孫曉舟+劉露

【摘 要】本文對無人作戰(zhàn)系統(tǒng)進(jìn)行了簡要概述，重點(diǎn)分析了地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀、系統(tǒng)組成和關(guān)鍵技術(shù)。雷達(dá)作為地面無人系統(tǒng)環(huán)境感知的一種重要傳感器，具有作用距離遠(yuǎn)、不受惡劣環(huán)境因素影響的優(yōu)點(diǎn)。本文分析了環(huán)境感知雷達(dá)的研究現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)，并對無人作戰(zhàn)系統(tǒng)環(huán)境感知雷達(dá)未來發(fā)展所面對的主要問題進(jìn)行了闡述。

【關(guān)鍵詞】無人作戰(zhàn)系統(tǒng)；環(huán)境感知；雷達(dá)

【Abstract】In this paper， the unmanned combat system（UCS） is briefly described， and we focus on the development status，composition and key technologies of the UCS. Radar， as an important sensor for the environment perception of UGV， has the advantages of a remote detection and free from adverse environment effects. This paper analyzes the research status and key technologies of environmental sensing radar（ESR）， and expounds the problems faced by the ESR in the future development.

【Key words】Unmanned combat system；Environment perception；Radar

0 引言

未來戰(zhàn)爭中信息戰(zhàn)、空襲戰(zhàn)、機(jī)動戰(zhàn)、甚至核生化戰(zhàn)斗可能同時并存，各種高技術(shù)武器裝備充斥戰(zhàn)場，命中精度高，機(jī)動性強(qiáng)，射程遠(yuǎn)，殺傷威力大，這對交戰(zhàn)上方都構(gòu)成極大的威脅。如何以最小的損失（包括人員傷亡）取得最大的戰(zhàn)果，這是各國軍事作戰(zhàn)部門優(yōu)先關(guān)注的問題。此外，各國在發(fā)展新武器時還面對預(yù)算日趨拮據(jù)而裝備費(fèi)用日趨上漲的困境。無人化的作戰(zhàn)系統(tǒng)[1]正是滿足上述需求的經(jīng)濟(jì)有效的途徑。

無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的出現(xiàn)標(biāo)志著無人系統(tǒng)將從過去作為執(zhí)行偵察監(jiān)視[2]、通信中繼和毀傷評估[3]等任務(wù)的作戰(zhàn)支援裝備，升級為未來能夠?qū)χ匾繕?biāo)實(shí)施精確打擊的主要作戰(zhàn)裝備之一。

地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)必須具備對復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性，因此對環(huán)境感知提出了非常高的要求。雖然可見光/紅外相機(jī)、激光雷達(dá)可獨(dú)立或融合應(yīng)用于對結(jié)構(gòu)化道路狀態(tài)進(jìn)行感知，但在適應(yīng)夜晚、雨雪、等不利天氣，以及應(yīng)對野外地形、植被覆蓋、凹陷障礙等復(fù)雜環(huán)境時，感知能力即凸顯不足。雷達(dá)是一種廣域偵察探測設(shè)備，其在地面無人系統(tǒng)環(huán)境感知領(lǐng)域?qū)l(fā)揮越來越重要的作用。

1 無人作戰(zhàn)系統(tǒng)概述

無人作戰(zhàn)系統(tǒng)[4]是由無人作戰(zhàn)平臺、任務(wù)載荷、指揮控制系統(tǒng)以及空-天-地信息網(wǎng)絡(luò)組成的綜合化作戰(zhàn)系統(tǒng)，是信息化戰(zhàn)爭中奪取信息優(yōu)勢、實(shí)施精確打擊、完成特殊作戰(zhàn)任務(wù)的重要手段之一。根據(jù)不同使用區(qū)域，無人作戰(zhàn)系統(tǒng)可分為無人機(jī)系統(tǒng)、地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)、海上無人作戰(zhàn)系統(tǒng)，包括無人潛航器、無人水面艇等。

相對于有人作戰(zhàn)系統(tǒng)，無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的優(yōu)勢和特點(diǎn)如下：

