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無人機自主攻擊作戰(zhàn)需求與關鍵技術

2024-10-30 00:00裴闖紀紅霞王克斌謝穎
無人機 2024年8期

2020年,在利比亞內戰(zhàn)戰(zhàn)場上,一架土耳其生產的“卡古”2四旋翼自殺式無人機以全自主模式攻擊了一名參戰(zhàn)士兵。有別于無人機以人在回路模式摧毀目標,此次“卡古”2是在自己“思考”后做出攻擊決策,自主完成目標攻擊,引起各方高度關注。

“卡古”2無人機掛載了光電/紅外吊艙,具備目標識別能力,使用人在回路的方法執(zhí)行大多數(shù)遠程任務。但是,可以根據需要,預設任務目標,自主飛行,利用基于人工智能(AI)的人臉識別功能,自主識別目標,然后自主打擊目標。

人在回路方法存在的問題

從美國等西方國家使用無人機攻擊地面目標的過程看,普遍采用了人在回路的操控方法,即操控員在地面控制站控制無人機執(zhí)行包括偵察信息收集,目標識別、定位、跟蹤,攻擊軌跡計算、攻擊決策制定、目標打擊摧毀、戰(zhàn)場毀傷效果評估在內的整個作戰(zhàn)行動。在這種操控模式下,人類發(fā)揮了關鍵作用,特別是目標識別與打擊任務始終需要人員操控,而無人機只是武器的載體,始終需要操控員控制整個作戰(zhàn)。

然而,人在回路的方法存在多種問題,越來越無法滿足現(xiàn)代智能化戰(zhàn)爭的需求,直接影響了目標打擊的時效性和準確性。

首先,人在回路模式高度依賴無人機與地面控制站之間的通信。無人機與地面控制站之間必須一直保持通信暢通,才能實現(xiàn)海量數(shù)據傳輸。這增加了數(shù)據傳輸?shù)膲毫蛿?shù)據處理的復雜性。最重要的是,無人機通信系統(tǒng)長時間傳輸信息,很容易被敵方偵察和干擾。當通信系統(tǒng)遭遇干擾時,無人機被誘騙,無法執(zhí)行攻擊任務。同時,當無人機利用衛(wèi)星通信系統(tǒng)實施攻擊時,衛(wèi)星信號傳輸時延會產生偏差。操控員發(fā)出決策與武器打擊目標之間存在時延,一定程度上會影響目標攻擊精度。在無人機打擊時敏目標的過程中,目標情況瞬息萬變,信號傳輸時延極有可能導致無人機失去最佳攻擊時間,甚至丟失目標。

其次,人工操控方法存在諸多問題,一是人類受生理因素的限制,其估算精度、動作準確性、反應時間等要素都會影響任務執(zhí)行的效果;二是合格任務攻擊操控員培養(yǎng)時間長,作戰(zhàn)效費比會增加;三是通過任務載荷提供的現(xiàn)場影像,操控員直接看到武器打擊敵方人員的過程、殺戮過程,血腥程度很高,其心理面臨巨大的考驗;四是操控員反復控制無人機執(zhí)行攻擊任務,如果敵人傷亡數(shù)量不斷增加,心理負罪感也會不斷增強。在美軍無人機操控員中,很多人有心理障礙。同時,在無人機操控員控制武器攻擊目標的過程中,信息實時處理的工作量巨大。遇到復雜情況時,操控員既要關注技術細節(jié),又要做出正確決策,需要熟練的操控技能與過硬的心理素質,才能完成攻擊任務。

現(xiàn)階段,人在回路的操控方法仍然是無人機攻擊作戰(zhàn)的主要手段。但是,當問題不斷出現(xiàn)的同時,軍方也在不斷探索和研究無人機自主攻擊技術。

無人機作戰(zhàn)對自主攻擊的迫切需求

目前,人在回路的方法在攻擊作戰(zhàn)中被廣泛采用并發(fā)揮了重要作用。究其原因,一是技術與倫理層面的限制;二是當前戰(zhàn)場條件決定了攻擊方法。縱觀美國等無人機強國目前無人機經典戰(zhàn)例,我們可以發(fā)現(xiàn),無人機完成目標攻擊,往往具備以下條件。一是攻擊方一般充分掌握了制空權或者絕對空中優(yōu)勢,而敵軍防空火力無法有效打擊無人機,或者敵方沒有防空系統(tǒng),也不能對無人機實施有效干擾。無人機攻擊的主要目標是恐怖分子及車輛。因此,無人機操控員有充足的時間做準備和發(fā)起攻擊;二是與有人戰(zhàn)斗機相比,攻擊型無人機飛行速度較低,給操控員留出了足夠時間來觀察、識別、打擊目標,評估戰(zhàn)場毀傷效果。但是,未來智能化戰(zhàn)場上,戰(zhàn)爭節(jié)奏進一步加快,無人機作戰(zhàn)亟須采用自主攻擊模式。

