黃漢橋，白俊強，周 歡，程昊宇，常曉飛

（1.西北工業(yè)大學(xué)無人系統(tǒng)技術(shù)研究院，西安710072；2.空軍工程大學(xué)，西安710038）

0 引言

隨著無人系統(tǒng)平臺的蓬勃發(fā)展，運用多架無人機在飛行空間內(nèi)構(gòu)成相互協(xié)作、優(yōu)勢互補、效能倍增的協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)，已成為各國軍方關(guān)注的熱點和追逐的目標(biāo)。它要求多架飛機協(xié)同分享、分配、分組作戰(zhàn)信息資源，然后迅速、準(zhǔn)確地做出協(xié)同偵察、協(xié)同預(yù)警、協(xié)同探測、協(xié)同攻擊、協(xié)同攔截、毀傷評估或者退出攻擊等決策戰(zhàn)術(shù)任務(wù)，通過多架飛機之間的協(xié)同配合，最后通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)協(xié)同，共同完成較復(fù)雜的任務(wù)，對空中戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略任務(wù)的順利執(zhí)行具有重要意義。

當(dāng)前，世界正在經(jīng)歷大發(fā)展、大變革和大調(diào)整，我國國家利益拓展和周邊安全形勢正在經(jīng)歷嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為捍衛(wèi)國家領(lǐng)空利益，我們必須準(zhǔn)備面對與強敵的對抗。強敵具有隱身戰(zhàn)斗機與無人機協(xié)同、制空與防空一體的空天地體系化作戰(zhàn)能力。因此，快速提升我軍智能空戰(zhàn)體系下的協(xié)同作戰(zhàn)能力顯得極為緊迫。要想取得對強敵的勝利，必須獲得OODA概念上的優(yōu)勢（如信息探測能力、電子戰(zhàn)能力、通信能力和火力打擊能力）及系列“不對稱”優(yōu)勢。

本文首先闡述了無人系統(tǒng)的內(nèi)涵，指出智能化是無人系統(tǒng)未來的發(fā)展方向，根據(jù)自主完成任務(wù)的能力對無人系統(tǒng)進(jìn)行了分級。隨后，從協(xié)同偵察、協(xié)同預(yù)警、協(xié)同對地攻擊及協(xié)同空戰(zhàn)等多個不同角度探討了協(xié)同作戰(zhàn)樣式，結(jié)合美軍CODE計劃及OFFSET計劃等，闡述了國內(nèi)外無人系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)發(fā)展的現(xiàn)狀。從協(xié)同態(tài)勢感知技術(shù)、交互與信息作戰(zhàn)云技術(shù)、智能決策技術(shù)、自主攻擊技術(shù)、集群協(xié)同技術(shù)及學(xué)習(xí)與進(jìn)化技術(shù)等，分析了制約無人系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)水準(zhǔn)的關(guān)鍵技術(shù)。

1 無人系統(tǒng)的內(nèi)涵與分類

1.1 無人系統(tǒng)的內(nèi)涵

隨著近幾年以無人駕駛汽車等為代表的無人系統(tǒng)自主性的不斷提高，以組成為特征來定義無人系統(tǒng)已經(jīng)不全面了，不適應(yīng)無人系統(tǒng)的發(fā)展需要。給出以能力為特征的無人系統(tǒng)定義：具有信息感知、交互、處理、自主決策、學(xué)習(xí)和執(zhí)行能力的系統(tǒng)。在現(xiàn)階段，一些冠以 “無人”定義的系統(tǒng)還不完全具有上述6個能力特征。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高級的無人系統(tǒng)將更加完美地詮釋這些基本特征。

智能化技術(shù)的應(yīng)用可以顯著提升無人系統(tǒng)的能力，是無人系統(tǒng)的發(fā)展方向，無人系統(tǒng)將向著高自主等級的方向發(fā)展。

