0 引 言

無人機是現(xiàn)代空戰(zhàn)中獲取信息優(yōu)勢、實施精確打擊、完 成情報偵察監(jiān)視任務(wù)的重要工具，已經(jīng)滲透到戰(zhàn)場空間的各 個領(lǐng)域，在作戰(zhàn)體系中的作用日益突出。無人機在執(zhí)行偵察監(jiān) 視、目標指示、反輻射摧毀、打擊效能評估等枯燥、惡劣和 危險任務(wù)時相比有人機有著得天獨厚的優(yōu)勢 [1-3]。信息化戰(zhàn)爭 進行的是敵我雙方之間的體系對抗，戰(zhàn)場環(huán)境瞬息萬變，電 磁環(huán)境復(fù)雜惡劣，這對嚴重依賴通信鏈路，對戰(zhàn)場變化反應(yīng) 能力較差的無人機系統(tǒng)提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。在無人機自主化程 度不高的情況下，無人機與有人機協(xié)同作戰(zhàn)，利用有人機戰(zhàn)術(shù) 決策上的靈活優(yōu)勢，可以極大地提高作戰(zhàn)效能 [4,5]。

互操作性是實現(xiàn)有人機與無人機之間互連互通、信息共 享、協(xié)同控制的基礎(chǔ)。本文對有人 / 無人機互操作性的相關(guān)標 準進行了介紹，對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行了梳理，提出基于數(shù) 據(jù)鏈的有人 / 無人機協(xié)同互操作性的系統(tǒng)架構(gòu)與要解決的關(guān)鍵 技術(shù)，總結(jié)了未來的發(fā)展趨勢。 

1 互操作性 

1.1 互操作性標準 

無人機種類和數(shù)量的增加帶來了通用性差、信息共享困 難等問題，互操作性是解決這些問題的有效手段?；ゲ僮餍?指的是多個平臺通過協(xié)同操作完成給定作戰(zhàn)任務(wù)的能力。通 過建立互操作性標準，可以實現(xiàn)不同無人機平臺間傳感器信 息的共享及無人機系統(tǒng)間的通用化操作，對節(jié)約成本、簡化 操作和戰(zhàn)術(shù)靈活控制有重要意義。

北約發(fā)布了一系列無人機系統(tǒng)互操作性相關(guān)的標準化協(xié)議 （Standardization Agreements，STANAG），按功能可分為四類： 數(shù)據(jù)標準、接口標準、通信標準和控制標準，如表 1 所示 [6]。 

該系列標準可支持無人機系統(tǒng)實現(xiàn)以下功能 ：對無人機 的遙測遙控 ；對無人機機載傳感器等有效載荷的控制能力；無人機情報偵察監(jiān)視信息的有效描述與傳輸 ；無人機作戰(zhàn)任務(wù) 的傳遞與更新。

1.2 互操作級別 

1999 年，北約組織由政府、軍隊和工業(yè)部門專家組成的 專家組制定了 STANAG 4586 標準，該標準面向無人機的互操 作性定義了無人機控制系統(tǒng)的標準接口，目標是實現(xiàn)無人機地 面通用控制站的功能，2007 年和 2012 年分別更新了該標準的 第二版和第三版。

STANAG 4586 標準對無人機的互操作級別（Level of Interoperability，LOI）進行了 5 級定義 [7]，見表 2?？梢钥闯觯?對無人機的互操作水平是一個遞增的過程，2 級的互操作級別 只能實現(xiàn)無人機傳感器產(chǎn)品信息的直接接收，到 4 級時，可以 控制無人機的傳感器，還可對無人機的飛行進行控制。

STANAG 4586 標準主要針對的是地面控制站對無人機的 控制和監(jiān)視，當前有人機對無人機的協(xié)同控制與互操作性的研 究主要是實現(xiàn)把地面控制站放到有人駕駛飛機上，因此，互 操作級別的等級劃分也是以此標準為參考。

2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 

2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀 

有 人 / 無 人 機 協(xié) 同（Manned and Unmanned Teaming， MUMT）的最早應(yīng)用是美國空軍在 20 世紀 60 年代從 C-130 運輸機發(fā)射攜帶小牛（Maverick）空對地導(dǎo)彈的 AQM-34 偵 查無人機。

2004 年， 在 美 國 國 防 高 級 研 究 計 劃 局（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）和空軍提出的 軟件使能控制計劃（Software Enabled Control，SEC）的研究中， 實現(xiàn)了有人戰(zhàn)斗機 F-15E 對 T-33 改裝的無人機的控制，實現(xiàn) 了有人機采用語音指令控制無人機的方法 [8]。無人機可以執(zhí)行 坐在有人機上的武器系統(tǒng)操作員（Weapons Systems Officer， WSO）決定的動態(tài)任務(wù)規(guī)劃，對突發(fā)威脅及時反應(yīng)。有人機 與無人機之間通過 Link-16 數(shù)據(jù)鏈實現(xiàn)狀態(tài)和用戶自定義數(shù)據(jù) 的收發(fā)。