（1）以作戰(zhàn)任務(wù)為中心，簡化系統(tǒng)設(shè)計，降低使用和保障費(fèi)用。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)體系在美國已進(jìn)入實(shí)踐階段，無人作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展開始由“以平臺為中心”向“以任務(wù)能力為中心”轉(zhuǎn)變。無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的設(shè)計可以不考慮乘員需求，許多受到人身安全、人的生理限制的技術(shù)都可以在無人作戰(zhàn)系統(tǒng)中使用，因此可以具有更小的體積、更輕的重量、更強(qiáng)的機(jī)動性、更好的隱身性能、更長的航時、更高的過載，更強(qiáng)的生存能力等優(yōu)點(diǎn)，從而極大地提高作戰(zhàn)效能。另外，無人作戰(zhàn)系統(tǒng)不需要駕駛室、環(huán)境控制和防護(hù)救生等系統(tǒng)，大大降低了研制和生產(chǎn)費(fèi)用，更重要的是能節(jié)省使用與保障費(fèi)用。

（2）可執(zhí)行“枯燥的、惡劣的和危險的”任務(wù)。作戰(zhàn)人員是作戰(zhàn)行動的最寶貴資源，因而在“非接觸，零傷亡”戰(zhàn)略目標(biāo)的驅(qū)動下，需要將一些必須執(zhí)行的“枯燥的、惡劣的和危險的”任務(wù)交由無人作戰(zhàn)系統(tǒng)去執(zhí)行。另外，在與有人系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)時，無人作戰(zhàn)系統(tǒng)還可以在關(guān)鍵時刻犧牲自己以保全有人系統(tǒng)人員的安全，從而大幅度降低作戰(zhàn)人員的傷亡程度。

（3）智能化程度高，能有效應(yīng)對突發(fā)情況。無人作戰(zhàn)系統(tǒng)是高度智能化武器系統(tǒng)，其發(fā)展體現(xiàn)了信息化、無人化裝備的特點(diǎn)，是信息化裝備與機(jī)械化裝備的有機(jī)結(jié)合。無人作戰(zhàn)系統(tǒng)區(qū)別于有人系統(tǒng)的重要標(biāo)志就是“人在環(huán)內(nèi)，不在機(jī)上”。智能控制不僅表現(xiàn)為可以依據(jù)事先的規(guī)劃指令和任務(wù)實(shí)施過程中人在回路的應(yīng)變指令進(jìn)行最優(yōu)自主控制，更重要的是體現(xiàn)在控制系統(tǒng)可以根據(jù)自身對內(nèi)部、外部的感知信息，結(jié)合任務(wù)要求，自主對路徑、規(guī)避、目標(biāo)等選擇做出決策，形成最優(yōu)作戰(zhàn)方案，實(shí)現(xiàn)最佳作戰(zhàn)效能。在遇到突發(fā)事件和信息鏈路中斷時，將需要完全自主控制才能有效應(yīng)對。

2 地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)

地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)[5]是未來陸軍的重要力量，能代替人在高危險環(huán)境下完成各種任務(wù)，對保存有生力量、提高作戰(zhàn)效能具有重要意義。20世紀(jì)80年代軍事無人車出現(xiàn)，90年代地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)取得了長足的發(fā)展，大致分為三個階段：遙控式無人車，半自主無人車和自主無人車，執(zhí)行任務(wù)由偵察和后勤支援發(fā)展為掃雷、排爆等。

近年來，國外更為重視半自主式地面無人作戰(zhàn)平臺的研制，它的優(yōu)點(diǎn)在于：將人類的智能和機(jī)器的智能有機(jī)地結(jié)合在一起，最大限度地發(fā)揮平臺的作戰(zhàn)效能。同時，開始由單體地面無人作戰(zhàn)平臺的研究轉(zhuǎn)向多平臺協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)的研究，也就是地面無人作戰(zhàn)平臺群的研究。今后，地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是面向復(fù)雜環(huán)境的應(yīng)用需求，突破新的環(huán)境感知、自主規(guī)劃與多平臺協(xié)同。

2.1 典型地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的組成

典型地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)由底盤、載荷、智能控制、操控終端四大分系統(tǒng)組成。

