随着无人装备在战场上开始大量应用，无人自主技术的研究进入快速发展阶段。无人自主技术是武器装备在无人或少量人员介入条件下，自动执行、完成各种军事任务所需的核心技术。无人自主系统能在未知的新环境中进行感知与推理，增强武器系统的适用范围、作战能力，减少人员伤害。近年来，美国高度重视无人自主技术发展，制定了相关战略规划，推动关键技术发展，项目研发不断取得重要进展。目前，无人自主技术持续快速发展，应用范围不断拓展，将对未来战争模式产生深远影响。
一、无人自主技术的概念与内涵
目前，各界对无人自主技术的准确定义尚存争议。2015年美国空军发布的《自主地平线》文件给出了自动化、自主性和遥控装备的定义和应用范畴，提出自主性是自动化的进一步提升，遥控装备是自主性的最终应用，三者相辅相成，互相支撑。
（一）自动化技术广泛应用于执行预设任务的各类系统
自动化是指系统运行无需或很少需要人工操作，但系统功能仅局限于预先设定的具体行动。目前，自动化技术已经普遍应用于各类系统，如飞行控制系统所用的电传操纵技术、将多个传感器信息进行整合的数据融合技术、制导与导航自动化技术、防撞自动救援技术等。这些系统仅在一种或多种功能上实现了不同程度的自动化，属于半自主性系统。
（二）自主性技术可使系统进行一定程度的自我管理与指导
自主性是指在更为广泛的作战条件、环境因素和更为多样化的任务或行动中，使用更多的传感器和更为复杂的软件，提供更高程度的自动化行为。目前，自主性技术已在计算机领域广泛应用，其特征体现在系统独立完成任务目标的程度，即自主性系统在不确定的情况下，能够完全排除外界干扰，不依赖通信，自动弥补系统故障所带来的问题，并确保长时间良好运行。要实现自主性，系统必须实现一定程度的智能化，有基于决策的反应能力，能够在一定程度上实现自我管理和自我指导（可由人代理进行决策）。系统的软件设计需要采用模糊逻辑、神经网络、贝叶斯网络等智能算法。
（三）遥控装备可实现半自主及全自主运行
空中、地面、水面和水下无人装备将成为未来军事行动中不可或缺的重要组成部分。当前大多数无人系统都需要人工遥控，自主化程度较低。未来，这些遥控装备将具备更高的自主性，可由人进行远程操控实现半自主运行，以及全自主运行。此外，有人装备也可借助软件，以人工、半自主或全自主等多种方式执行多样化任务。
二、美国无人自主系统技术发展规划
近年来，美国出台了覆盖无人机、地面无人系统、机器人等一系列无人系统技术发展规划，包括美国《美国陆军无人机系统路线图2010~2035》、《无人系统自主技术路线图》、《2011~2036财年无人系统综合路线图》、《美国地面无人系统路线图》、《美国机器人技术路线图》以及美国空军《自主地平线》文件等。根据这些无人自主系统发展规划，可以预测美军无人自主技术在2020、2025和2035年的发展情况。
2020年，无人自主系统将完成先进自主技术第一阶段和第二阶段研发。其中，第一阶段将完成模式识别研发，自主控制传感器和动力装置小型化，自主防护系统可实现防御功能；第二阶段完成集群技术开发，无人自主系统可执行指挥多部队搜索、越障与威胁识别等任务，并具备自适应响应能力。届时，无人系统的自主能力将显著提升，可实现自主导航、复杂物体自主抓取、有人无人协同组队、编队控制/多机器人控制以及多种无人系统间的协同作战。
2025年，无人系统将进入先进自主技术开发的第三阶段，为地面无人系统提供脑机接口组件和全自主组件，实现自主操作。届时，无人机将具备自主能力，可实现与有人机和无人机组队作战。
2035年，无人自主系统技术将发展成熟，地面无人系统具备自感知能力，无人机具备完全兼容的感知和规避能力，在极具挑战的战场环境中探测率超过75%，能进行全自主作战，具备很强的协同作战能力。
三、美军无人自主系统相关技术与项目进展
近期，美军无人自主系统相关项目快速发展，围绕未来作战需求提出了诸多新概念、新技术与新应用，致力于关键技术攻关，进行了多项演示验证，加速推进了无人自主技术投入作战应用与部署步伐。
（一）开展核心通用技术研究，提升系统自主性
美国国防高级研究计划局（DARPA）正在开展大量无人自主系统核心通用技术和基础性技术研究，相关项目主要包括“自主机器人操作”（ARM）、“快速轻量自主”（FLA）、“感知开发与执行中的数学”（MSEE）等。
ARM项目旨在开发具有高度自主能力的军用机器人，以解决当前机器人需要人员介入操作，完成任务时间长等问题。ARM项目寻求一种能自主的操作系统，使机器人性能超过人员直接遥控操作的水平。该项目重点关注人类只提供高层级指导的非结构环境（无组织的未知环境）中机器人自主抓取和操作物体的能力。
FLA项目的目标是开发非传统感知和自主方法，实现复杂环境下的高速导航。本项目将验证在无需操作人员遥控或GPS轨迹点支持的情况下小型无人机的高速飞行能力（速度达到20米/秒）。
MSEE项目将开发一种使可升级的自主系统拥有共享感知、理解、学习、规划和执行复杂任务的算法。MSEE项目将发展一种类似于人类语言的算法，表达并处理视觉场景和行为。该算法方法可应用于情报、监视与侦察（ISR）系统和视觉导航机器人。