美國陸軍將“阿帕奇”攻擊直升機有人 / 無人協(xié)同視為 未來作戰(zhàn)力量建設(shè)的關(guān)鍵能力 [9]。機載有人 / 無人系統(tǒng)技術(shù) （Airborne Manned/Unmanned Systems Technology，AMUST） 演示驗證于 1996 年啟動，目的是進行有人 / 無人機編隊協(xié)同 作戰(zhàn)的功能需求定義和關(guān)鍵技術(shù)分析。1999 年的 AMUST- Baseline 演示驗證，使用 AH-64D“阿帕奇”直升機和“獵人” 無人機實現(xiàn)了無人機偵察信息在有人直升機上的顯示。2000 年啟動的 AMUST-D 6.3 計劃則是將重點放在指揮控制飛機、 直升機和無人機之間的互連互通上?；趹?zhàn)術(shù)通用數(shù)據(jù)鏈 （Tactical Common Data Link，TCDL）實現(xiàn)數(shù)據(jù)直接接收、載 荷直接控制以及飛行控制等相關(guān)有人/無人機協(xié)同互操作技術(shù)。

2006 年的 獵人 遠 距 殺 手 編隊（Hunter Standoff Killer Team，HSKT）計劃采用一架“獵人”無人機和一架掛載海 爾法反坦克導(dǎo)彈的 AH-64D“阿帕奇”攻擊直升機進行協(xié)同。 AH-64D 與無人機之間有通信接口系統(tǒng)（主要為 TCDL 數(shù)據(jù)鏈， 機組人員可以了解無人機傳來的情報偵察、目標指示信息。機 組成員可以利用無人機的傳感器識別目標，無人機通過激光照 射鎖定目標并引導(dǎo)有人機發(fā)射導(dǎo)彈擊中目標。試驗中 AH-64D 對“獵人”無人機的互操作級別達到了4 級。

有人 / 無人協(xié)同當前有兩套已經(jīng)列裝的系統(tǒng) [10]。有人 / 無人協(xié)同互操作級別 2（Manned Unmanned Teaming Level of Interoperability 2，MUMT-2）系統(tǒng)，能夠為 AH-64D 提供全 面綜合的多波段與 2 級互操作級別的能力，允許直升機機組 人員通過 TCDL 數(shù)據(jù)鏈從其他平臺接收非 TCDL 波段的傳感 器信息。無人機戰(zhàn)術(shù)通用數(shù)據(jù)鏈組件（UAS Tactical Common Data Link Assembly，UTA）能夠為 AH-64E 在傳輸距離超 過 50 km 的情況下提供互操作級別 3 級和 4 級的能力。2013 年在美國加利福尼亞的國家訓(xùn)練中心進行了AH-64E 的操作 性測試，AH-64E 與“灰鷹”無人機的距離為 100 km 時通 過 TCDL 數(shù)據(jù)鏈傳送視頻信息，借助無人機的目標指示信息， AH-64E 在不離開原來區(qū)域的情況下實現(xiàn)對目標的精確打擊。

英國 QinetiQ 公司考察了單座戰(zhàn)斗機對多架無人機控制和 協(xié)同的可行性，指出單座戰(zhàn)斗機控制無人機時，若無人機的智 能化水平低，自主能力差，則操作者的任務(wù)負擔顯著增加，無 法完成對無人機的飛行控制、載荷控制等操作。當無人機具 有較高的自主化水平時，可對其進行 4 級互操作級別的控制。 2007 年 4月，進行了一架狂風(fēng)戰(zhàn)斗機與模擬無人機的 BAC1-11 編隊協(xié)同飛行試驗，實現(xiàn)有人機對 4 架無人機的協(xié)同控制。

美國國防部在 2011 年公布的《無人系統(tǒng)綜合路線圖 2011 ～ 2016》[11] 中對有人 / 無人機協(xié)同的發(fā)展情況進行了系統(tǒng) 介紹，指出有人 / 無人機協(xié)同發(fā)展需要硬件和軟件的互操作性、 可升級的自主性、人機接口、全新的協(xié)同控制算法和網(wǎng)絡(luò)任務(wù) 工具的高度發(fā)展為支撐。有人 / 無人機協(xié)同互操作的發(fā)展會使 當前傳感器到射手的閉環(huán)向未來網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。有人 / 無人機協(xié)同作為一個節(jié)點融入到更大的作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)會改變作戰(zhàn)任 務(wù)的執(zhí)行方式，提高作戰(zhàn)效能。