通常，地面無人作戰(zhàn)體系采用開放式體系、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，各分系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上相互獨(dú)立，方便調(diào)試、升級和更換，并根據(jù)作戰(zhàn)需求選裝不同的武器載荷或偵察載荷。操控終端和作戰(zhàn)平臺之間采用無線方式通信，圖像和數(shù)據(jù)分別采用不同的通道。作戰(zhàn)平臺內(nèi)部及各分系統(tǒng)間采用總線通信模式，有利于模塊增減和功能擴(kuò)展。平臺分系統(tǒng)和載荷分系統(tǒng)之間采用方便拆卸的機(jī)械和電氣接口，有利于不同功能任務(wù)載荷的整體更換或升級。

2.2 地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)是底盤、載荷、智能控制、操控終端四大分系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)的整體，無論是各分系統(tǒng)或通信技術(shù)的發(fā)展，都對整個系統(tǒng)的發(fā)展至關(guān)重要。下述給出了九項(xiàng)關(guān)鍵性的技術(shù)。

（1）自主導(dǎo)航技術(shù)。在無法進(jìn)行可靠通信的環(huán)境下，無人地面系統(tǒng)具備自主能力。地面無人系統(tǒng)自主導(dǎo)航能力包括目標(biāo)識別和智能導(dǎo)航兩個方面，目標(biāo)識別包括識別戰(zhàn)斗/非戰(zhàn)斗人員、其他活動實(shí)體、車輛、道路、路線和標(biāo)志等；智能導(dǎo)航包括避開靜態(tài)與動態(tài)障礙、預(yù)測動態(tài)目標(biāo)的運(yùn)動以及適度的遵守交通規(guī)則。

（2）通信技術(shù)。通信鏈路是無人系統(tǒng)的核心，用于在操控員控制裝置和無人地面系統(tǒng)處理器之間傳輸數(shù)據(jù)。未來，為了組建具有更佳互操作性的網(wǎng)絡(luò)，無人地面系統(tǒng)的無線電臺將需要支持多種波形，使用更寬的頻譜。無線通信技術(shù)應(yīng)具有抗干擾和通信中斷自回復(fù)能力，有利于多系統(tǒng)間的組網(wǎng)和互操作性。典型的無人機(jī)與地面站、機(jī)場及衛(wèi)星間的通信如圖1所示。

（3）動力技術(shù)。無人地面系統(tǒng)有效工作需要高能量密度、可充電、可靠的動力源。這些動力源既要滿足平臺的尺寸和重量限制，還需要滿足環(huán)境和安全性要求。

（4）視覺技術(shù)。無人地面系統(tǒng)的視覺由圖像傳感器、照明器件、光學(xué)器件、操控員控制裝置顯示器等提供，使用的頻帶包括可見光、近紅外和中/長波紅外?？梢姽夂徒t外圖像傳感器使用標(biāo)準(zhǔn)的商用CCD或CMOS技術(shù)，已得到廣泛應(yīng)用。與可見光和近紅外系統(tǒng)相比，熱成像傳感器的價格高出7-10倍，但優(yōu)點(diǎn)是能看見隱藏在霧、煙、灰塵和黑暗中可見光傳感器看不到的圖像。

（5）系統(tǒng)構(gòu)架技術(shù)。系統(tǒng)構(gòu)架包括硬件和軟件部分的功能描述以及這些部件之間的接口。開放式構(gòu)架的接口采用開放式標(biāo)準(zhǔn)，能夠升級互換和增加部件。高級無人地面系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)架至少包括以下部件和接口：無人地面平臺、無人地面系統(tǒng)載荷、數(shù)據(jù)傳輸鏈和控制裝置。

（6）人機(jī)接口技術(shù)。人機(jī)接口是為士兵提供安全有效執(zhí)行任務(wù)能力的物理設(shè)備。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)控制輔助技術(shù)，如點(diǎn)擊式目標(biāo)設(shè)置、路徑規(guī)劃、高級指揮接口等，以提高無人地面系統(tǒng)半自助操作能力。人機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展必須解決同步任務(wù)完成和關(guān)于通用圖標(biāo)、圖形、警報、控制以及其他領(lǐng)域的互操作標(biāo)準(zhǔn)問題。未來，觸摸屏顯示器將會取代現(xiàn)有大部分無人地面系統(tǒng)采用的手柄操控裝置，通用型人機(jī)接口正逐步成為發(fā)展趨勢。

（7）操縱技術(shù)。操縱技術(shù)使無人地面系統(tǒng)能舉起和重新定位各種尺寸或形狀的目標(biāo)。操縱技術(shù)的發(fā)展主要集中在機(jī)械臂硬件和控制方面，主要是設(shè)計利用多關(guān)節(jié)和力反饋成功進(jìn)行操縱的末端操縱裝置。