（二）研发空中自主加油技术，提升无人飞行器远程作战能力
美国空军空中自主加油技术日趋成熟，已成功进行X-47B无人机空中自主加油试验，为提升无人机远程作战能力奠定了基础。
空中加油是风险很高的飞行科目，无人机自主空中加油面临的技术挑战更大，主要涉及无人机与加油机的自动紧密编队、自动对接和自主飞行控制等关键技术。试验中，X-47B在1600米外开始跟踪K-707加油机，并与其自主会合，在相距6米的位置保持编队飞行。随后，X-47B利用传感器观测加油机机翼一侧的标志点，机动飞行到加油机后方，利用一种新型光学传感器和摄像机组成的光学跟踪系统锁定加油机，不断调整位置，逐步达到精确的对接距离。最后，X-47B自主完成了受油探管与加油锥套的对接，在7分钟内获得了加油机输送的质量为1810千克的燃料。完成空中加油后，X-47B自主脱离加油机，成功返回基地。
（三）依托无人自主技术发展微小型无人机集群作战
基于无人自主技术，美军提出了利用微小型无人机集群作战的模式，以降低作战成本，提升作战行动的灵活性。相关项目主要包括美国海军的“蝉”微型无人机项目与DARPA的“小精灵”无人机项目。
美国海军研制出一种可用于集群作战的“蝉”微型无人机，并进行了飞行试验。试验中，该微型无人机在17.5千米的高空释放，滑翔速度约74千米/小时，飞行约17.7千米后在距目标不到4.6米的地点降落，其携带的传感器成功传回温度、大气压强与湿度等数据。相比其他无人飞行器，“蝉”微型无人机具有坚固耐用、尺寸小、成本低、结构简单、噪声小等特点，可配备多种轻型传感器，执行多种任务。美国海军希望未来可实现在25分钟内投放成千上万架“蝉”微型无人机，覆盖4800平方千米的区域。此外，美国海军还在“低成本无人机群技术”（LOCUST）项目下开展了相关技术研究，利用小型筒式发射无人机组成无人机群压制对手。
DAPAR的“小精灵”无人机项目计划研制一种部分可回收的侦察和电子战无人机蜂群，从敌方防御范围外的大型飞机（轰炸机、运输机、战斗机等平台）上投放，利用无线网络实现通信与协同，通过影响导弹防御、通信与内部安全，甚至利用电脑病毒袭击敌方数据网络等方式压制敌方。
（四）广泛征集提升无人机协同作战能力相关技术
目前，美军正在广泛征集无人自主技术，以提升无人机之间以及与有人机的协同作战能力，以充分发挥无人机与有人机的优势，提升执行作战任务的效费比。
DARPA发布了“拒止环境协同作战”（CODE）项目，寻求提升军用无人机自主性和协同作战的能力、方法论和途径。CODE项目将使一组无人机在一个指挥官的监督下协同工作，无人机将持续对自身和环境进行评估，向任务监督员提出无人机组的行动建议，并执行任务监督员提出的指示。
美国空军计划在2020~2022年进行无人机“忠诚僚机”项目的演示验证，展示无人机僚机如何在高对抗环境中与有人机协同作战。目前，美国空军正在寻求可支撑无人机自主能力的关键技术。无人机“忠诚僚机”将与第五代战斗机协同编队作战，能够到达有人机无法到达的作战区域，在GPS信号和通信受干扰的情况下作战，且无需地面操作人员控制，也无需有人机持续提供指令。作战时，无人机可作为武器载机，由有人机提供目标信息；当有人机实施攻击时，则充当诱饵欺骗敌方防空系统。此外，无人机还可作为数据节点，融合任务中收集到的情报。
四、无人自主系统未来发展启示
未来，大多数系统将会在不同程度上具备半自主能力，且随着自主能力的不断增强，系统将具备更多功能，适应更为复杂的环境。但只有实现自主性与人员的有效协同，才能更好地发挥系统作用。
（一）以灵活性为核心原则，实现人员与自主性系统交互
任何自主系统都不可能永远保持良好的工作状态，只有人的介入，才能确保系统运行顺畅和任务无缝衔接。不同时期需要不同水平的自主系统，需根据作战行动、监控和信息融合、方案制定、决策等不同任务灵活掌控。在执行任务时选择何种自主系统以及如何使用自主系统是一个动态决策的过程。为此，要从系统的性能、使用风险、任务需求、协作关系和可信程度等方面出发进行决策。建立良好的人员与自主系统交互关系，确保自主系统的稳健性、控制范围和控制力度，使人员更好地介入，二者之间形成良好的协同机制，提供强大的态势感知能力和作战决策支持。
（二）建立态势感知共享机制，支持自主系统与人员协作
遵循自主系统设计关键原则，在人员与自主系统协作过程中，不仅人员要对自主系统的可信程度、工作状态、数据收集和作战能力予以评估，自主系统也会对与之协作的人员做出判定。这就要求在设计人机界面时进行权衡，构建人员与自主系统双向交流的先进交互界面，从目标优先级、任务分配/再分配、决策交流、任务优先级等多层面出发，建立良好的态势感知能力，促使二者相互感知、理解、推断和作用，实现目标一致。除提高系统整体能力、可靠性和稳健性外，还要确保系统与人员认知保持一致，防止过于拟人化。
(来源：北京航天情报与信息研究所，原文载航天防务微信公号，已获授权转载）
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