首先,為實現(xiàn)目標打擊,形成空中優(yōu)勢,作戰(zhàn)亟須具有高自主性的高空高速攻擊型無人機。因為,該型無人機突防能力強、隱身性高、生存力好,必將成為大國之間博弈的利器,在目標攻擊任務中發(fā)揮重要作用。但是,攻擊型無人機實現(xiàn)高空高速飛行,攻擊能力要求更高。人在回路的操控方法顯然無法滿足自主攻擊的需求。自主攻擊技術必須深入發(fā)展。

其次,未來目標打擊的時間敏感性要求非常高,人類操控員已經無法滿足作戰(zhàn)響應時間的要求。不管是無人機空對地攻擊還是空對空攻擊,操控員在偵察—識別—跟蹤—定位—攻擊—評估回路上控制無人機,遠不能滿足戰(zhàn)場需要。無人機自主攻擊能力變強,部隊才有可能掌握作戰(zhàn)先機和主動權。

無人機自主攻擊關鍵技術

自主偵察、識別與跟蹤技術

自主偵察、識別與跟蹤技術是無人機完成目標攻擊等任務的基礎,也是提升無人機自主作戰(zhàn)能力的關鍵技術之一。當前,無人機機載任務載荷類型非常豐富。例如,美軍第30批次(Block 30)RQ-4“全球鷹”無人機是一種多情報任務平臺,搭載了包括高分辨率合成孔徑雷達、高低頻電子信號傳感器在內的傳感器套件。套件中的各種傳感器同時工作,既可提供廣域偵察數(shù)據,又能提供高精度點目標。通過獨立信道,RQ-4將傳感器數(shù)據傳給地面控制中心,地面控制中心對數(shù)據進行融合與處理,最后生成戰(zhàn)場態(tài)勢感知圖。第40批次(Block 40)增配了AN/ZPY-2 MP-RTIP有源電子掃描陣列雷達,具備移動目標指示和固定目標探測能力。

無人機目標偵察識別需要綜合運用戰(zhàn)場上雷達、紅外熱成像設備、可見光設備等不同傳感器收集的數(shù)據。這些數(shù)據經過綜合驗證后,才能滿足目標精確識別的要求。深度學習算法等人工智能技術在機載設備上建立敵方空中作戰(zhàn)平臺、裝甲車輛、艦船等典型目標模型,同時訓練模型,確保無人機從融合偵察數(shù)據中快速準確地識別目標。在目標識別完成后,無人機利用移動目標參數(shù)估算方法、融合跟蹤算法完成移動目標實時跟蹤,為自主攻擊做好準備。

攻擊軌跡計算技術

無人機自主完成目標精確打擊,特別是移動目標甚至高速目標精確打擊,必須具備強大的攻擊軌跡計算能力。首先,算法對敵方雷達威脅與火力威脅等環(huán)境信息進行建模,評估攻擊風險與可行性。當無人機在山區(qū)等復雜地形下執(zhí)行攻擊任務時,算法需對地形信息進行建模;其次,人工智能系統(tǒng)估算無人機航線航向、武器作用距離、機動過載能力、響應時間、攻擊軌跡與瞄準時間等參數(shù);最后,根據目標跟蹤信息與參數(shù)估算值,解算出最佳攻擊時間、攻擊地點和攻擊軌跡,確保攻擊的有效性,為自主攻擊做好準備。

自主決策技術

人在回路的目標攻擊模式下,人類是最終做出決策、實施攻擊的操控者。隨著智能化水平的進一步提升,無人機能夠自主決策,實現(xiàn)自主攻擊,進一步縮短決策和攻擊時間。在自主決策過程中,人的角色從操控者變成監(jiān)管者,僅當緊急情況出現(xiàn)時,人類才參與無人機操控,否則只是監(jiān)管無人機自主執(zhí)行攻擊任務。如果無人機自主作戰(zhàn)能力不夠強,自主性等級劃分與攻擊授權應依據戰(zhàn)場態(tài)勢、目標種類、威脅等級和附帶損傷等要素做調整。如果威脅等級高、時間敏感性高、附帶損傷小,無人機自主攻擊權限需加大,否則人類操控權限應加大??傊?,攻擊效率、自主攻擊權限與戰(zhàn)爭倫理之間應保持合理的平衡。

無人機自主攻擊是無人機作戰(zhàn)的重要發(fā)展方向。自主偵察、識別、跟蹤、定位,攻擊軌跡計算,自主決策等關鍵技術亟須取得突破。