羅雪豐，雷詠春，范 俊

(1.中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001；2.陸軍航空兵研究所，北京 101121)

0 引言

隨著空戰(zhàn)武器和地面防空系統(tǒng)的飛速發(fā)展，直升機(jī)戰(zhàn)場(chǎng)生存環(huán)境愈加惡劣。近年來(lái)美軍直升機(jī)裝備在索馬里戰(zhàn)爭(zhēng)、伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)、阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)中，以及俄羅斯直升機(jī)裝備在敘利亞戰(zhàn)爭(zhēng)中頻頻被敵方采用伏擊戰(zhàn)術(shù)擊毀。為解決伏擊殺傷帶來(lái)的裝備毀傷與飛行員生存問(wèn)題，以美國(guó)為代表的軍事強(qiáng)國(guó)，一方面通過(guò)技術(shù)更新?lián)Q代提升直升機(jī)性能，如升級(jí)傳感器和武器[1]，發(fā)展高速直升機(jī)[2]等；另一方面創(chuàng)新作戰(zhàn)樣式，在裝備無(wú)人化大背景下逐步發(fā)展有人直升機(jī)/無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)能力[3]。

有人/無(wú)人協(xié)同組合思想最早出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代后期，有人直升機(jī)/無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)是這一思想在直升機(jī)裝備領(lǐng)域的延續(xù)：主要利用無(wú)人機(jī)不怕?tīng)奚?、廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，在有人直升機(jī)的指揮控制下，前出 “危險(xiǎn)、臟、累、枯燥”環(huán)境下執(zhí)行偵察、打擊等作戰(zhàn)任務(wù)。有人直升機(jī)/無(wú)人機(jī)協(xié)同既解決了有人直升機(jī)裝備作戰(zhàn)易被伏擊殺傷的問(wèn)題，同時(shí)將兩種作戰(zhàn)平臺(tái)融為一體最大化提升了體系化作戰(zhàn)效能。

文中對(duì)國(guó)外有人直升機(jī)與無(wú)人機(jī)協(xié)同研究的總體情況、詳細(xì)發(fā)展歷程進(jìn)行了介紹。此外，有人直升機(jī)與無(wú)人機(jī)協(xié)同中的首要問(wèn)題是如何有效降低有人直升機(jī)上無(wú)人機(jī)指控員的工作負(fù)荷，對(duì)于相關(guān)的人機(jī)工效優(yōu)化、數(shù)據(jù)融合與輔助決策技術(shù)等專(zhuān)項(xiàng)研究，以及協(xié)同后的效能評(píng)估研究進(jìn)行了綜合論述。

1 總體情況

通過(guò)公開(kāi)資料調(diào)研統(tǒng)計(jì)的國(guó)外有人直升機(jī)/無(wú)人機(jī)協(xié)同研究項(xiàng)目占比分布情況如圖1所示，美國(guó)占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位。其中美國(guó)陸軍對(duì)于有人直升機(jī)/無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)研究占比最大；德國(guó)和法國(guó)各開(kāi)展了1項(xiàng)演示驗(yàn)證項(xiàng)目。

圖1 國(guó)外有人直升機(jī)/無(wú)人機(jī)協(xié)同總體情況

在降低飛行員指揮控制無(wú)人機(jī)的工作負(fù)荷研究方面，主要包括兩方面的專(zhuān)題研究：人機(jī)工效優(yōu)化、數(shù)據(jù)融合與輔助決策。其中人機(jī)工效方面德國(guó)慕尼黑大學(xué)開(kāi)展了1項(xiàng)模擬器評(píng)估與1項(xiàng)飛行仿真試驗(yàn)；其余研究均為美國(guó)相關(guān)機(jī)構(gòu)完成。

2 美國(guó)陸軍有人直升機(jī)/無(wú)人機(jī)協(xié)同研究歷程

美陸軍有人直升機(jī)/無(wú)人機(jī)協(xié)同研究可分為三個(gè)階段：概念研究與演示驗(yàn)證階段，主要完成概念研究、需求分析、效能仿真與評(píng)估、關(guān)鍵技術(shù)與協(xié)同作戰(zhàn)樣式演示驗(yàn)證；工程研發(fā)階段，研制可批量列裝美陸軍現(xiàn)役直升機(jī)裝備的協(xié)同控制組件；服役與戰(zhàn)法演訓(xùn)階段，完成部隊(duì)編組與戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法訓(xùn)練。

