主要系統(tǒng)進行技術(shù)更新時，在平臺內(nèi)部（模塊性）和平臺之間（互操作性）面臨著諸多挑戰(zhàn)。提高模塊化程度、增加跨域數(shù)據(jù)分享的可互操作界面有利于實現(xiàn)未來全壽命周期成本的最小化，減少部隊結(jié)構(gòu)需求，可快速適應(yīng)新的威脅和技術(shù)。

2. 通信系統(tǒng)、頻譜和彈性

所有無人機（不同于純粹的自主系統(tǒng)）需要面臨的挑戰(zhàn)包括：通信鏈路的可用性、通信鏈路支持的數(shù)據(jù)量、通信頻譜的認證、RF（射頻）系統(tǒng)對干擾（例如電磁干擾）的適應(yīng)彈性。

3. 研究和情報/技術(shù)保護（RITP）

無人機在執(zhí)行任務(wù)時，常涉及關(guān)鍵程序信息和敏感、保密數(shù)據(jù)，因此需要研究和情報/技術(shù)保護。無人機必須包含合適的安全措施，不僅可以阻止未授權(quán)的接入/控制，未授權(quán)的或者無意的數(shù)據(jù)披露，保持技術(shù)優(yōu)勢，還可以使新的傳感器、武器和操作軟件更快地適應(yīng)。

4. 持續(xù)彈性

無人機由于在燃料/重量比方面的顯著優(yōu)勢使其更具可持續(xù)性，而且可以更好地利用無人機的設(shè)計提供更長的有效駐留時間。另外，未來航空電子、動力和推進系統(tǒng)、存儲管理系統(tǒng)等方面的小型化將使系統(tǒng)更小，再加上更好的可持續(xù)性，可以將投資最小化。增加可持續(xù)性需要在可靠性、維修性和生存力方面進行改進。因此，當(dāng)尺寸、重量、動力和冷卻（SWaP-C）等性能的改進已經(jīng)成為未來所有系統(tǒng)（包括無人機）的特征時，它們對系統(tǒng)的可靠性、可維護性和生存性也提出了更高要求，以確保各種用途下的戰(zhàn)時效率。

5. 自主性和認知行為

幾乎所有的無人機都需要對其基本設(shè)備操作和影響通信、人力和系統(tǒng)效率的行為進行主動控制。國防部預(yù)算中最大的成本之一是人力。作戰(zhàn)時，大量的人力資源投入到任務(wù)性能、數(shù)據(jù)收集和分析、規(guī)劃和再規(guī)劃期間對無人機的指揮上。因此，對國防部來說，最重要的是增加那些不僅可以獲取重要信息、而且可以形成/記錄/重放/規(guī)劃和分析這些信息、傳遞“可執(zhí)行”情報而非原始信息的系統(tǒng)/傳感器和分析自動化技術(shù)。這樣可以大大減少人力需求和人員傷亡的風(fēng)險，增加行動的有效性。

6. 新型武器相關(guān)技術(shù)

為了充分利用各種無人機，需要用武器方面的技術(shù)進步來升級各種無人機。擴展無人機的武器投遞選項，包括新型軍火選項，在無人部隊架構(gòu)上集成新能力，增加其它武器平臺，利用特定武器相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的重大突破，實現(xiàn)武器性能躍升。

7. 傳感器空投

無人傳感器在越戰(zhàn)時被廣泛使用，大大減少人員和設(shè)備在越南南部地區(qū)的使用。多種傳感器的使用可以進行指示告警、通信中繼、天氣預(yù)報、活動鑒別、高價值的人員/目標(biāo)的偵查、動力武器信號指示、接近實時告警，能夠通過陣列布置進行預(yù)測活動。使用無人海洋系統(tǒng)安裝傳感器可以增加持續(xù)時間、判斷/識別活動和目標(biāo)，這種方法無需投入人力、也不需在敵方領(lǐng)域開展多次高要求的出擊，就可以實現(xiàn)對指定區(qū)域和/或指定點的偵測。

