【原創】現代無人機地面任務控制技術發展淺析

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現代無人機地面任務控制技術發展淺析

學術plus 觀察員

隨著無人機在現代軍事行動中扮演越來越重要的角色，無人機任務控制系統也正日益凸顯其對於無人機系統戰技性能的關鍵作用。無人機地面任務控制系統的主要職能是完成對無人機飛行狀態、載荷狀態和工作狀態進行實時監控管理，保障無人機高效、安全、可靠遂行其所承擔作戰任務的系統。現代無人機任務控制系統的重點是解決無人機遂行作戰任務過程中所面臨的資訊綜合與決策優化問題，主要是在複雜戰場條件下，輔助無人機操作員和指揮員實現對無人機的狀態監視、飛行操縱、任務規劃和機載任務設備遠程控制，為無人機操作人員提供必要的態勢感知能力，確保無人機能夠在相關人員控制下安全、高效的完成相關任務。

一、無人機地面任務控制技術典型分類

目前隨著無人機指揮控制技術的不斷發展，無人機任務控制系統主要可分為以下幾類：

（一）大型無人機專用任務控制系統

美國“全球鷹”、歐洲“神經元”和我國“翼龍”等大型無人機往往具有攜帶載荷多樣、任務類型複雜、活動範圍廣闊等特點，因此目前這類無人機往往配備專用的地面任務控制系統。以美國“全球鷹”無人機為例，該型無人機地面任務系統主要由發射回收單元、任務控制單元和地面通信設備組成。其中，發射回收單元通過UHF、L等頻段上的無人機通信鏈路，實時獲取無人機下行的飛行狀態參數和系統狀態數據，保持地面控制系統與無人機的通信聯絡；任務控制單元根據數據鏈路提供的相關資訊，完成無人機實時任務規劃，合理安排飛行過程中的數據傳輸和載荷調度，根據實際任務需要制定合理的飛行路徑，對主要機載任務載荷進行監控和遠程控制；地面通信設備主要用於實現任務控制單元與地面其它部門之間的數據和語音通信。其中，任務控制單元內部通常具有4個工作員操作席位，包括：無人機操作員工作席位，通信管理工作席位，任務規劃工作席位和傳感器數據處理工作席位。其基本外觀如下所示：

（二）通用型無人機任務控制系統

隨著無人機裝備數量和種類的不斷增多，多種無人機型號的聯合作戰行動日益廣泛，為了更好的減少部署、維護和運行成本，提升不同類型無人機互聯互通性能，從根本上改進聯合作戰效率，客觀上需要對多種、多架無人機進行聯合控制，從而確保其聯合作戰性能，為此出現了通用型無人機任務控制系統，其典型代表是美國海軍的通用無人機地面控制站--戰術控制系統（TCS）和美國陸軍的無人機通用地面控制站—“一體化系統”地面控制站（GCS）。

其中，戰術控制系統（ TCS ）由雷神公司從2000年前後開始研製，其目標就是通過開放式體系結構軟體平台，能夠承載並控制多種不同類型的艦載及機載硬體設備，從而實現任務規劃、指揮與控制以及情報數據接收和分發等功能，並與STANAG4586 兼容，進而確保不同無人機制造商開發的與 STANAG 4586 協同的無人機專用模塊，可以與該核心系統接口，提供 TCS 的所有控制能力，實現各無人機系統之間的互操作。

目前，TCS 已為諾思羅普·格魯門公司的“火力偵察兵”無人機和美海軍的“廣域海上監視（BAMS）”無人機提供了地面任務控制軟體。“一體化系統”地面控制站（GCS）最初是AAI 公司為其生產的陸軍旅級戰術無人機“影子200”研製的，該控制站由兩台工作站組成，安裝在 S-788型方艙中（方艙尺寸為 8.5×7.0×5.6 英尺），可通過高機動性多用途輪式車運輸。由於GCS 使用的是基於 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）便攜式小型無人機任務控制系統

為了適應小型戰術無人機的使用特定，便攜式小型無人機任務控制系統往往具有體積小、重量輕、人機接口友好、操作規程簡單、便於單兵攜帶等特點，能夠適應小型戰術無人機活動範圍小、攜帶載荷少等特點。小型無人機任務控制系統的代表是通用原子航空公司研製的ROVER型便攜式地面控制站，該系統配置專門的小型化影片資訊接收終端，可為在野外直接接收無人機影像情報，具備友好的圖形用戶接口，為作戰指揮人員提供完整的實時態勢感知，並提供完整的無人機飛行控制能力。該系統包括天線、電源、運輸工具和便攜式接受器等組成部分，總重小於100磅。其外觀如下所示：

二、無人機地面任務控制技術主要特點

作為地面指揮人員操作無人機的基本手段，地面任務控制系統對無人機系統整體作戰性能有直接影響。從目前情況來看，這一系統主要呈現出如下的發展趨勢：

（1）具有更加全面的互操作能力

隨著無人機技術的不斷發展和應用的不斷深入，地面任務控制系統將具有越來越好的兼容互操作能力。這類系統一般採用開放式體系架構，能夠兼容、接入多種不同類型的數據接口和協定標準，能夠支持多種機型的實時監控、多類載荷的實時管理和多種數據鏈路的接收處理，實現少數地面站點即可對多架、多型無人機進行有效的任務管理，從根本上提高無人機系統的使用效費比。同時，地面任務控制系統將更多的採用模塊化設計，大量應用商業貨架（COTS）軟硬體，從而使得系統更加便於部署、更新和維護。

（2）具有更加智能的人機互動能力

有數據表明，人為因素是造成無人機事故的主要原因，因此未來任務控制系統和技術的發展必然借鑒當前人機互動技術的發展成果，為操縱人員提供更加全面、清晰、直觀和友好的人機操作接口，從而進一步改善人員操作體驗，降低操作人員工作負擔，確保飛行安全和任務效率。以雷神公司的UCS系統為例，該系統採用沉浸顯示技術，為控制人員營造一個高逼真度的駕駛艙環境，並充分繼承主流飛機座艙內的飛行儀表和參數顯示界面風格，使操作員輕鬆獲得良好的情景意識能力，在較低工作負擔下同時操控多達八個異構的空中無人平台。該系統的基本外觀如下所示：

（3）具有更加強大的任務規劃能力

隨著無人機態勢感知能力的不斷增強，未來的地面任務控制系統將能夠更加高效便捷的承擔任務規劃任務。任務控制系統應能夠提供更強清晰、準確的全局人機接口，能夠實現地形、航路、起降機場、跑道、障礙物、載荷狀態、飛行參數等要素的一體化呈現，從而為指揮人員帶來更加全面的視覺體驗和三維態勢感知。同時，系統應採用開放式軟體架構，基於構件化的方式提供涉及航路、載荷、任務、性能、戰術等多種類型的任務優化計算服務，從而更好的提供包括航路規劃、載荷配置、性能計算、鏈路管理、模擬訓練等在內的實時任務管理能力，具備快速任務規劃和決策能力。

（全文完）