美軍采用無人機自主控制水平來評價無人機的智能化水平，如圖1所示。無人機的自主控制等級可分為10級，等級越高，無人機自主完成任務(wù)的能力越強。1～4級用于描述個體的智能化程度，5～10級用于描述群體的智能化程度。無人機由遙控制導(dǎo)向完全自主進(jìn)化，由個體自主向群體完全自主發(fā)展，由模擬人的個體屬性向模擬人的社會屬性發(fā)展。無人作戰(zhàn)飛機的發(fā)展趨勢如圖2所示。

圖1 美軍無人機自主控制等級Fig.1 Autonomous control level of U.S.unmanned aerial vehicles

圖2 UCAV的發(fā)展趨勢圖Fig.2 Development trend chart of UCAV

1.2 無人系統(tǒng)分類

根據(jù)自主完成任務(wù)的能力，可以把無人系統(tǒng)分為初級、中級、高級和超級4個級別。

（1）初級無人系統(tǒng)

將傳統(tǒng)的由人在平臺上操作完成的任務(wù)變?yōu)槿嗽谄脚_下完成，即 “人在系統(tǒng)內(nèi)，不在平臺上”。

無人平臺具有一定的感知、處理和執(zhí)行能力，具備與操作員的交互能力，但不具備決策和學(xué)習(xí)能力。由人設(shè)定任務(wù)目的并操縱完成任務(wù)，典型代表為無人機。

（2）中級無人系統(tǒng)

具有一定的感知、交互、信息處理、執(zhí)行、決策和學(xué)習(xí)能力，能自主完成特定的任務(wù)。

可模擬人類在某方面的能力，具有學(xué)習(xí)能力。由人設(shè)定目的，無人系統(tǒng)自主完成任務(wù)，典型代表為無人駕駛車輛。

（3）高級無人系統(tǒng)

具有完善的感知、交互、信息處理、決策控制、學(xué)習(xí)和執(zhí)行能力，并且可以通過群體協(xié)作完成較為復(fù)雜的任務(wù)。

系統(tǒng)具有集群協(xié)同能力。行為目的由人設(shè)定，可自主完成復(fù)雜任務(wù)，典型代表為無人機群。

（4）超級無人系統(tǒng)

具有自主的目的，并且可以通過自主的行為達(dá)成目的。在感知、交互、信息處理、決策控制、學(xué)習(xí)和執(zhí)行能力方面達(dá)到甚至超越了人類的水準(zhǔn)，形成了類人甚至超人的無機生命，典型代表為科幻的未來無人系統(tǒng)。

2 無人協(xié)同作戰(zhàn)及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 無人協(xié)同作戰(zhàn)技術(shù)

無人協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)要求多架有人機/無人機、無人機/無人機之間協(xié)同分享、分配、分組控制信息資源，然后迅速、準(zhǔn)確地做出偵察、協(xié)同目標(biāo)跟蹤、協(xié)同攻擊、協(xié)同空中攔截、毀傷評估或者退出攻擊等決策戰(zhàn)術(shù)任務(wù)。通過多架飛機之間的協(xié)同配合，最后通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)協(xié)同，共同完成較為復(fù)雜的任務(wù)。

從協(xié)同作戰(zhàn)模式和戰(zhàn)術(shù)任務(wù)來看，無人作戰(zhàn)飛機的協(xié)同作戰(zhàn)主要可分為：

1）無人機和有人機的協(xié)同作戰(zhàn)；

2）無人機與無人機的協(xié)同作戰(zhàn)。

在今后一段時間的戰(zhàn)爭中，有人機與無人機及其他無人支援飛機的聯(lián)合編隊作戰(zhàn)將成為一種全新且主要的作戰(zhàn)模式。無人機直接接受有人機平臺的指揮控制，實施聯(lián)合目標(biāo)確定、協(xié)同指揮控制、一體化作戰(zhàn)、快速打擊等決策及動態(tài)評估，從而實現(xiàn)傳感器?控制器?射手的一體化作戰(zhàn)模式。