（8）復(fù)雜地形機(jī)動技術(shù)。復(fù)雜地形機(jī)動技術(shù)使無人地面系統(tǒng)能夠克服復(fù)雜地形和障礙物。通常，微小型機(jī)器人采用輪式行走裝置，用于在城區(qū)或者室內(nèi)環(huán)境的光滑地面上行駛；小型機(jī)器人多采用履帶式行走裝置，以提高越野機(jī)動能力和越障能力；大型無人車多采用輪式和履帶式滑動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。在未來較長一段時期內(nèi)，履帶式和輪式行走裝置將繼續(xù)占據(jù)主導(dǎo)地位，而腿式行走裝置的研究將會繼續(xù)。

（9）載荷技術(shù)。無人地面系統(tǒng)載荷可分為傳感器、發(fā)射器和執(zhí)行器。傳感器包括視覺、測距、聲傳感器等；發(fā)射器包括武器、反簡易爆炸裝置系統(tǒng)等；執(zhí)行器包括機(jī)械臂、夾具、履帶擺臂等。未來無人地面系統(tǒng)載荷的開發(fā)必須滿足通用性和模塊化要求，支持通用物理和軟件接口的應(yīng)用，并且必須考慮平臺尺寸、重量和功耗的制約以及總體系統(tǒng)的實(shí)用性和可用性。隨著無人系統(tǒng)在實(shí)戰(zhàn)中應(yīng)用越來越多，為來還將針對無人系統(tǒng)開展專用武器和偵察設(shè)備的專門研究。

3 地面無人作戰(zhàn)平臺環(huán)境感知雷達(dá)

3.1 環(huán)境感知雷達(dá)研究現(xiàn)狀

微波雷達(dá)[6]是地面無人系統(tǒng)廣泛采用的一種重要的環(huán)境感知傳感器，在發(fā)展過程中，其任務(wù)內(nèi)涵從汽車防撞逐漸延伸至障礙探測、運(yùn)動目標(biāo)識別、地形測繪等，目前地面無人系統(tǒng)所采用的雷達(dá)主要有防撞雷達(dá)、一維成像雷達(dá)、二維成像雷達(dá)和三維成像雷達(dá)。

3.1.1 防撞雷達(dá)

防撞雷達(dá)[7]是目前地面無人系統(tǒng)采用的最為廣泛的一種主動型避障手段，通過發(fā)射調(diào)頻連續(xù)波信號，計算接收信號與發(fā)射信號的差頻，即可換算為目標(biāo)距離，在無人平臺的前后安裝或干防撞雷達(dá)，可防止在前進(jìn)后退過程中發(fā)生碰撞。和商用汽車工作于聲波頻段的雷達(dá)不同，微波防撞雷達(dá)的作用距離可達(dá)數(shù)十米，并有多種產(chǎn)品。地面無人系統(tǒng)在早期使用防撞雷達(dá)較多，近些年隨著技術(shù)的發(fā)展，車輛底盤通常集成了聲波防撞雷達(dá)，因此額外加裝微波防撞雷達(dá)逐漸減少。究其原因，主要是防撞雷達(dá)作用距離有限，獲取的信息量較少，無目標(biāo)識別能力，不管是無法跨越的墻壁還是能夠通過的草叢都會報警，因此防撞雷達(dá)常用于室內(nèi)和結(jié)構(gòu)化道路環(huán)境中低速自主行駛。

3.1.2 成像雷達(dá)

成像雷達(dá)[8]是雷達(dá)環(huán)境感知能力的一次提升，成像雷達(dá)主要包括一維成像雷達(dá)、二維成像雷達(dá)和三維成像雷達(dá)。

（1）一維成像雷達(dá)

一維成像雷達(dá)通過發(fā)射寬帶信號，生成前方場景高分辨一維距離像，可獲得障礙的散射強(qiáng)度和距離信息。一維成像雷達(dá)是為了消除近距離盲區(qū)（常規(guī)脈沖雷達(dá)體制存在），通常采用連續(xù)波體制或雙天線收發(fā)體制，具有體積、重量、功耗和成本等方面的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于各型無人地面系統(tǒng)。市場上已有多個商用產(chǎn)品，如美國MSSI公司RaDeKL、德國InnoSenT 公司IVS雷達(dá)系列等。

