學(xué)術(shù)plus 觀察員

隨著無(wú)人機(jī)在現(xiàn)代軍事行動(dòng)中扮演越來(lái)越重要的角色，無(wú)人機(jī)任務(wù)控制系統(tǒng)也正日益凸顯其對(duì)于無(wú)人機(jī)系統(tǒng)戰(zhàn)技性能的關(guān)鍵作用。無(wú)人機(jī)地面任務(wù)控制系統(tǒng)的主要職能是完成對(duì)無(wú)人機(jī)飛行狀態(tài)、載荷狀態(tài)和工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，保障無(wú)人機(jī)高效、安全、可靠遂行其所承擔(dān)作戰(zhàn)任務(wù)的系統(tǒng)。現(xiàn)代無(wú)人機(jī)任務(wù)控制系統(tǒng)的重點(diǎn)是解決無(wú)人機(jī)遂行作戰(zhàn)任務(wù)過程中所面臨的信息綜合與決策優(yōu)化問題，主要是在復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)條件下，輔助無(wú)人機(jī)操作員和指揮員實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)的狀態(tài)監(jiān)視、飛行操縱、任務(wù)規(guī)劃和機(jī)載任務(wù)設(shè)備遠(yuǎn)程控制，為無(wú)人機(jī)操作人員提供必要的態(tài)勢(shì)感知能力，確保無(wú)人機(jī)能夠在相關(guān)人員控制下安全、高效的完成相關(guān)任務(wù)。

一、無(wú)人機(jī)地面任務(wù)控制技術(shù)典型分類

目前隨著無(wú)人機(jī)指揮控制技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)任務(wù)控制系統(tǒng)主要可分為以下幾類：

（一）大型無(wú)人機(jī)專用任務(wù)控制系統(tǒng)

美國(guó)“全球鷹”、歐洲“神經(jīng)元”和我國(guó)“翼龍”等大型無(wú)人機(jī)往往具有攜帶載荷多樣、任務(wù)類型復(fù)雜、活動(dòng)范圍廣闊等特點(diǎn)，因此目前這類無(wú)人機(jī)往往配備專用的地面任務(wù)控制系統(tǒng)。以美國(guó)“全球鷹”無(wú)人機(jī)為例，該型無(wú)人機(jī)地面任務(wù)系統(tǒng)主要由發(fā)射回收單元、任務(wù)控制單元和地面通信設(shè)備組成。其中，發(fā)射回收單元通過UHF、L等頻段上的無(wú)人機(jī)通信鏈路，實(shí)時(shí)獲取無(wú)人機(jī)下行的飛行狀態(tài)參數(shù)和系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，保持地面控制系統(tǒng)與無(wú)人機(jī)的通信聯(lián)絡(luò)；任務(wù)控制單元根據(jù)數(shù)據(jù)鏈路提供的相關(guān)信息，完成無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)任務(wù)規(guī)劃，合理安排飛行過程中的數(shù)據(jù)傳輸和載荷調(diào)度，根據(jù)實(shí)際任務(wù)需要制定合理的飛行路徑，對(duì)主要機(jī)載任務(wù)載荷進(jìn)行監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制；地面通信設(shè)備主要用于實(shí)現(xiàn)任務(wù)控制單元與地面其它部門之間的數(shù)據(jù)和語(yǔ)音通信。其中，任務(wù)控制單元內(nèi)部通常具有4個(gè)工作員操作席位，包括：無(wú)人機(jī)操作員工作席位，通信管理工作席位，任務(wù)規(guī)劃工作席位和傳感器數(shù)據(jù)處理工作席位。其基本外觀如下所示：

圖1 “全球鷹”無(wú)人機(jī)任務(wù)控制單元

（二）通用型無(wú)人機(jī)任務(wù)控制系統(tǒng)

