從“自動化”邁向“自主化”——

無人機“智慧中樞”演進史

■張  鵬  王應(yīng)洋  馮  波

應(yīng)用了自主作戰(zhàn)任務(wù)控制技術(shù)的俄羅斯“Geran-2”無人機。供圖：陽  明

當(dāng)前，各軍事強國紛紛推進無人作戰(zhàn)飛機研發(fā)，加速推動無人穿透制空與有人無人協(xié)同戰(zhàn)斗力生成。未來戰(zhàn)場上，無人機可替代飛行員完成感知、規(guī)劃和突防等操作任務(wù)，能自主協(xié)同有人機實施大規(guī)模行動。

無人機自主作戰(zhàn)能力生成的背后，正是被譽為“智慧中樞”的自主作戰(zhàn)任務(wù)控制技術(shù)，它利用智能閉環(huán)反饋機制，使無人機能在高風(fēng)險環(huán)境中精準定位、實時感知、動態(tài)決策與自主行動。

在軍事科技快速發(fā)展的今天，自主作戰(zhàn)任務(wù)控制技術(shù)正推動無人機從“自動化”向“自主化”升級換代，成為無人力量戰(zhàn)斗力快速提升的核心引擎。那么，究竟何為無人機自主作戰(zhàn)任務(wù)控制技術(shù)？該技術(shù)對未來戰(zhàn)場又將發(fā)揮怎樣的作用？本期，讓我們一探其發(fā)展來路、現(xiàn)狀與前景。

多元導(dǎo)航技術(shù)融合，讓無人機知道“我在哪”和“去哪里”

無人機任務(wù)自主化，首先要實現(xiàn)高精度的自主導(dǎo)航。這就要求融合視覺、天文和慣性抗干擾導(dǎo)航體系，使無人機在沒有衛(wèi)星導(dǎo)航的復(fù)雜拒止環(huán)境中亦能安全飛行。

古希臘漁民借助海岸線輪廓、礁石陰影與鳥類飛行軌跡判斷航路，總結(jié)形成“海岸線導(dǎo)航法”。這種依賴自然標記遠航的技術(shù)雖然原始，卻奠定了視覺導(dǎo)航的基礎(chǔ)。直至今日，汽車的自動駕駛系統(tǒng)仍借助計算機視覺，延續(xù)著先民“看路而行”的本能。

除了“看路而行”，亦可“抬頭看天”。航海家們將星辰化為航標，開創(chuàng)了人類最早的天文導(dǎo)航：白天，靠太陽指路；夜間，靠星座指航；霧中，利用探錘測量水深辨別方向。例如，明朝時，鄭和船隊用烏木制成“牽星板”，測量北極星高度角，輔以方位羅盤指路，實現(xiàn)“晝觀日，夜觀星，陰晦觀指南針”的全天候航行。這種依賴天體與光學(xué)儀器的技術(shù)，雖受制于云霧，但能保證自身目標不輕易暴露，成為大航海時代的關(guān)鍵技術(shù)。

此外，慣性導(dǎo)航也在“導(dǎo)航家族”中占據(jù)重要位置。1687年，牛頓在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中指出，當(dāng)陀螺高速旋轉(zhuǎn)時，其旋轉(zhuǎn)軸的方向不變，具有“定軸性”。1904年，德國科學(xué)家安許茨利用這一特性指示方向，制造出首臺陀螺儀。二戰(zhàn)期間，為了讓V-2導(dǎo)彈突破無線電干擾，德國工程師將陀螺儀與加速度計結(jié)合，實時計算導(dǎo)彈的運動軌跡。

1958年，美國核潛艇“鸚鵡螺號”潛入北極冰蓋下，憑借慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，完成了人類首次穿越北極的潛航，潛艇全程不浮出水面、不依賴星空，宛如深海幽靈般在水中游弋。在俄羅斯海軍“白熊-2021”任務(wù)期間，3艘俄羅斯戰(zhàn)略導(dǎo)彈核潛艇同時完成破冰出水任務(wù)。在環(huán)境惡劣的北極冰層下，潛艇能長時間航行并到達指定地點，依靠的就是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的自主性。

