指揮與控制對機器人集群作戰至關重要

如何高效指揮控制集群已成為新興的研究領域

雖然集群模型可以從生物界直接借鑒，但對於指揮與控制集群完成作戰任務而言並非簡單借鑒即可，因為自然界中集群的結構設置對於軍事行動並非是理想的，突出的不足就是缺乏核心指揮角色。與此同時，作為人類而言，指控作用目前尚不能滲透至集群中各層級。人類指揮官應在集群中發揮任務級的監督作用，將任務的自主權分散到集群中的眾多無人系統中。近期，集群指控主要是集中發展任務級自主決策與多平台控制技術，而在遠期，需要發展新的集群指控模型以高效部署更大規模的任務集群。

多平台控制技術可在低自主平台中實現

美軍目前已驗證和應用多平台控制，即在試驗中或特定的實戰中由1名操作人員同時控制2架或3架無人機。然而，目前多平台控制面臨的最大挑戰並非來自技術，而是搞清楚操作人員的認知需要和實現高效控制的平台數量規模，問題的答案由單人可操控的平台數、任務熟悉、人機界面以及無人系統的自主性高低等多因素共同決定。操作人員在同時控制多個平台時，精力和注意力將被分散，不利於執行緊急和特殊任務。

更好的技術、操作理念以及充分的訓練將是解決上述問題的恰當方案：多平台的控制結構應是網路化，主操控員應將主要精力放在各操控員上，而後者則專註於各平台的任務控制；操控員的數量要足以應對突發事件，使操控員的認知負荷在系統穩定期（認知負荷是表示處理具體任務時加在學習者認知系統上的負荷的多維結構，這個結構由反映任務與學習者特徵之間交互的原因維度和反映心理負荷、心理努力和績效等可測性概念的評估維度所組成）不會達到上限；人機介面可利用不同的顏色顯示等方式突出競爭事件之間的優先順序；提高自動化程度可大大降低迴路中人類處理的信息量；增強訓練，經驗與心理定向可提高操控員處理多平台控制與執行任務的能力。

多平台協同控制技術有助於執行更加複雜的任務

多平台協同控制技術是單人控制平台群以相互協同方式完成任務，實現集群控制。控制的平台集群可同時分布在海陸空等多個領域，平台間通過動態溝通以完成警戒巡邏、目標打擊及電子戰等多項複雜任務。多平台協同控制技術已在模擬模擬與實戰演練中初步實現，例如2014年10月，美國海軍在弗吉尼亞州詹姆士河上進行了13艘無人艇組成的集群作戰測試，其中5艘採取自動控制，8艘採取遠程控制。測試中，無人艇群任務是為重要艦艇護航，無人艇群的感測器網路發現可疑船隻後，無人艇群迅速進行包圍和攔截，有效阻止可疑目標靠近護航艦艇，測試中艇載武器開火權仍掌握在控制人員中。

2014年10月，美國海軍進行了13艘無人艇組成的集群作戰測試，其中5艘採取自動控制，8艘採取遠程控制

多平台控制技術面臨文化適應障礙

在空軍早期進行的試驗中，多平台控制技術的人機界面與人類任務載荷等方面導致飛行員的不滿，例如飛行員不願將本機的指揮權交給其他飛行員，因此，近年來空軍的國防部資助項目中鮮有多機控制技術的身影。與此同時，隨著類似於巡航導彈（按既定模式長時間飛行）和長航時無人機等裝備控制技術的不斷發展，「單人單機」的控制機制必將被多機協同控制技術替代，後者將突破文化障礙，成為軍隊必須適應的新技術。

大規模集群需要新型指控機制

將多平台協同控制延伸至大規模集群控制需要從指控機制上進行更多本質上的改變。美國海軍研究生學校與哈佛大學等在這方面已有一定研究基礎，他們發現，當人們所控制集群中平台規模擴大到一定程度，其將被視為一個整體，集群中的個體因素將被弱化。

圖 集群指控模型（上左為集中控制，上右為垂直控制，下左為一致化協作，下右為突現協作）

如何高效指揮控制集群已成為新興的研究領域，可能的指控模型包括：集中控制，集群中各平台反饋信息到核心規劃平台，而各平台獨立行動；垂直控制，集群中各平台由更高級別平台控制，依次向上迭代；一致化協作，集群中各平台溝通聯繫，通過投票或競爭機制達成一致行動方案；突現協作，集群中各平台之間如自然界中的動物集群一樣自然反應並協作。上述指控模型的應用優勢各不相同，應視具體情況選擇指控模型。

（1）分布的集群具有先天穩定和自適應性。分布式集群定位在基於小隊指揮官，通過投票機制或突現協作，提高戰爭決策速度和通信抗打擊性，使得戰爭決策對勝負的影響更關鍵。

（2）指控模型必須與所執行任務相適應。指控模型需權衡打擊目標的反擊速度、性能最優、可預測性、組織結構穩定性以及通信弱點等多因素進行選擇，智能集群應在操作的不同階段和不同情況下使用不同的指控模型。最佳指控模型具體由以下元素決定：集群平台足夠智能以了解執行任務的複雜性；執行前了解任務與環境的足夠信息；任務期間環境的變化程度，或者任務本身的變化範圍；應對隨機事件或威脅所需的反應時間；完成任務所需的平台間協作程度；連通性，包括平台間、平台與操控員之間的通信帶寬、延遲及可靠性；風險，考慮任務失敗後的次優方案。

（3）指控可視情同時採取多種模型。實戰中，操控員可同時使用多種指控模型進行周密部署，例如一方面集群不斷調整以試驗變化中的戰場環境，與此同時建立尋找攻擊目標等優先順序任務，允許集群以集中或分散的協作方式決定最佳任務方案。此外，某些情況下亦可將任務分解為若干功能，大集群分解成若干小集群分別完成各自任務。為優化集群的使用，操控員需要進行培訓以理解實戰環境中集群作戰的特點與不足，特別是掌握好人工干預的時機，以更好地把握決定戰爭勝負的關鍵戰機。

另外，無人自主系統的有許多創新或技術發展主要源動力來自商業或民間機構，因此這些技術應用主體與範圍相對較為自由。例如，敘利亞、伊拉克、阿富汗等中東地區的反美武裝可以通過網購獲取低廉的小型通用無人飛行器，稍加改裝可變成針對美軍的監視或攻擊武器，武裝組織應用無人與自主系統繼續演化下去勢必將對美軍造成威脅。因此，美軍迫切需要開始思考與應對如何反制上述潛在威脅。

反制敵方集群首先應考慮成本因素，優先發展性價比高的反制手段，例如高能激光器和電磁導軌炮、傳統機槍等單發價格較低的武器；其次，反制敵方集群最佳的方式就是以集群制集群，敵我雙方較量集群的應用效率與成本；最後應重視誘騙、干擾、網路武器和高能微波等電子戰武器，對於範圍較大的集群而言，電磁攻擊是效用最佳的攻擊手段之一。

（來源：防務視點，作者：葉東輝）

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