隨著無(wú)人機(jī)裝備數(shù)量和種類的不斷增多，多種無(wú)人機(jī)型號(hào)的聯(lián)合作戰(zhàn)行動(dòng)日益廣泛，為了更好的減少部署、維護(hù)和運(yùn)行成本，提升不同類型無(wú)人機(jī)互聯(lián)互通性能，從根本上改進(jìn)聯(lián)合作戰(zhàn)效率，客觀上需要對(duì)多種、多架無(wú)人機(jī)進(jìn)行聯(lián)合控制，從而確保其聯(lián)合作戰(zhàn)性能，為此出現(xiàn)了通用型無(wú)人機(jī)任務(wù)控制系統(tǒng)，其典型代表是美國(guó)海軍的通用無(wú)人機(jī)地面控制站--戰(zhàn)術(shù)控制系統(tǒng)（TCS）和美國(guó)陸軍的無(wú)人機(jī)通用地面控制站—“一體化系統(tǒng)”地面控制站（GCS）。

其中，戰(zhàn)術(shù)控制系統(tǒng)（ TCS ）由雷神公司從2000年前后開始研制，其目標(biāo)就是通過開放式體系結(jié)構(gòu)軟件平臺(tái)，能夠承載并控制多種不同類型的艦載及機(jī)載硬件設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)任務(wù)規(guī)劃、指揮與控制以及情報(bào)數(shù)據(jù)接收和分發(fā)等功能，并與STANAG4586 兼容，進(jìn)而確保不同無(wú)人機(jī)制造商開發(fā)的與 STANAG 4586 協(xié)同的無(wú)人機(jī)專用模塊，可以與該核心系統(tǒng)接口，提供 TCS 的所有控制能力，實(shí)現(xiàn)各無(wú)人機(jī)系統(tǒng)之間的互操作。

目前，TCS 已為諾思羅普·格魯門公司的“火力偵察兵”無(wú)人機(jī)和美海軍的“廣域海上監(jiān)視（BAMS）”無(wú)人機(jī)提供了地面任務(wù)控制軟件。“一體化系統(tǒng)”地面控制站（GCS）最初是AAI 公司為其生產(chǎn)的陸軍旅級(jí)戰(zhàn)術(shù)無(wú)人機(jī)“影子200”研制的，該控制站由兩臺(tái)工作站組成，安裝在 S-788型方艙中（方艙尺寸為 8.5×7.0×5.6 英尺），可通過高機(jī)動(dòng)性多用途輪式車運(yùn)輸。由于GCS 使用的是基于 Unix 的工作站，與TCS一樣， AAI 目前也正在開展將GCS 與 STANAG 4586 兼容方面的研究。

（三）便攜式小型無(wú)人機(jī)任務(wù)控制系統(tǒng)

為了適應(yīng)小型戰(zhàn)術(shù)無(wú)人機(jī)的使用特定，便攜式小型無(wú)人機(jī)任務(wù)控制系統(tǒng)往往具有體積小、重量輕、人機(jī)接口友好、操作規(guī)程簡(jiǎn)單、便于單兵攜帶等特點(diǎn)，能夠適應(yīng)小型戰(zhàn)術(shù)無(wú)人機(jī)活動(dòng)范圍小、攜帶載荷少等特點(diǎn)。小型無(wú)人機(jī)任務(wù)控制系統(tǒng)的代表是通用原子航空公司研制的ROVER型便攜式地面控制站，該系統(tǒng)配置專門的小型化視頻信息接收終端，可為在野外直接接收無(wú)人機(jī)圖像情報(bào)，具備友好的圖形用戶接口，為作戰(zhàn)指揮人員提供完整的實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)感知，并提供完整的無(wú)人機(jī)飛行控制能力。該系統(tǒng)包括天線、電源、運(yùn)輸工具和便攜式接受器等組成部分，總重小于 100磅。其外觀如下所示：

圖2 便攜式小型無(wú)人機(jī)任務(wù)控制系統(tǒng)

二、無(wú)人機(jī)地面任務(wù)控制技術(shù)主要特點(diǎn)