根據(jù)美軍的一項針對有人/無人協(xié)同的試驗分析，有人機/無人機協(xié)同作戰(zhàn)，可使任務(wù)成功率上提升35%，作戰(zhàn)效率提升25%，生存力提升25%，作戰(zhàn)時間縮短50%。

對于無人機而言，其可利用人的智慧和綜合判斷能力，彌補無人機在智能決策方面的不足；依托有人機在態(tài)勢感知、指揮控制等方面的優(yōu)勢，拓展任務(wù)類型，增強復(fù)雜對抗環(huán)境下的作戰(zhàn)能力，擺脫對地面站及衛(wèi)通鏈路的依賴，使得作戰(zhàn)半徑提高，抗干擾、反欺騙能力增強。

對于有人機而言，可拓展有人機的態(tài)勢感知能力與打擊范圍，豐富有人機的任務(wù)域；降低有人機遂行高危作戰(zhàn)任務(wù)的風(fēng)險，提高生存力；有人機在空戰(zhàn)中的角色由單機 “戰(zhàn)斗員”作戰(zhàn)變?yōu)榧?“指揮員”作戰(zhàn)，可實現(xiàn)效能的提升。

無人機與無人機協(xié)同作戰(zhàn)將是未來作戰(zhàn)的主要模式，其發(fā)展的最終目的是在無人干預(yù)或極少有人干預(yù)的條件下，協(xié)同自主完成作戰(zhàn)任務(wù)。

2.2 無人協(xié)同作戰(zhàn)的發(fā)展現(xiàn)狀

無人機融入現(xiàn)有航空武器的裝備體系是必然趨勢，是提升空軍作戰(zhàn)體系整體效能的重要手段。未來的空中優(yōu)勢作戰(zhàn)，將由 “平臺中心”演進(jìn)為“有人/無人聯(lián)合”的體系協(xié)同作戰(zhàn)。

2004年，美軍兩架X?45協(xié)同飛行。2007年，英國空軍1架改裝的 “狂風(fēng)”與3架無人模擬機（BAC?111改裝）協(xié)同。2008年，美軍 AV?8B 飛機與 “捕食者”無人機協(xié)同作戰(zhàn)。2014年11月，美軍2架F/A?18與1架X?47B協(xié)同航母起降。2015年4月22日，X?47B驗證機與K?707加油機協(xié)同。2016年美軍提出，計劃實現(xiàn)F?35與F?16無人版的協(xié)同。綜合國外無人協(xié)同作戰(zhàn)的發(fā)展趨勢，可總結(jié)出如下幾點：

1）重視有人機/無人機協(xié)同的頂層規(guī)劃與體系建設(shè)；

2）重點突破平臺、鏈路通信、指揮控制、傳感器和火控協(xié)同等關(guān)鍵技術(shù)；

3）圍繞裝備綜合能力的拓展，逐步提升控制層級和互操作性；

4）從編隊技術(shù)攻關(guān)到協(xié)同戰(zhàn)術(shù)飛行驗證，推動協(xié)同作戰(zhàn)走向?qū)嵱没?/p>

下面介紹以美國國防部高級研究計劃局DARPA為代表的3大計劃：進(jìn)攻性蜂群戰(zhàn)術(shù)（OFF?SET）、拒止環(huán)境中的無人協(xié)同作戰(zhàn)（CODE）和體系集成技術(shù)及試驗（SoSITE）。

（1）進(jìn)攻性蜂群戰(zhàn)術(shù)（OFFSET）

項目背景是克服城市作戰(zhàn)所面臨的挑戰(zhàn)，進(jìn)一步發(fā)展顛覆性的蜂群能力。

項目目標(biāo)是激發(fā)創(chuàng)新蜂群戰(zhàn)術(shù)的產(chǎn)生，豐富及提升未來蜂群系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力，并以此建立及維持美軍在城市作戰(zhàn)環(huán)境中的非對稱性優(yōu)勢；設(shè)計、研發(fā)和驗證1個蜂群系統(tǒng)架構(gòu)——在1個現(xiàn)實的基于游戲的情境中產(chǎn)生，并被嵌入到物理的蜂群自主平臺中——以推進(jìn)創(chuàng)新互動和整合新穎的蜂群戰(zhàn)術(shù)；尋求構(gòu)建1個多功能、異構(gòu)的蜂群系統(tǒng)，這個系統(tǒng)能夠使250個以上的無人自主協(xié)作平臺于6h內(nèi)在8個街區(qū)執(zhí)行任務(wù)。