許多無人平臺已經(jīng)配備了外部設(shè)備，可以進行受控的掩護和/或自主隱蔽活動。無人地面?zhèn)鞲衅骷夹g(shù)正在快速發(fā)展，并能采集和報告特殊信息，使用坐標(biāo)尋址能力提供準確的隱蔽安裝位置。在無人機上，一般配置了功能可相互補充的傳感器，在提供準確安裝位置的同時，提供圖像信息以支持任務(wù)規(guī)劃和路徑跟蹤。未來，無人機平臺是穿越拒止戰(zhàn)場區(qū)域、準確投送傳感器和非動能武器的理想工具。其未來的能力也包括部署“粘貼機器人”，可以對通過某區(qū)域的人員進行跟蹤和識別。

8. 天氣感知

許多軍事任務(wù)需要準確和及時的天氣預(yù)報，幫助指揮員改進傳感器規(guī)劃和數(shù)據(jù)采集，避免發(fā)生與天氣相關(guān)的潛在事故。無人機平臺可以在不同高度、全天候、在作戰(zhàn)區(qū)域上空飛行，便于獲得氣象數(shù)據(jù)。準確的天氣報告也支持互補性的地面和飛行規(guī)劃的同步。未來的天氣報告幾乎可以從分布式公共地球站天氣應(yīng)用軟件和美國大陸天氣中心實時獲取，并通過其它天氣信息進行修正，從而可以更準確的為戰(zhàn)術(shù)指揮官提供預(yù)測。天氣傳感器信息將自動格式化并通過平臺數(shù)據(jù)鏈以自動化路徑向作戰(zhàn)指揮官和其他合適的天氣預(yù)測和報告地點發(fā)送報告。隨著無人機續(xù)航時間的顯著增加，天氣預(yù)測變得越來越重要，準確的預(yù)報可以保證發(fā)射、恢復(fù)、距離極限更準確，避免與天氣相關(guān)的潛在事故，提高飛行和地面作戰(zhàn)的協(xié)調(diào)性。

9. 高性能計算

超高容量、高清晰傳感器帶來帶寬的問題。每個傳感器和通信系統(tǒng)有獨立的元件對各種信息進行處理。這種“個人主義”導(dǎo)致了大范圍的非標(biāo)準化部件、元件接口和SWaP-C配置。未來技術(shù)將為大多數(shù)無人機提供標(biāo)準化、系列化的HPC能力。高性能計算能力可以使通用的硬件-定義結(jié)構(gòu)與通用的軟件-定義結(jié)構(gòu)相一致，形成一套統(tǒng)一的即插即用的標(biāo)準性能和應(yīng)用結(jié)構(gòu)，在一個小型化的底板上進行計算處理。無人機系統(tǒng)提供商可以得到通用的結(jié)構(gòu)，這樣可以大大降低集成的成本。使用HPC系列或者通用硬件也可以支持技術(shù)插入，如多個可能的元件中的一個在處理器、內(nèi)存或者其它電子設(shè)備之間進行互換。它也能進一步提高軟件下載能力。HPC在無人機中可以應(yīng)用到多個子系統(tǒng)上，應(yīng)對云計算和多層安全、通信、開放式標(biāo)準、數(shù)據(jù)存儲、成本、技術(shù)插入、SWaP-C等方面的挑戰(zhàn)。

文章來源：《武器與裝備研究選編》國際防務(wù)科技叢書（2015年第5期，總第15期）中國電子科學(xué)研究院管理研究中心編譯/ 圖片來自于原報告或互聯(lián)網(wǎng)。

第一部分：美國航母研究報告

第二部分：國外預(yù)警機研究報告

國外預(yù)警機研究報告（一）：發(fā)展歷程+預(yù)警機地圖

國外預(yù)警機研究報告（二）：美國E-3系列“望樓”預(yù)警機