2.1 概念研究與演示驗(yàn)證階段

由于處于起步階段，美陸軍內(nèi)部對(duì)于發(fā)展有人直升機(jī)/無(wú)人機(jī)協(xié)同新型作戰(zhàn)樣式經(jīng)歷了長(zhǎng)期的爭(zhēng)辯質(zhì)疑，然后通過(guò)仿真與試飛演示證明效能提升的迭代發(fā)展過(guò)程。

美陸軍概念研究與演示驗(yàn)證階段項(xiàng)目的發(fā)展歷程如圖2所示。

圖2 美陸軍概念研究與演示驗(yàn)證階段項(xiàng)目發(fā)展歷程

2.1.1 概念研討

1993年，為了有效解決陸軍航空兵直升機(jī)在戰(zhàn)場(chǎng)上不斷發(fā)生傷亡事故的問(wèn)題，提高陸軍航空兵的任務(wù)能力和生存能力，美國(guó)空中機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)室提出了“基于編隊(duì)的有人無(wú)人航空平臺(tái)系統(tǒng)能力”先進(jìn)概念，并命名為“Bird Dog(捕鳥(niǎo)獵犬)[4]”，意指由無(wú)人機(jī)充當(dāng)獵人(即有人直升機(jī))的“捕鳥(niǎo)獵犬”深入危險(xiǎn)或隱蔽區(qū)域執(zhí)行偵察或打擊任務(wù)。

與此同時(shí)，美軍“科曼奇”直升機(jī)研制項(xiàng)目正穩(wěn)步推進(jìn)，期間美軍內(nèi)部對(duì)于無(wú)人機(jī)能否完全取代“科曼奇”的作戰(zhàn)角色的爭(zhēng)論非常激烈[5]。通過(guò)對(duì)兩種平臺(tái)在執(zhí)行偵察任務(wù)中的生存力、殺傷力、反應(yīng)力三個(gè)維度的效能和效率對(duì)比得出結(jié)論：“軍方需要集成兩種作戰(zhàn)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，有人直升機(jī)/無(wú)人機(jī)協(xié)同編隊(duì)是陸軍航空兵未來(lái)發(fā)展的正確方向”。

2.1.2 協(xié)同作戰(zhàn)樣式演示驗(yàn)證

1996年，美國(guó)陸軍航空應(yīng)用技術(shù)處與波音公司啟動(dòng)了“機(jī)載有人/無(wú)人系統(tǒng)技術(shù)[4]”研究，項(xiàng)目分三個(gè)階段開(kāi)展：第一個(gè)階段完成了有人機(jī)/無(wú)人機(jī)協(xié)同功能需求定義、關(guān)鍵技術(shù)識(shí)別、效能仿真評(píng)估；第二個(gè)階段開(kāi)展了“‘獵人’無(wú)人機(jī)偵察視頻圖像回傳‘阿帕奇’武裝直升機(jī)，‘阿帕奇’武裝直升機(jī)操控‘獵人’無(wú)人機(jī)傳感器”的協(xié)同能力演示驗(yàn)證；第三階段針對(duì)陸軍航空兵空中突擊典型編組進(jìn)行了“獵人無(wú)人偵察機(jī)、‘阿帕奇’武裝直升機(jī)和‘黑鷹’指揮直升機(jī)”協(xié)同作戰(zhàn)中互聯(lián)互通能力演示驗(yàn)證，確保戰(zhàn)場(chǎng)指揮官能夠?qū)Σ煌?lèi)型的空中作戰(zhàn)編隊(duì)進(jìn)行指揮，并對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行控制和指揮。