OFFSET項目旨在推進(jìn)及加快蜂群使能戰(zhàn)術(shù)的發(fā)展，并將重點放在蜂群自主性和人?蜂群編隊這兩個領(lǐng)域，重視作為蜂群能力發(fā)展基礎(chǔ)的作戰(zhàn)相關(guān)蜂群戰(zhàn)術(shù)。

（2）拒止環(huán)境中的無人協(xié)同作戰(zhàn)（CODE）

項目背景是針對未來作戰(zhàn)環(huán)境對抗性更強且更加變幻莫測的特點，拓展無人機自主協(xié)同能力，以滿足未來作戰(zhàn)所需。

CODE項目的示意圖如圖3所示，項目目標(biāo)是開發(fā)及驗證新的算法和軟件，這些算法和軟件能夠通過自主性和協(xié)同行為擴展傳統(tǒng)及新型無人機在拒止環(huán)境中的任務(wù)能力。內(nèi)容包括協(xié)同自主性、無人自主性、人機控制界面、分布式系統(tǒng)開放架構(gòu)等。

圖3 CODE項目的示意簡圖Fig.3 Schematic diagram of the CODE project

第1階段（2014年～2016年）：通過模擬的方式驗證概念系統(tǒng)和架構(gòu)設(shè)計，項目成功驗證了自主協(xié)同在戰(zhàn)術(shù)層面上的應(yīng)用潛力。2個研究團隊（雷神公司和洛馬公司）選擇了大約20個可極大提升無人機在拒止或?qū)弓h(huán)境中有效作戰(zhàn)能力的自主行為。

第2階段（2016年～2018年）：完成詳細(xì)設(shè)計和飛行試驗。洛馬公司和雷神公司以RQ?23“虎鯊”無人機為試驗平臺，并為其加裝了CODE軟件和硬件。試驗情況：2架真實無人機+2架虛擬無人機，測試了編隊飛行、在GPS拒止環(huán)境中相對導(dǎo)航、動態(tài)環(huán)境適應(yīng)等自主行為。DARPA項目的經(jīng)理表示：“階段2的測試飛行超出了項目支撐基礎(chǔ)設(shè)施原本的能力，面向未來的協(xié)作自主能力CODE的發(fā)展取得了可喜的進(jìn)展”。

第3階段（2018年至今）：通過系列飛行試驗發(fā)展和驗證全任務(wù)能力，試驗由6架真實無人機和若干虛擬無人機組成。2018年1月，DARPA授予雷神公司第3階段的合同，以進(jìn)一步完成CODE軟件的開發(fā)和最終的飛行試驗。DARPA項目的經(jīng)理表示：“CODE正在努力開發(fā)一種低成本的方法，來升級傳統(tǒng)的無人駕駛飛機的作戰(zhàn)能力，并通過開創(chuàng)性的算法和軟件，使他們能夠在最少人員的監(jiān)督下協(xié)調(diào)工作，從而極大地提高作戰(zhàn)效能。預(yù)計通過在更復(fù)雜的情況下測試更多的飛機和高度自主的行為，進(jìn)一步擴大代碼能力”。

（3）體系集成技術(shù)及試驗（SoSITE）

項目背景是美軍空中優(yōu)勢正在受到挑戰(zhàn)，包括美軍自身內(nèi)在發(fā)展的受限和潛在敵手技術(shù)能力的發(fā)展，SoSITE項目的概念圖如圖4所示。

項目目標(biāo)是維持在強對抗性環(huán)境中的空中優(yōu)勢，提升和改進(jìn)算法、軟件和電子技術(shù)，包括殺傷鏈、開放系統(tǒng)架構(gòu)、作戰(zhàn)管理控制系統(tǒng)、系統(tǒng)多樣性和適應(yīng)性。

