無人機自主性評估與指標

鄒昌昊　李恰然　余冠鋒

摘要：隨著科學技術的發(fā)展，無人機在國防軍事領域的應用越來越廣。目前無人機主要通過飛行員遠程操控、預編程控制為主，需要進一步提升無人機的自主性，使之能夠更好的應對復雜的戰(zhàn)場環(huán)境。本文首先分析了無人機系統(tǒng)自主性評估意義，根據(jù)ACL無人機自主控制等級，結(jié)合OODA環(huán)詳細描述了自主性評估指標，對未來無人機系統(tǒng)的研制開發(fā)具有一定的參考意義。

關鍵字：無人機自主性ACL等級指標

引言

無人機在現(xiàn)代戰(zhàn)爭和國家安全領域中，以其低廉的成本、極強的靈活性能夠很好地執(zhí)行情報偵察、戰(zhàn)場監(jiān)視、目標追蹤、電子對抗以及精確打擊等復雜任務，成為國防軍事領域中不可或缺的力量。無人機最初的發(fā)展可以追溯到一戰(zhàn)時期，主要以靶機的形式用于防空訓練。八十年代末期無人機被用于軍事偵察，在越戰(zhàn)期間美國首次使用無人機用于偵查重要目標，大大降低了士兵的傷亡率。隨著阿富汗戰(zhàn)爭、伊拉克戰(zhàn)爭的進行和戰(zhàn)后形式的發(fā)展，無人機在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的影響越來越大，已成為新軍事變革的重要體現(xiàn)。

目前無人機主要通過飛行員遠程操控、預編程控制為主，這種控制方式無法應對復雜未知的戰(zhàn)場環(huán)境.無人機需要具備很高的自主性才能更好的完成任務。隨著人工智能和機器學習技術的發(fā)展，自主性的程度也在不斷地提高。研制具有更自主性的無人機系統(tǒng)是無人機未來發(fā)展的必然趨勢，探索無人機系統(tǒng)的自主性評估方法對于未來無人機的設計和研制具有重要價值。

1無人機系統(tǒng)自主性評估意義

2016年美國國防部公開發(fā)表了無人系統(tǒng)集成路線圖UnmannedSystem Integrated Roadmap 2017-2042。該路線圖提出了自主性的最新概念，即自主性是一個實體基于該實體對外部環(huán)境、內(nèi)在自身和當前狀況的知識和理解，在不同的行動方案中獨立發(fā)展和選擇以實現(xiàn)任務的能力。其評估意義可以概括為以下兩點：

（1）自主性評估是進行無人機系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃的必要環(huán)節(jié)。通過科學地量化無人機系統(tǒng)的自主控制水平，結(jié)合已有或在研無人機的發(fā)展現(xiàn)狀，可以制定出無人機系統(tǒng)自主性由低至高的發(fā)展戰(zhàn)略，為后續(xù)系統(tǒng)研制工作奠定了基礎。

（2）自主性評估可以對在研無人機性能進行評估，衡量其性能是否達到設計標準。通過建立無人機自主評估體系，可以定性定量地評估無人機在多方面的系統(tǒng)性能從而更加準確地分析出無人機系統(tǒng)設計的短板，使設計人員更加有方向地對整個無人機系統(tǒng)性能進行提升。

2無人機系統(tǒng)自主控制等級劃分

2000年美國提出了自主作戰(zhàn)AO（Autonomous Operations），它是由美國海軍研究辦公室ONR和美國空軍研究實驗室AFRL率先提出推廣的。為了深入研究無人機的自主作戰(zhàn)能力，AFRL定義了自主控制等級（Autonomous Control Level，ACL）作為衡量無人機在自主程度的標準。

為了指導和規(guī)劃美國無人機發(fā)展，美國國防部于2000年公開發(fā)表了Unmanned Aerial Vehicles Roadmap 2000-2025，即無人機路線圖;于2002年對無人機路線圖進行修訂后發(fā)表了Unmanned AerialVehicles Roadmap 2002-2027;隨后在2005年發(fā)表了無人機系統(tǒng)路線圖Unmanned Aircraft System Roadmap 2002-2027;這三個版本的路線圖均采用ACL標準對當時有代表性的、在研的和未來規(guī)劃的美國無人機進行了較明確的定義。具體如圖l所示。

根據(jù)美軍定義的ACL標準，自主性分為十個等級。第1 4級主要針對的是單機自主能力，目前技術上基本已經(jīng)實現(xiàn)。處于第1 2級的先鋒無人偵察機和捕食者無人偵察機在戰(zhàn)爭期間主要用于占地實況視頻轉(zhuǎn)發(fā)，引導火炮、評估打擊效果、作戰(zhàn)部署能功能。處于第2 3級的全球鷹、影子、多用途無人機還可以進行戰(zhàn)斗支援、精確打擊等復雜任務;第5-10級主要針對機群自主能力，目前技術上處于在研和理論研究狀態(tài)。

3無人機自主性評估指標

ACL自主控制等級是通過無人機可實現(xiàn)的功能進行劃分的，然而無人機的自主性涉及多個方面，僅通過單一功能的描述無法準確評估整個無人機自主性等級。因此，通過結(jié)合OODA環(huán)對ACL分級進行細化描述，從觀察、判斷、決策和行動四個方面可以有效地評估無人機的感知能力、分析能力、決策能力和協(xié)同能力。詳細指標如表l所示：

4結(jié)束語

自主性是無人機系統(tǒng)最重要的一項技術特征，提升無人機系統(tǒng)的自主性有可能徹底改變未來的作戰(zhàn)概念，極大地提高無人系統(tǒng)的效率和效益，因此自主性的發(fā)展是無人機未來發(fā)展的主要方向。本文對自主性相關的基本概念及評估意義進行辨析，歸納和論述了無人機自主控制等級劃分的方法和評估指標，對今后無人機自主研制和設計開發(fā)具有一定的借鑒意義。

參考文獻

[1]Unmanned System Integrated Roacimap 2017-2042[M]. WashingtonDC： Office of the Secretary of Defense， 2005.

[2]高勁松，余菲，季曉光，無人機自主控制等級的研究現(xiàn)狀[J].電光與控制，2009， 16（10）：51-14.

[3]Unmanned Aerial Vehicles Roadmap 2000-2025[M]. Washington DC：Office of the Secretary of Defense， 200L.

[4]Unmanned Aerial Vehicles Roadmap 2002-2027[M]. Washington DC：Office of the Secretary of Defense， 2002.

[5]Unmanned Aircraft System Roadmap 2001-2030[M]. Washington DC：Office of the Secretary of Defense， 2001.

[6]Bruce T. Clough， Metrics， Schmetrics！ How The Heck Do YouDetermine A UAV's Autonomy Anyway？[A]. Proceeciings of thePerformance Metrics for Intelligent Systems Workshop[C]， Gaitherburg，Maryland， 2002.