现代无人机地面任务控制技术发展浅析

本文转载自学术plus（ID：caeit-e）

作者：高书亮

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随着无人机在现代军事行动中扮演越来越重要的角色，无人机任务控制系统也正日益凸显其对于无人机系统战技性能的关键作用。无人机地面任务控制系统的主要职能是完成对无人机飞行状态、载荷状态和工作状态进行实时监控管理，保障无人机高效、安全、可靠遂行其所承担作战任务的系统。现代无人机任务控制系统的重点是解决无人机遂行作战任务过程中所面临的信息综合与决策优化问题，主要是在复杂战场条件下，辅助无人机操作员和指挥员实现对无人机的状态监视、飞行操纵、任务规划和机载任务设备远程控制，为无人机操作人员提供必要的态势感知能力，确保无人机能够在相关人员控制下安全、高效的完成相关任务。

一、无人机地面任务控制技术典型分类

目前随着无人机指挥控制技术的不断发展，无人机任务控制系统主要可分为以下几类：

（一）大型无人机专用任务控制系统

美国“全球鹰”、欧洲“神经元”和我国“翼龙”等大型无人机往往具有携带载荷多样、任务类型复杂、活动范围广阔等特点，因此目前这类无人机往往配备专用的地面任务控制系统。以美国“全球鹰”无人机为例，该型无人机地面任务系统主要由发射回收单元、任务控制单元和地面通信设备组成。其中，发射回收单元通过UHF、L等频段上的无人机通信链路，实时获取无人机下行的飞行状态参数和系统状态数据，保持地面控制系统与无人机的通信联络；任务控制单元根据数据链路提供的相关信息，完成无人机实时任务规划，合理安排飞行过程中的数据传输和载荷调度，根据实际任务需要制定合理的飞行路径，对主要机载任务载荷进行监控和远程控制；地面通信设备主要用于实现任务控制单元与地面其它部门之间的数据和语音通信。其中，任务控制单元内部通常具有4个工作员操作席位，包括：无人机操作员工作席位，通信管理工作席位，任务规划工作席位和传感器数据处理工作席位。其基本外观如下所示：

图1 “全球鹰”无人机任务控制单元

（二）通用型无人机任务控制系统

随着无人机装备数量和种类的不断增多，多种无人机型号的联合作战行动日益广泛，为了更好的减少部署、维护和运行成本，提升不同类型无人机互联互通性能，从根本上改进联合作战效率，客观上需要对多种、多架无人机进行联合控制，从而确保其联合作战性能，为此出现了通用型无人机任务控制系统，其典型代表是美国海军的通用无人机地面控制站--战术控制系统（TCS）和美国陆军的无人机通用地面控制站—“一体化系统”地面控制站（GCS）。

其中，战术控制系统（ TCS ）由雷神公司从2000年前后开始研制，其目标就是通过开放式体系结构软件平台，能够承载并控制多种不同类型的舰载及机载硬件设备，从而实现任务规划、指挥与控制以及情报数据接收和分发等功能，并与STANAG4586 兼容，进而确保不同无人机制造商开发的与 STANAG 4586 协同的无人机专用模块，可以与该核心系统接口，提供 TCS 的所有控制能力，实现各无人机系统之间的互操作。

目前，TCS 已为诺思罗普·格鲁门公司的“火力侦察兵”无人机和美海军的“广域海上监视（BAMS）”无人机提供了地面任务控制软件。“一体化系统”地面控制站（GCS）最初是AAI 公司为其生产的陆军旅级战术无人机“影子200”研制的，该控制站由两台工作站组成，安装在 S-788型方舱中（方舱尺寸为 8.5×7.0×5.6 英尺），可通过高机动性多用途轮式车运输。由于GCS 使用的是基于 Unix 的工作站，与TCS一样， AAI 目前也正在开展将GCS 与 STANAG 4586 兼容方面的研究。

（三）便携式小型无人机任务控制系统

为了适应小型战术无人机的使用特定，便携式小型无人机任务控制系统往往具有体积小、重量轻、人机接口友好、操作规程简单、便于单兵携带等特点，能够适应小型战术无人机活动范围小、携带载荷少等特点。小型无人机任务控制系统的代表是通用原子航空公司研制的ROVER型便携式地面控制站，该系统配置专门的小型化视频信息接收终端，可为在野外直接接收无人机图像情报，具备友好的图形用户接口，为作战指挥人员提供完整的实时态势感知，并提供完整的无人机飞行控制能力。该系统包括天线、电源、运输工具和便携式接受器等组成部分，总重小于 100磅。其外观如下所示：

图2 便携式小型无人机任务控制系统

二、无人机地面任务控制技术主要特点

作为地面指挥人员操作无人机的基本手段，地面任务控制系统对无人机系统整体作战性能有直接影响。从目前情况来看，这一系统主要呈现出如下的发展趋势：

（1）具有更加全面的互操作能力

随着无人机技术的不断发展和应用的不断深入，地面任务控制系统将具有越来越好的兼容互操作能力。这类系统一般采用开放式体系架构，能够兼容、接入多种不同类型的数据接口和协议标准，能够支持多种机型的实时监控、多类载荷的实时管理和多种数据链路的接收处理，实现少数地面站点即可对多架、多型无人机进行有效的任务管理，从根本上提高无人机系统的使用效费比。同时，地面任务控制系统将更多的采用模块化设计，大量应用商业货架（COTS）软硬件，从而使得系统更加便于部署、升级和维护。

（2）具有更加智能的人机交互能力

有数据表明，人为因素是造成无人机事故的主要原因，因此未来任务控制系统和技术的发展必然借鉴当前人机交互技术的发展成果，为操纵人员提供更加全面、清晰、直观和友好的人机操作接口，从而进一步改善人员操作体验，降低操作人员工作负担，确保飞行安全和任务效率。以雷神公司的UCS系统为例，该系统采用沉浸显示技术，为控制人员营造一个高逼真度的驾驶舱环境，并充分继承主流飞机座舱内的飞行仪表和参数显示界面风格，使操作员轻松获得良好的情景意识能力，在较低工作负担下同时操控多达八个异构的空中无人平台。该系统的基本外观如下所示：

图3 具有沉浸显示效果的UCS系统

（3）具有更加强大的任务规划能力

随着无人机态势感知能力的不断增强，未来的地面任务控制系统将能够更加高效便捷的承担任务规划任务。任务控制系统应能够提供更强清晰、准确的全局人机接口，能够实现地形、航路、起降机场、跑道、障碍物、载荷状态、飞行参数等要素的一体化呈现，从而为指挥人员带来更加全面的视觉体验和三维态势感知。同时，系统应采用开放式软件架构，基于构件化的方式提供涉及航路、载荷、任务、性能、战术等多种类型的任务优化计算服务，从而更好的提供包括航路规划、载荷配置、性能计算、链路管理、模拟训练等在内的实时任务管理能力，具备快速任务规划和决策能力。

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