一維成像雷達(dá)的主要局限性為無角度分辨率，雖然可以獲取目標(biāo)的散射強(qiáng)度用于輔助目標(biāo)鑒別，但信息不充分，障礙探測能力有限，特別是難以探測凹障礙。

（2）二維成像雷達(dá)

二維成像雷達(dá)可提供更為豐富的環(huán)境信息，是目前研究的熱點(diǎn)技術(shù)。車載二維成像雷達(dá)最早用于防坦克地雷，經(jīng)歷了車頂直線軌道、環(huán)形軌道、雙發(fā)射干涉等各種不同雷達(dá)形式的嘗試后，1999年以后基本都采用車頂陣列天線并結(jié)合合成孔徑（SAR）技術(shù)的形式[9]。針對地面無人車輛野外環(huán)境感知，2007年美國陸軍實(shí)驗(yàn)室（ARL） 研制了SIRE系統(tǒng)。

此外，二維成像雷達(dá)還可用于運(yùn)動目標(biāo)指示，獲取目標(biāo)的位置和運(yùn)動參數(shù)，對增強(qiáng)無人駕駛車環(huán)境感知能力具有巨大潛力。例如意大利研制MELISSA系統(tǒng)，它將原有的基于線性軌道二維成像雷達(dá)LISA改進(jìn)成陣列天線體制，顯著提高了雷達(dá)速度，可滿足檢測車輛和人員等運(yùn)動目標(biāo)的需求。該雷達(dá)工作于更高頻段，系統(tǒng)體積更小，可滿足小型地面無人平臺對環(huán)境感知的應(yīng)用需求。

雖然二維成像雷達(dá)具備更高的障礙探測和動目標(biāo)指示能力，但是由于地面場景復(fù)雜，如何正確有效檢測凹凸障礙、并區(qū)分其他自然和人造的物 ，對特征提取、目標(biāo)鑒別等提出了很高的要求，仍然是一項(xiàng)未能完全解決的難題。

（3）三維成像雷達(dá)

三維成像雷達(dá)是可顯著提高無人駕駛平臺環(huán)境感知能力的新型傳感器，是目前研究的前沿技術(shù)。它可為地面無人系統(tǒng)提供地形地貌、障礙位置、障礙類型等更為豐富的環(huán)境信息，對提高平臺的路徑規(guī)劃、障礙探測和自主導(dǎo)航能力具有重要作用，適用于對復(fù)雜野外環(huán)境的感知。

美國Oculii公司研制了一種工作于 Ka波段的三維雷達(dá)，原本的設(shè)計為與光學(xué)相機(jī)相配合用于監(jiān)控高速公路和道路岔口的交通狀態(tài)，由于該雷達(dá)可同時獲取目標(biāo)的三維坐標(biāo)和運(yùn)動速度，與僅提供二維信息的車載雷達(dá)相比具有顯著優(yōu)勢。目前該雷達(dá)主要面向檢測和定位運(yùn)動目標(biāo)，其距離分辨率為1.5m，角度測量精度0.3o，更新頻率為20Hz，同時處理目標(biāo) 為32個，但目前還不能滿足復(fù)雜野外環(huán)境下凸凹障礙探測的需求。

國防科技大學(xué)基于車載前視探地雷達(dá)的研究，利用陣列天線在車輛前進(jìn)過程中形成的平面孔徑，初步實(shí)現(xiàn)了對車輛前方場景進(jìn)行三維成像，成功實(shí)現(xiàn)了對地表目標(biāo)（凸障礙）和埋設(shè)目標(biāo)（凹障礙）的檢測和鑒別，如圖2所示，但高度分辨率還有待進(jìn)一步提高。

3.2 環(huán)境感知雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)