作為地面指揮人員操作無(wú)人機(jī)的基本手段，地面任務(wù)控制系統(tǒng)對(duì)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)整體作戰(zhàn)性能有直接影響。從目前情況來(lái)看，這一系統(tǒng)主要呈現(xiàn)出如下的發(fā)展趨勢(shì)：

（1）具有更加全面的互操作能力

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用的不斷深入，地面任務(wù)控制系統(tǒng)將具有越來(lái)越好的兼容互操作能力。這類系統(tǒng)一般采用開放式體系架構(gòu)，能夠兼容、接入多種不同類型的數(shù)據(jù)接口和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，能夠支持多種機(jī)型的實(shí)時(shí)監(jiān)控、多類載荷的實(shí)時(shí)管理和多種數(shù)據(jù)鏈路的接收處理，實(shí)現(xiàn)少數(shù)地面站點(diǎn)即可對(duì)多架、多型無(wú)人機(jī)進(jìn)行有效的任務(wù)管理，從根本上提高無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的使用效費(fèi)比。同時(shí)，地面任務(wù)控制系統(tǒng)將更多的采用模塊化設(shè)計(jì)，大量應(yīng)用商業(yè)貨架（COTS）軟硬件，從而使得系統(tǒng)更加便于部署、升級(jí)和維護(hù)。

（2）具有更加智能的人機(jī)交互能力

有數(shù)據(jù)表明，人為因素是造成無(wú)人機(jī)事故的主要原因，因此未來(lái)任務(wù)控制系統(tǒng)和技術(shù)的發(fā)展必然借鑒當(dāng)前人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展成果，為操縱人員提供更加全面、清晰、直觀和友好的人機(jī)操作接口，從而進(jìn)一步改善人員操作體驗(yàn)，降低操作人員工作負(fù)擔(dān)，確保飛行安全和任務(wù)效率。以雷神公司的UCS系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)采用沉浸顯示技術(shù)，為控制人員營(yíng)造一個(gè)高逼真度的駕駛艙環(huán)境，并充分繼承主流飛機(jī)座艙內(nèi)的飛行儀表和參數(shù)顯示界面風(fēng)格，使操作員輕松獲得良好的情景意識(shí)能力，在較低工作負(fù)擔(dān)下同時(shí)操控多達(dá)八個(gè)異構(gòu)的空中無(wú)人平臺(tái)。該系統(tǒng)的基本外觀如下所示：

圖3 具有沉浸顯示效果的UCS系統(tǒng)

（3）具有更加強(qiáng)大的任務(wù)規(guī)劃能力

隨著無(wú)人機(jī)態(tài)勢(shì)感知能力的不斷增強(qiáng)，未來(lái)的地面任務(wù)控制系統(tǒng)將能夠更加高效便捷的承擔(dān)任務(wù)規(guī)劃任務(wù)。任務(wù)控制系統(tǒng)應(yīng)能夠提供更強(qiáng)清晰、準(zhǔn)確的全局人機(jī)接口，能夠?qū)崿F(xiàn)地形、航路、起降機(jī)場(chǎng)、跑道、障礙物、載荷狀態(tài)、飛行參數(shù)等要素的一體化呈現(xiàn)，從而為指揮人員帶來(lái)更加全面的視覺體驗(yàn)和三維態(tài)勢(shì)感知。同時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)采用開放式軟件架構(gòu)，基于構(gòu)件化的方式提供涉及航路、載荷、任務(wù)、性能、戰(zhàn)術(shù)等多種類型的任務(wù)優(yōu)化計(jì)算服務(wù)，從而更好的提供包括航路規(guī)劃、載荷配置、性能計(jì)算、鏈路管理、模擬訓(xùn)練等在內(nèi)的實(shí)時(shí)任務(wù)管理能力，具備快速任務(wù)規(guī)劃和決策能力。

（全文完）

拓展閱讀

（）（）關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)