圖4 SoSITE項目的概念圖Fig.4 Conceptual graphs of SoSITE

DARPA發(fā)布的項目廣泛機構(gòu)公告（BAA）可被分為2個階段：第1階段為2014年4月～2016年10月，主要完成系統(tǒng)架構(gòu)和集成技術(shù)的研發(fā)；第2階段為2016年10月～2019年10月，主要進(jìn)行體系集成技術(shù)試驗。

國內(nèi)針對無人協(xié)同方向的研究，主要經(jīng)歷了教練機改有人/無人協(xié)同、三代機與無人機協(xié)同、三代半與無人機協(xié)同、四代機與無人機協(xié)同及制空型無人機與有人機協(xié)同階段，但以上研究僅僅實現(xiàn)了簡單的數(shù)字和半物理仿真，針對關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)不足，缺少有人/無人協(xié)同作戰(zhàn)的效能評估體系，缺少體系的仿真與驗證手段。

無人協(xié)同方向在國內(nèi)的發(fā)展趨勢正由編隊非隱身、編隊協(xié)同、同構(gòu)平臺協(xié)同向編隊隱身、集群協(xié)同、異構(gòu)平臺協(xié)同方向發(fā)展。

3 無人協(xié)同作戰(zhàn)需解決的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 協(xié)同態(tài)勢感知

未來的無人系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)必須具備更加全面的戰(zhàn)場環(huán)境態(tài)勢感知能力，包括目標(biāo)的感知與識別、戰(zhàn)場態(tài)勢的智能認(rèn)知等。上述目標(biāo)均對無人系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境中的智能化程度提出了更高的要求，圖5為協(xié)同態(tài)勢感知的示意圖。

圖5 協(xié)同態(tài)勢感知的示意圖Fig.5 Schematic diagram of collaborative situational awareness

協(xié)同態(tài)勢感知的概念為：無人系統(tǒng)編隊內(nèi)的各飛行器利用各自攜帶的傳感器獲取戰(zhàn)術(shù)信息，并對這些戰(zhàn)術(shù)信息在統(tǒng)一框架下進(jìn)行融合，形成對整個戰(zhàn)場態(tài)勢的綜合描述和表達(dá)，并且通過對戰(zhàn)場態(tài)勢的分析和理解，完成任務(wù)決策和打擊指令，從而指揮無人飛行器完成相應(yīng)的作戰(zhàn)任務(wù)。

作為一種智能化平臺，協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)對環(huán)境及目標(biāo)進(jìn)行精確地認(rèn)知是實現(xiàn)自主控制、決策等功能的基礎(chǔ)，其中主要涉及到多源信息融合、場景分割、物體檢測與識別、自身定位、地圖構(gòu)建等關(guān)鍵技術(shù)。無人系統(tǒng)具備信息收集和環(huán)境認(rèn)知能力，能夠感知、識別、理解其所處的戰(zhàn)場環(huán)境，是無人系統(tǒng)實現(xiàn)高級智能的基礎(chǔ)，可借鑒人類在認(rèn)知過程中的認(rèn)知信息處理、復(fù)雜環(huán)境認(rèn)知算法、基于認(rèn)知的學(xué)習(xí)和推理方法等。

無人系統(tǒng)對戰(zhàn)場環(huán)境全信息域的感知能力是智能化的表現(xiàn)，是其實現(xiàn)自主導(dǎo)航、任務(wù)感測、系統(tǒng)監(jiān)控等目標(biāo)的基礎(chǔ)。無人系統(tǒng)要求感知系統(tǒng)在信息復(fù)雜、高度對抗、任務(wù)多變的戰(zhàn)場環(huán)境中，通過有限信息感知來推斷環(huán)境狀況和平臺健康狀況，并評估敵方作戰(zhàn)意圖，進(jìn)行系統(tǒng)故障診斷與預(yù)測。需要重點研究的關(guān)鍵技術(shù)包括：多源信息采集、融合與處理技術(shù)、非結(jié)構(gòu)化環(huán)境感知技術(shù)、復(fù)雜環(huán)境認(rèn)知學(xué)習(xí)和推理技術(shù)、態(tài)勢感知與評估、目標(biāo)意圖識別技術(shù)、系統(tǒng)健康監(jiān)控與故障預(yù)測技術(shù)等。