回望歷史長河，人類逐漸掌握并應(yīng)用了視覺導(dǎo)航、天文導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航這3種導(dǎo)航方式。當(dāng)前先進的無人機在導(dǎo)航定位方面，已經(jīng)可以博采眾長。當(dāng)衛(wèi)星導(dǎo)航失效時，無人機可以采用組合導(dǎo)航模式。視覺傳感器識別地標、紋理等特征，并動態(tài)構(gòu)建地圖，實現(xiàn)“讀圖定位”。恒星敏感器捕捉天體光信號，像古代航海家借星辰定方向，反推自身絕對位置；慣性測量單元實時測量加速度和角速度，通過運算推算飛機位置、速度和姿態(tài)變化……這種融合視覺、天文與慣性的全自主導(dǎo)航體系，讓無人機在復(fù)雜電磁環(huán)境中也能安全飛行。

智能感知與決策系統(tǒng)，讓無人機擁有“眼睛”與“大腦”

明確了“我在哪”和“去哪里”的問題后，無人機實現(xiàn)自主任務(wù)控制的下一步，就是像人腦一樣迅速、準確地識別出所處態(tài)勢，進而分析如何行動。這一目標的實現(xiàn)，離不開無人機自主作戰(zhàn)任務(wù)控制技術(shù)中感知與決策系統(tǒng)的進化。

探索開始于1944年。那一年，德軍V-1導(dǎo)彈的機械式自動駕駛儀已能通過預(yù)設(shè)航點，幫助導(dǎo)彈實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎操作。不過，該導(dǎo)彈不能感知周圍的環(huán)境，如果導(dǎo)彈途中遭遇高射炮攔截，也不會隨時轉(zhuǎn)彎，依然“盲眼沖鋒”，呆板地沿原路前進。這暴露了早期規(guī)劃的核心缺陷，也讓人們看到了提升裝備對環(huán)境感知能力的重要性。

21世紀初，隨著人工智能的快速發(fā)展，無人機開始真正走上“覺醒”之路。

2021年，瑞士學(xué)者打破感知、建圖和規(guī)劃模塊化設(shè)計思路，通過訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)獲得一種“端到端”方法，使無人機僅靠自帶的傳感器和處理器，就能穿越樹林。無人機的決策能力有了顯著提升，但遇到復(fù)雜任務(wù)仍需人類協(xié)助。

傳統(tǒng)無人機識別目標時，遇到新型或偽裝目標時容易出錯。而擁有智能感知與決策系統(tǒng)的無人機，就像一個會推理的“戰(zhàn)場偵探”。當(dāng)發(fā)現(xiàn)可疑目標時，無人機能自動分析形狀等圖像特征，對比已知樣本，判斷其威脅性。

此外，智能感知與決策系統(tǒng)通過“遷移學(xué)習(xí)”和“因果分析”，能將已有知識應(yīng)用到新場景，即使面對未見過的裝備或隱蔽設(shè)施，無人機也能快速識別。這宛如為無人機裝上了“智能眼睛”，使其在復(fù)雜戰(zhàn)場中也能精準鎖定目標。

以俄軍“圖維克”無人機為例，目前俄軍已將感知能力升維為決策鏈，該無人機可以編隊穿越電磁干擾區(qū)，依靠“視覺/地形匹配”鎖定偽裝網(wǎng)下的坦克，誤判情況大幅減少。無人機在攻擊時，其搭載的人工智能系統(tǒng)同時執(zhí)行紅外傳感器確認引擎余熱、激光雷達掃描炮管輪廓、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)比對武器庫數(shù)據(jù)三重感知驗證。

某種層面上來說，從機械陀螺儀的懵懂探索，到小樣本多模態(tài)的智能感知與決策，無人機的目標識別史實則是人類為機器賦予感官的歷史。無人機自主作戰(zhàn)任務(wù)控制技術(shù)中感知與決策系統(tǒng)的進化，恰似生命從單細胞感光到高等生物感官協(xié)同的演化重演。智能感知與決策系統(tǒng)就像無人機的“眼睛”與“大腦”，前者感知環(huán)境，后者選擇行動，最終促使無人機完成從“自動化”向“自主化”的關(guān)鍵一躍。

智慧行動網(wǎng)絡(luò)編織，讓無人機不斷拓展 “應(yīng)用邊界”和“任務(wù)譜系”