（1）凹障礙探測識別技術(shù)。視覺和激光雷達(dá)對凹障礙的檢測距離很短，難以滿足高速自主駕駛對剎車安全距離的要求。雷達(dá)可以在較遠(yuǎn)的距離檢測到凹障礙，有利于無人駕駛車提前做出決策，進(jìn)而提高其安全性和行車速度。由于問題的特殊性以及復(fù)雜性，長期以來，針對凹障礙探測的研究極少，絕大多數(shù)的研究成果都是基于紅外、立體視覺和激光雷達(dá)傳感器取得的，未見基于微波雷達(dá)的凹障礙探測技術(shù)報道。在雷達(dá)遙感領(lǐng)域，高分辨雷達(dá)成像、自動目標(biāo)識別等技術(shù)的研究成果比較豐富，可在此基礎(chǔ)上探索凹障礙探測的理論、技術(shù)和方法。野外環(huán)境，地形非常復(fù)雜，障礙物在材料組成、尺寸大小、位置姿態(tài)等方面沒有固定形式，且地面的草叢、植被、粗糙土壤等也會形成較強(qiáng)和較大的反射，增大了障礙檢測和識別的難度，如何尋找有效的凹障礙特征、并設(shè)計穩(wěn)健的目標(biāo)識別方法用于區(qū)分自然和人造雜波，是凹障礙探測的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

（2）遠(yuǎn)距離高精度地形測繪技術(shù)。路徑規(guī)劃可分為全局規(guī)劃和局部規(guī)劃，其中全局路線規(guī)劃可利用星載或機(jī)載雷達(dá)獲得的數(shù)字高程圖數(shù)據(jù)對粗略的路徑進(jìn)行設(shè)置，局部路徑規(guī)劃則是在全局規(guī)劃的基礎(chǔ)上，利用車輛本身的地形測繪手段，根據(jù)當(dāng)前地形狀況對預(yù)設(shè)路徑進(jìn)行實(shí)時調(diào)整，使地面無人系統(tǒng)可以安全和快速的到達(dá)預(yù)定區(qū)域，這就要求地面無人系統(tǒng)具備自主地形測繪能力。受地面無人車輛平臺高度的限制，雷達(dá)天線的安裝高度有限，對遠(yuǎn)處目標(biāo)測繪的視角很小，造成地形測繪難以獲得遠(yuǎn)處地形的全面信息。因此如何提高雷達(dá)單次地形測繪精度、并利用平臺運(yùn)動形成的多視角數(shù)據(jù)降低遮擋影響和進(jìn)一步提高精度，是另一項(xiàng)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。

（3）實(shí)時處理技術(shù)。為了提高對小尺寸障礙的識別性能，要求雷達(dá)的分辨率達(dá)到分米量級；另一方面，為了獲得更長的障礙預(yù)警時間，要求雷達(dá)具備較大的作用距離和較高的圖像更新率，因此造成雷達(dá)成像、目標(biāo)檢測和地形測繪的計算量巨大，普通計算平臺難以滿足所需的計算速度。目前實(shí)時信息處理可選方案較多，包括通用高性能服務(wù)器和專用實(shí)時處理器。例如斯坦福大學(xué)的Junior無人駕駛車即采用通用高性能服務(wù)器進(jìn)行實(shí)時處理，如圖3所示。專用實(shí)時處理器主要包括基于DSP 的多核處理板和基于圖形處理器（Graphic Processing Unit， GPU） 的處理板。這些方案在體積、功耗、成本和開發(fā)難度上互不相同，需要根據(jù)地面無人系統(tǒng)的應(yīng)用需求進(jìn)行折中選擇；但不論選擇何種方案，在算法實(shí)現(xiàn)、優(yōu)化和發(fā)揮多核處理器的最大效能等方面，都是需要解決的核心問題，也是地面無人系統(tǒng)實(shí)用化需要突破的關(guān)鍵技術(shù)之一。

（4）車輛運(yùn)動補(bǔ)償和定位技術(shù)。

車輛復(fù)雜運(yùn)動會造成雷達(dá)圖像散焦和序列圖像失配，要求雷達(dá)能夠通過測量設(shè)備或從回波中提取和補(bǔ)償運(yùn)動誤差。地面無人系統(tǒng)的準(zhǔn)確定位是保證其按正確路線完成自主導(dǎo)航、控制任務(wù)的關(guān)鍵，目前常用的定位方法有光纖陀螺、全球定位系統(tǒng)、磁航向儀、車輛里程計等，上述每一種方法均各有優(yōu)點(diǎn)和局限性。環(huán)境感知雷達(dá)可基于雷達(dá)圖像和車輛姿態(tài)測量設(shè)備，實(shí)現(xiàn)同時定位與地圖構(gòu)建（SLAM） 功能，從而滿足地面無人系統(tǒng)對定位的需求。