3.2 交互與通信技術(shù)

交互與通信技術(shù)包括人與無人系統(tǒng)、無人系統(tǒng)之間的交互技術(shù)。通過模擬人的各種感官（如聽覺、味覺、觸覺、視覺等），實現(xiàn)指令下達(dá)及信息傳遞。

無人系統(tǒng)與人通過語音、文字、肢體語言、表情甚至腦電波等實現(xiàn)交互與通信，如圖6所示。無人系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信，可能會產(chǎn)生機器語言和新的通信方式。

圖6 腦機接口設(shè)計Fig.6 Interface design of brain-computer

3.3 作戰(zhàn)云技術(shù)

“作戰(zhàn)云”是未來智能協(xié)同空戰(zhàn)的有力支撐，如圖7所示。其概念是指綜合運用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、虛擬化技術(shù)、分布式計算技術(shù)及負(fù)載均衡技術(shù)，將分散部署的作戰(zhàn)資源進(jìn)行有機重組而形成的一種彈性、動態(tài)的作戰(zhàn)資源池，其具備虛擬化、連通性、分布式、易擴展和按需服務(wù)等特點，可為作戰(zhàn)按需獲取資源提供可能，為達(dá)成 “跨域協(xié)同”提供支撐，為實現(xiàn) “云作戰(zhàn)”奠定基礎(chǔ)。

圖7 未來作戰(zhàn)云的概念圖Fig.7 Conceptual graphs of the future combat cloud

作為作戰(zhàn)體系的嶄新形態(tài)，作戰(zhàn)云通過云技術(shù)高度共享陸、海、空、天的多維作戰(zhàn)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)陸、海、空、天、電、網(wǎng)等作戰(zhàn)域的戰(zhàn)場資源整合，使得各種作戰(zhàn)要素匯集成云，完成戰(zhàn)場數(shù)據(jù)的網(wǎng)狀交互，進(jìn)而增強空天情報信息共享的實效，促進(jìn)作戰(zhàn)指揮效能的提升，提高空天信息作戰(zhàn)協(xié)同的效率。

作戰(zhàn)云可以按需提供彈性作戰(zhàn)資源，其外在表現(xiàn)為一系列服務(wù)的集合。結(jié)合 “云計算”的應(yīng)用與研究，并根據(jù)軍事行動的實際需求，可將“作戰(zhàn)云”分為資源層、能力層、平臺層、應(yīng)用層及管理層5個架構(gòu)：

1）資源層。通過虛擬化技術(shù)將分散部署的同型異構(gòu)作戰(zhàn)資源進(jìn)行抽象聚合，以形成各類簡明易用且彈性可擴的資源池。

2）能力層。依托資源層提供的各種作戰(zhàn)資源，以作戰(zhàn)為目的將其封裝成相應(yīng)的作戰(zhàn)能力。

3）平臺層。將能力層封存好的能力按作戰(zhàn)階段及流程，組合為具體的作戰(zhàn)功能。

4）應(yīng)用層。由基于平臺層提供的作戰(zhàn)功能，按作戰(zhàn)行動的類型需求進(jìn)行動態(tài)組合，形成業(yè)務(wù)模塊。

5）管理層。主要對 “作戰(zhàn)云”的各層服務(wù)實施管理。

3.4 智能決策及自主攻擊技術(shù)