2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

 國內(nèi)對于有人 / 無人機協(xié)同互操作的研究尚處于起步階 段，聚焦于理論分析與仿真驗證。相關(guān)單位在有人 / 無人機協(xié) 同空戰(zhàn)模式及能力需求分析 [12]、編隊協(xié)同任務(wù)分配方法 [13,14]、 任務(wù)控制系統(tǒng) [15]、交互控制技術(shù) [16]、支持無人機互操作的多 數(shù)據(jù)鏈互連網(wǎng)關(guān)設(shè)計 [17] 等方面進行了研究。

3 發(fā)展趨勢 

3.1 互操作級別不斷提高 

隨著數(shù)據(jù)鏈技術(shù)與多平臺協(xié)同控制技術(shù)的發(fā)展，有人機 對無人機的監(jiān)視與控制水平不斷提高，已從最開始的只能通過 地面控制站間接收無人機偵察情報信息向?qū)o人機傳感器飛控 系統(tǒng)的直接操控發(fā)展，互操作級別已經(jīng)達到 4 級或更高水平。 

3.2 通用性不斷增強 

無人機的種類和數(shù)量仍在不斷增加，需要對不同種類 的無人機建立通用性強的控制體系結(jié)構(gòu)與互操作性標準。 STANAG 4586 標準已經(jīng)在實現(xiàn)通用地面控制站方面邁出重要 一步，需要研究適用于有人 / 無人機協(xié)同的通用化體系架構(gòu)與 消息標準，實現(xiàn)有人機、地面控制站對無人機的無縫協(xié)同控制。 

3.3 網(wǎng)絡(luò)化能力不斷提升 

現(xiàn)代戰(zhàn)爭正在由平臺中心戰(zhàn)向網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)轉(zhuǎn)變，隨著通用 數(shù)據(jù)鏈（Common Data Link，CDL）、Link-16 等數(shù)據(jù)鏈在無人機上的廣泛應(yīng)用，無人機的網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)能力大大增強。無人 機只有融入現(xiàn)有的有人機所在的網(wǎng)絡(luò)化聯(lián)合作戰(zhàn)體系，才能獲 得更好的態(tài)勢共享與情報信息傳輸分發(fā)能力。

3.4 任務(wù)需求不斷更新 

隨著察打一體無人機、無人作戰(zhàn)飛機的發(fā)展，無人機已 不再單純的執(zhí)行偵察監(jiān)視等戰(zhàn)場輔助角色任務(wù)。未來有人 / 無 人機協(xié)同作戰(zhàn)時，有人機與無人機的功能定位也會發(fā)生改變， 相應(yīng)地，互操作級別的定義也需要做出合適的修正。 

4 關(guān)鍵技術(shù) 

圖 1 所示為基于數(shù)據(jù)鏈的有人 / 無人機協(xié)同互操作系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)框圖，要實現(xiàn)有人 / 無人機的高效協(xié)同與互操作需要解決 人機集成、一致態(tài)勢理解、智能輔助決策等關(guān)鍵技術(shù) [18]。

4.1 人機集成

有人機和無人機協(xié)同編隊執(zhí)行任務(wù)，互操作級別較高時， 有人機飛行員不僅要處理來自指揮中心的指揮控制命令，還要 對無人機平臺的傳感器及飛行進行控制，工作負擔大，需要建 立一套完整、高效的任務(wù)指令集與交互控制方式，實現(xiàn)有人 機對無人機的協(xié)同控制。 

4.2 一致態(tài)勢理解 

綜合有人機與無人機上各種傳感器獲取的戰(zhàn)場情報信 息與系統(tǒng)狀態(tài)、定位導(dǎo)航授時（Position Navigation Timing， PNT）信息，借助數(shù)據(jù)鏈實現(xiàn)無人機與有人機戰(zhàn)場態(tài)勢的共享， 生成一致的戰(zhàn)場態(tài)勢圖是進行有人 / 無人機協(xié)同航路規(guī)劃、協(xié) 同任務(wù)分配的基礎(chǔ)。 

4.3 智能輔助決策 

有人 / 無人機協(xié)同作戰(zhàn)時，有人機對無人機戰(zhàn)術(shù)上的指揮 控制建立在無人機具備一定自主能力的基礎(chǔ)上。智能輔助決 策技術(shù)是提高無人機自主性，提高互操作級別的有效手段。

5 結(jié) 語

有人 / 無人機協(xié)同作戰(zhàn)互操作性的發(fā)展受到數(shù)據(jù)鏈、無 人機控制接口和無人機自主能力等因素的制約，當前進行的研 究實現(xiàn)了無人機控制站位置的改變，對無人機的控制不再局 限于地面控制站，操作員可在直升機或者戰(zhàn)斗機中對無人機進 行操控，同時通過戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈從其他作戰(zhàn)單元獲取戰(zhàn)術(shù)信息， 增強了戰(zhàn)術(shù)的靈活性。通過傳感器資源的有效整合，可以縮短 傳感器到射手的時間差，增強有人機的態(tài)勢感知能力，提高有 人 / 無人機編隊的作戰(zhàn)效能。