（5）與常規(guī)傳感器信息融合技術(shù)[10]。

地面無人系統(tǒng)環(huán)境感知是一項(xiàng)難度極高的技術(shù)，目前還沒有任何一種傳感器可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)所有感知功能。環(huán)境感知雷達(dá)作為一種新出現(xiàn)的傳感器，還需要與常規(guī)的可見光/ 紅外相機(jī)、激光雷達(dá)進(jìn)行信息融合才能獲得最佳的綜合性能。這也是國內(nèi)外學(xué)者對地面無人系統(tǒng)環(huán)境感知實(shí)現(xiàn)途徑的共識，例如Stanley 無人車在2005 年DARPA 挑戰(zhàn)賽中，綜合使用了5個激光雷達(dá)、1個遠(yuǎn)距離雷達(dá)系統(tǒng)和1個單目視覺系統(tǒng)；而UGV DEMO III 則使用了更多種類的傳感器，如圖4所示。

但是還需要認(rèn)識到：不同傳感器所獲取圖像的機(jī)理不同，如何配準(zhǔn)多源圖像、保留圖像信息、突出目標(biāo)特征等基礎(chǔ)問題還需要進(jìn)行深入研究。此外包括多源傳感器圖像信息量大，冗余信息多，給車輛傳感器信息的分析和理解帶來極大的困難，其中維數(shù)災(zāi)難是突出的問題之一，因此從高維的海量信息中提取少量的低維特征信息、并且實(shí)現(xiàn)對感興趣目標(biāo)的快速識別與理解是地面無人系統(tǒng)環(huán)境感知的一個基本科學(xué)問題。

4 總結(jié)

無人作戰(zhàn)系統(tǒng)是無人系統(tǒng)發(fā)展過程中的一個重大里程碑，將對未來的軍事作戰(zhàn)方式產(chǎn)生深遠(yuǎn)的乃至革命性的影響。無人作戰(zhàn)系統(tǒng)可分為無人機(jī)系統(tǒng)（UAS）、地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)（UGV）、海上無人作戰(zhàn)系統(tǒng)（UMS），本文主要討論地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)。

地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)是未來陸軍的重要力量，國內(nèi)外都開展了大量的研究[11]。目前來看地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是面向復(fù)雜環(huán)境的應(yīng)用需求，突破新的環(huán)境感知，以及更高級的自主規(guī)劃和多平臺協(xié)同能力。發(fā)展地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)還有多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)需要攻關(guān)，主要包括：（1）自主導(dǎo)航技術(shù)；（2）通信技術(shù)；（3）動力技術(shù)；（4）視覺技術(shù)；（5）系統(tǒng)構(gòu)架技術(shù)；（6）人機(jī)接口技術(shù)；（7）操縱技術(shù)；（8）復(fù)雜地形機(jī)動技術(shù)；（9）載荷技術(shù)。

雷達(dá)作為地面無人系統(tǒng)環(huán)境感知的一種重要傳感器，具有作用距離遠(yuǎn)、不受惡劣環(huán)境因素影響的優(yōu)點(diǎn)，在室內(nèi)環(huán)境、結(jié)構(gòu)化道路和野外環(huán)境感知中均有廣泛應(yīng)用，特別是在遠(yuǎn)距離障礙探測和野外復(fù)雜環(huán)境中，更是一種不可或缺的感知手段。目前國內(nèi)外專門針對地面無人系統(tǒng)環(huán)境感知雷達(dá)的研究較少，主要集中在防撞雷達(dá)和成像雷達(dá)兩個方面。

如果只是直接借用通用偵察監(jiān)視雷達(dá)設(shè)備，往往難以取得理想的效果，因此將微波遙感技術(shù)、人工智能技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)與無人車技術(shù)交叉融合，將能在地面無人系統(tǒng)環(huán)境感知方面取得豐富的原創(chuàng)性成果。地面無人系統(tǒng)在復(fù)雜野外環(huán)境應(yīng)用還面臨許多需要解決的問題，凹障礙探測、地形測繪、運(yùn)動障礙規(guī)避、車輛自主定位等一系列問題還有待進(jìn)一步研究解決。

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