在協(xié)同作戰(zhàn)過程中，需要無人作戰(zhàn)飛機（UCAV）編隊的指揮人員能夠根據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢的實時變化，及時、準(zhǔn)確地制定和調(diào)整作戰(zhàn)任務(wù)方案。但是面對現(xiàn)代戰(zhàn)場的瞬息萬變、海量戰(zhàn)術(shù)信息的瞬時涌入，指揮人員在心理和生理層面都很難勝任這樣繁重的感知、分析判斷和決策任務(wù)，因而需要有先進(jìn)的智能決策技術(shù)輔助無人作戰(zhàn)飛機編隊的指揮人員進(jìn)行實時的戰(zhàn)術(shù)決策和指揮。

智能決策系統(tǒng)可以與 “觀察-指引-決策-行動（OODA）”循環(huán)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，從決策層和行動層2個角度出發(fā)，運用大數(shù)據(jù)和機器學(xué)習(xí)方法提取有人機飛行員的空戰(zhàn)經(jīng)驗，并結(jié)合Monte Carlo搜索樹、滾動時域優(yōu)化等方法，在實時條件下達(dá)成空戰(zhàn)決策與實現(xiàn)目標(biāo)控制。

自主攻擊技術(shù)是協(xié)同作戰(zhàn)的重要組成部分，其包括單個飛行器的智能感知及決策、在線規(guī)劃、智能控制等。自主攻擊技術(shù)是提升無人系統(tǒng)性能的關(guān)鍵技術(shù)，而智能感知及決策是實現(xiàn)自主能力的核心環(huán)節(jié)，是從感知環(huán)境到采取行動的映射。圖8為智能決策系統(tǒng)的框圖。無人系統(tǒng)的在線行為決策能力使其能夠針對動態(tài)變化的環(huán)境態(tài)勢作出迅速而準(zhǔn)確的判斷，以便采取有效的行為。智能控制是自主攻擊的重要執(zhí)行環(huán)節(jié)，直接決定攻擊精度和綜合效能。

圖8 智能決策系統(tǒng)的框圖Fig.8 Schematic diagram of intelligent decision system

UCAV自主攻擊的關(guān)鍵技術(shù)將減少其在作戰(zhàn)狀態(tài)時的來自地面指揮與操控人員的干預(yù)，降低無人作戰(zhàn)飛機傳遞信息和處理系統(tǒng)的復(fù)雜程度，消除無人作戰(zhàn)飛機與地面作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)通訊鏈路被干擾的隱患，突破操控人員的固有生理因素。X?47B便實現(xiàn)了自主起降并完成了系列任務(wù)，其起降畫面如圖9所示。

圖9 X-47B自主起降的畫面Fig.9 Autonomous take-off and landing of X-47B

自主攻擊技術(shù)可充分發(fā)揮UCAV適應(yīng)復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境能力強的特點和優(yōu)勢，增強機動攻擊能力，提高武器發(fā)射/投放精度，增加發(fā)射/投放機會，減少發(fā)射/投放時間，減輕地面指揮與操控人員的工作負(fù)擔(dān)，甚至可以擺脫地面指揮與控制的約束，提高武器系統(tǒng)進(jìn)行目標(biāo)瞄準(zhǔn)、武器發(fā)射的能力，提高在面對外界不確定擾動情況下的自適應(yīng)控制能力、魯棒性能和容錯能力。結(jié)合前期研究課題，給出了無人機自主攻擊過程的示意圖，如圖10所示。

從國外無人機自主控制技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀可以看出，目前國外現(xiàn)役無人機的自主控制等級一般都在3級以下，制約無人機系統(tǒng)達(dá)到高級別自主能力的因素包括：人工智能技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)。

3.5 集群協(xié)同作戰(zhàn)技術(shù)

集群協(xié)同作戰(zhàn)是一種全新概念的作戰(zhàn)模式，對未來戰(zhàn)爭的影響將是顛覆性的，集群協(xié)同作戰(zhàn)的示意圖如圖11所示。美國國防部在最新發(fā)布的《無人系統(tǒng)綜合路線圖（2017?2042）》 中強調(diào)，為適應(yīng)未來聯(lián)合作戰(zhàn)的需求，無人系統(tǒng)應(yīng)聚焦全域集群作戰(zhàn)，互操作性、自主性、安全網(wǎng)絡(luò)、集群協(xié)同是加速無人系統(tǒng)作戰(zhàn)應(yīng)用的4大驅(qū)動力，可用于指導(dǎo)美軍用無人機、無人潛航器、無人水面艇、無人地面車輛等的全面發(fā)展。