目前，無人機在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，作為無人機戰(zhàn)斗力快速提升的核心引擎，自主作戰(zhàn)任務(wù)控制技術(shù)將在未來戰(zhàn)場上發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

在情報偵察方面，具備先進自主作戰(zhàn)任務(wù)控制技術(shù)的無人機能夠深入敵后，長時間潛伏并持續(xù)監(jiān)視敵方重要目標。在衛(wèi)星拒止環(huán)境下，無人機依靠天文、慣性和視覺導(dǎo)航技術(shù)精準定位，通過樣本外目標感知識別技術(shù)，及時發(fā)現(xiàn)敵方的新裝備、新動向，并將情報實時回傳至指揮中心。這將為作戰(zhàn)部隊提供準確、及時的情報支持，協(xié)助指揮員提前制定作戰(zhàn)計劃，掌握戰(zhàn)場主動權(quán)，為作戰(zhàn)決策提供關(guān)鍵依據(jù)。

在電子對抗方面，無人機可以搭載電子戰(zhàn)設(shè)備，在自主作戰(zhàn)任務(wù)控制技術(shù)的指揮下，迅速抵達敵方電子設(shè)備密集區(qū)域，實施電磁干擾和壓制。通過對敵方雷達、通信等電子信號的實時分析和識別，無人機能夠靈活調(diào)整干擾策略，癱瘓敵方的電子作戰(zhàn)系統(tǒng)，為己方作戰(zhàn)部隊創(chuàng)造有利的電磁環(huán)境，增強己方在電磁頻譜領(lǐng)域的優(yōu)勢。

未來，隨著人工智能、傳感器等前沿技術(shù)的持續(xù)融入，自主作戰(zhàn)任務(wù)控制技術(shù)將不斷拓展無人機的“應(yīng)用邊界”和“任務(wù)譜系”，推動智能作戰(zhàn)進入嶄新階段。

在多傳感器融合方面，無人機將搭載更加先進的傳感器系統(tǒng)，融合多種類型的傳感器數(shù)據(jù)，提高目標識別和環(huán)境感知能力。光學(xué)、紅外、雷達等多種傳感器的組合應(yīng)用，將使無人機在多種復(fù)雜環(huán)境下準確識別目標，獲取全面的戰(zhàn)場信息。這將進一步增強無人機在軍事作戰(zhàn)中的情報偵察和目標打擊能力，為作戰(zhàn)決策提供更豐富、更準確的信息支持。

在智能化程度方面，無人機的自主決策能力將不斷提升。未來，隨著與AI模型深度融合，無人機將能夠更加自主地應(yīng)對各種復(fù)雜情況。例如，在面對敵方未知的防御策略時，無人機能夠自主分析戰(zhàn)場態(tài)勢，實時調(diào)整作戰(zhàn)計劃，選擇最合適的攻擊方式和目標，成為更智能的機器戰(zhàn)士。

從衛(wèi)星導(dǎo)航拒止環(huán)境下的多元導(dǎo)航技術(shù)融合，到基于樣本外目標感知識別技術(shù)的智能視覺認知，再到規(guī)劃決策技術(shù)的智慧行動網(wǎng)絡(luò)編織，每一項技術(shù)的進步都在不斷提升無人機的自主能力和智能化水平。

不過，也有不少人對無人機的自主化發(fā)展憂心忡忡：“科幻電影《終結(jié)者》里的場景要走向現(xiàn)實了嗎？”

實際上，為了避免濫用自主武器，“人機權(quán)限的分配”始終是無人機系統(tǒng)領(lǐng)域一個不可忽視的重要課題——確保無人機的自主性始終在人類掌控之下。隨著人工智能技術(shù)與無人機的不斷融合，無人裝備正在從“自動化”邁向“自主化”的道路上加速前行。既想借力人工智能實現(xiàn)無人裝備自主作戰(zhàn)，又擔(dān)心遭其反噬，這將是武器智能化發(fā)展到一定階段必須要破解的困局。

很重要的一點是：武器智能化的發(fā)展要有“度”。在武器設(shè)計研發(fā)之初，就必須周密審慎地考慮加裝緊急情況下的人工干預(yù)控制“按鈕”，制訂復(fù)雜條件下的處置預(yù)案，提供自毀等保底手段，確保武器智能化的安全可控。