無人機研究報告無人機發展六大關鍵技術

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《武器與裝備研究選編》

第三部分：無人機研究報告

（十二）

無人機關鍵技術

無人機應用大範圍技術發展的腳步，使得那些曾經非常笨重的載體和在「作戰信任圈子」（得到士兵信任）之外的系統開始在作戰地區承擔重要任務，這在幾年之前還無法預料。隨著電池壽命與計算機處理水平的顯著增長，感測器大小與複雜程度的降低，以及在可靠性、可維護性、自動化和操作界面上的改進，當前的無人機已經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，當指揮員們對無人機的作戰性能（和限制）已經變得習以為常的時候，未來的數十年卻已經開始呈現兩方面的挑戰，並與當前的作戰截然不同。首先，國家安全向亞太戰區進行戰略性轉移，意味著需要基於環境和潛在對手實力進行不同的作戰考慮。其次，緊縮的政府財政環境（沒有海外突發作戰（OCO）經費）和至多持平的基礎預算水平，給無人機的操作員和供應商在總成本限制下去尋求效率帶來了挑戰，這些成本包括製造、航空電子設備、調度，以及人力和後勤保障。這種挑戰是雙面的，因為每一方面都不能避開另一方面來考慮，即必須在預算限定的背景下滿足作戰需求，並且應從近期、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改進的六個方面。這些技術反映了國防部在戰略重點上的轉變，也表明了所有系統應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、中期和遠期的發展目標，各個階段的定義如下表所示：

短期、中期和遠期發展目標

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

1. 互操作性和模塊性

感測器和武器技術快速成熟，處理能力和演算法的發展常常超過國防部能力升級和將重大進步轉化為實戰平台的速度。由於利用了商業性的處理和電子標準技術，當前無數的感測器、通信和武器系統不斷發展。加上過去幾年美國國防部主要系統進行技術更新時，在平台內部（模塊性）和平台之間（互操作性）面臨著諸多挑戰。提高模塊化程度、增加跨域數據分享的可互操作界面有利於實現未來全壽命周期成本的最小化，減少部隊結構需求，可快速適應新的威脅和技術。

2. 通信系統、頻譜和彈性

所有無人機（不同於純粹的自主系統）需要面臨的挑戰包括：通信鏈路的可用性、通信鏈路支持的數據量、通信頻譜的認證、RF（射頻）系統對干擾（例如電磁干擾）的適應彈性。

3. 研究和情報/技術保護（RITP）

無人機在執行任務時，常涉及關鍵程序信息和敏感、保密數據，因此需要研究和情報/技術保護。無人機必須包含合適的安全措施，不僅可以阻止未授權的接入/控制，未授權的或者無意的數據披露，保持技術優勢，還可以使新的感測器、武器和操作軟體更快地適應。

4. 持續彈性

無人機由於在燃料/重量比方面的顯著優勢使其更具可持續性，而且可以更好地利用無人機的設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、存儲管理系統等方面的小型化將使系統更小，再加上更好的可持續性，可以將投資最小化。增加可持續性需要在可靠性、維修性和生存力方面進行改進。因此，當尺寸、重量、動力和冷卻（SWaP-C）等性能的改進已經成為未來所有系統（包括無人機）的特徵時，它們對系統的可靠性、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備操作和影響通信、人力和系統效率的行為進行主動控制。國防部預算中最大的成本之一是人力。作戰時，大量的人力資源投入到任務性能、數據收集和分析、規劃和再規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/規劃和分析這些信息、傳遞「可執行」情報而非原始信息的系統/感測器和分析自動化技術。這樣可以大大減少人力需求和人員傷亡的風險，增加行動的有效性。

6. 新型武器相關技術

為了充分利用各種無人機，需要用武器方面的技術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，在無人部隊架構上集成新能力，增加其它武器平台，利用特定武器相關技術領域的重大突破，實現武器性能躍升。

7. 感測器空投

無人感測器在越戰時被廣泛使用，大大減少人員和設備在越南南部地區的使用。多種感測器的使用可以進行指示告警、通信中繼、天氣預報、活動鑒別、高價值的人員/目標的偵查、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測活動。使用無人海洋系統安裝感測器可以增加持續時間、判斷/識別活動和目標，這種方法無需投入人力、也不需在敵方領域開展多次高要求的出擊，就可以實現對指定區域和/或指定點的偵測。

許多無人平台已經配備了外部設備，可以進行受控的掩護和/或自主隱蔽活動。無人地面感測器技術正在快速發展，並能採集和報告特殊信息，使用坐標定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感測器，在提供準確安裝位置的同時，提供圖像信息以支持任務規劃和路徑跟蹤。未來，無人機平台是穿越拒止戰場區域、準確投送感測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」，可以對通過某區域的人員進行跟蹤和識別。

8. 天氣感知

許多軍事任務需要準確和及時的天氣預報，幫助指揮員改進感測器規劃和數據採集，避免發生與天氣相關的潛在事故。無人機平台可以在不同高度、全天候、在作戰區域上空飛行，便於獲得氣象數據。準確的天氣報告也支持互補性的地面和飛行規劃的同步。未來的天氣報告幾乎可以從分散式公共地球站天氣應用軟體和美國大陸天氣中心實時獲取，並通過其它天氣信息進行修正，從而可以更準確的為戰術指揮官提供預測。天氣感測器信息將自動格式化並通過平台數據鏈以自動化路徑向作戰指揮官和其他合適的天氣預測和報告地點發送報告。隨著無人機續航時間的顯著增加，天氣預測變得越來越重要，準確的預報可以保證發射、恢復、距離極限更準確，避免與天氣相關的潛在事故，提高飛行和地面作戰的協調性。

9. 高性能計算

超高容量、高清晰感測器帶來帶寬的問題。每個感測器和通信系統有獨立的元件對各種信息進行處理。這種「個人主義」導致了大範圍的非標準化部件、元件介面和SWaP-C配置。未來技術將為大多數無人機提供標準化、系列化的HPC能力。高性能計算能力可以使通用的硬體-定義結構與通用的軟體-定義結構相一致，形成一套統一的即插即用的標準性能和應用結構，在一個小型化的底板上進行計算處理。無人機系統提供商可以得到通用的結構，這樣可以大大降低集成的成本。使用HPC系列或者通用硬體也可以支持技術插入，如多個可能的元件中的一個在處理器、內存或者其它電子設備之間進行互換。它也能進一步提高軟體下載能力。HPC在無人機中可以應用到多個子系統上，應對雲計算和多層安全、通信、開放式標準、數據存儲、成本、技術插入、SWaP-C等方面的挑戰。

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

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