集群協(xié)同作戰(zhàn)涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括了集群態(tài)勢感知與信息融合、集群控制與群體智能及任務(wù)規(guī)劃等。其中，任務(wù)規(guī)劃又包括了靜態(tài)協(xié)同任務(wù)分配、動態(tài)協(xié)同任務(wù)分配、協(xié)同航跡規(guī)劃研究等。多無人系統(tǒng)編隊的協(xié)同控制是難點。

圖10 無人機自主攻擊過程的示意圖Fig.10 Diagram of UAV autonomous attack process

圖11 集群協(xié)同作戰(zhàn)的示意圖Fig.11 Schematic diagram of cluster cooperative operation

圖12 AI飛行員與人類飛行員對抗的場景Fig.12 A confrontation between AI pilots and human pilot

3.6 學(xué)習(xí)與進(jìn)化智能技術(shù)

智能化給人類發(fā)展帶來了機遇和挑戰(zhàn)，人工智能技術(shù)的發(fā)展勢不可擋。智能化無人系統(tǒng)以人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠模仿人類思維，具備態(tài)勢感知、信息融合、自主決策、組網(wǎng)協(xié)同的能力，可實現(xiàn) “自主、高動態(tài)與分布協(xié)同作戰(zhàn)”的無人系統(tǒng)。從圍棋人機大戰(zhàn)中AI的勝出，到AI飛行員戰(zhàn)勝人類飛行員的報道，可見未來的大規(guī)?？諔?zhàn)離不開AI。圖12展示了AI飛行員和人類飛行員對抗的場景。

人類不斷進(jìn)步的核心動力在于知識的學(xué)習(xí)和積累。近年來，智能化無人系統(tǒng)的迅速發(fā)展也是建立在大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)、強化學(xué)習(xí)及計算硬件迅速發(fā)展的基礎(chǔ)之上。

4 結(jié)論

智能空戰(zhàn)體系下的協(xié)同作戰(zhàn)技術(shù)已成為各國軍方關(guān)注的熱點和追逐的目標(biāo)，我軍必須盡快提升協(xié)同智能空戰(zhàn)水平。國內(nèi)在協(xié)同作戰(zhàn)領(lǐng)域雖起步較晚，但科研院所已開展了大量理論研究和飛行試驗。從國內(nèi)外的技術(shù)研究進(jìn)展和總體研究態(tài)勢來看，我國在某些領(lǐng)域雖然取得了一定成績，但存在的短板較多，支撐協(xié)同作戰(zhàn)的基礎(chǔ)理論創(chuàng)新性不足，多處于跟風(fēng)研制階段，特別是在協(xié)同智能空戰(zhàn)的概念和架構(gòu)設(shè)計、先進(jìn)無人作戰(zhàn)的飛行技術(shù)、態(tài)勢感知技術(shù)、智能決策技術(shù)、自主攻擊技術(shù)、協(xié)同控制技術(shù)、通信與組網(wǎng)控制技術(shù)、人機智能交互和多無人機敏捷管理等方面，都缺乏較為厚實的研究基礎(chǔ)。

因此，急需研究新的作戰(zhàn)體系及作戰(zhàn)樣式，將目前公認(rèn)的有人/無人混合編隊的作戰(zhàn)模式引入我軍的作戰(zhàn)體系中，攻克制約協(xié)同作戰(zhàn)的態(tài)勢感知、智能決策等核心技術(shù)，研發(fā)滿足制空協(xié)同作戰(zhàn)需求的無人平臺，用于先敵探測隱身目標(biāo)，先敵發(fā)射武器摧毀目標(biāo)。