隨著“有人直升機(jī)/無(wú)人機(jī)”協(xié)同作戰(zhàn)概念的推廣，貝爾直升機(jī)公司于1997年自籌資金開(kāi)展了“先進(jìn)航空偵察系統(tǒng)[6]”研究，旨在用無(wú)人偵察機(jī)(命名“Remote bold eagle(遠(yuǎn)方白頭雕)”)拓展有人偵察直升機(jī)對(duì)動(dòng)態(tài)變化戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)或者數(shù)量占優(yōu)的敵軍、以及惡劣氣象條件下的偵察能力，執(zhí)行導(dǎo)引、探雷、遠(yuǎn)程激光指示、數(shù)據(jù)收集、目標(biāo)探測(cè)、專(zhuān)用武器發(fā)射等任務(wù)。2001年，美國(guó)陸軍航空應(yīng)用技術(shù)處組織了“軍用小型垂直起降無(wú)人機(jī)測(cè)試集成項(xiàng)目[7]”研究,由UH-1有人直升機(jī)與“Vigilant(保安官)”無(wú)人直升機(jī)組成演示驗(yàn)證系統(tǒng)，完成“運(yùn)輸直升機(jī)之保安官”概念研究。2002年，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究項(xiàng)目署DARPA聯(lián)合諾·格公司、洛·馬公司研究和開(kāi)發(fā)代替有人駕駛偵察直升機(jī)與有人武裝直升機(jī)作戰(zhàn)編隊(duì)的有人直升機(jī)與無(wú)人武裝直升機(jī)組成的空中機(jī)動(dòng)編隊(duì)[8]，項(xiàng)目由于航空器自主性和協(xié)作能力以及項(xiàng)目定位方面的問(wèn)題于2005年取消。2001年開(kāi)展的“獵人遠(yuǎn)距殺傷編隊(duì)[9]”先進(jìn)概念技術(shù)驗(yàn)證項(xiàng)目是機(jī)載有人/無(wú)人系統(tǒng)技術(shù)的延伸，并對(duì)武裝直升機(jī)認(rèn)知決策輔助和目標(biāo)精確瞄準(zhǔn)技術(shù)展開(kāi)了深入研究。

2.2 工程研發(fā)階段

美陸軍技術(shù)開(kāi)發(fā)階段項(xiàng)目的發(fā)展歷程如圖3所示。

圖3 美陸軍技術(shù)開(kāi)發(fā)階段項(xiàng)目發(fā)展歷程

為使“黑鷹”指揮直升機(jī)具備與無(wú)人機(jī)協(xié)同的能力，美軍在20世紀(jì)90年代直升機(jī)駕駛員助手技術(shù)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了移動(dòng)指揮官助手系統(tǒng)[10]，嵌入原機(jī)配裝的陸軍機(jī)載指揮和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)4級(jí)互操作控制能力。而此時(shí)的現(xiàn)役武裝直升機(jī)航電體系架構(gòu)技術(shù)狀態(tài)差別太大，直接影響到多平臺(tái)聯(lián)合作戰(zhàn)的協(xié)同能力以及對(duì)無(wú)人機(jī)的互操作能力。同時(shí)，為了降低后續(xù)協(xié)同能力改型升級(jí)的成本，美國(guó)陸軍航空應(yīng)用技術(shù)管理局在CAAS、ROSA等航電架構(gòu)研究的基礎(chǔ)上，提出了有人直升機(jī)/無(wú)人機(jī)通用架構(gòu)計(jì)劃[11]，旨在開(kāi)發(fā)一種開(kāi)放式航空電子系統(tǒng)架構(gòu)和處理器結(jié)構(gòu)，使其能根據(jù)任務(wù)需求，通過(guò)模塊化即插即用方式實(shí)現(xiàn)快速升級(jí)或者功能擴(kuò)展。

2006年，“機(jī)載有人/無(wú)人系統(tǒng)技術(shù)”與“獵人遠(yuǎn)距殺傷編隊(duì)”項(xiàng)目結(jié)束后，美國(guó)陸軍以這兩項(xiàng)研究取得的成果為基礎(chǔ)，開(kāi)始發(fā)展一種更接近實(shí)用化的系統(tǒng)，包括為現(xiàn)役“阿帕奇”AH-64D Block I、II開(kāi)發(fā)2級(jí)控制能力[12]的協(xié)同指控改裝套件。2011年，進(jìn)一步升級(jí)數(shù)據(jù)鏈組件和指控系統(tǒng)之后開(kāi)發(fā)了4級(jí)指控能力的組件[13]，配裝此協(xié)同指控組件的“阿帕奇”直升機(jī)升級(jí)到Block III狀態(tài)。同年9月，為了驗(yàn)證未來(lái)多平臺(tái)聯(lián)網(wǎng)作戰(zhàn)的設(shè)想以及各作戰(zhàn)平臺(tái)之間的互操作和互聯(lián)能力，美國(guó)陸軍航空項(xiàng)目執(zhí)行辦公室發(fā)起了規(guī)模最大的有人無(wú)人系統(tǒng)綜合能力演示驗(yàn)證項(xiàng)目[14]。演習(xí)結(jié)果表明，混合編組后協(xié)同作戰(zhàn)使得有人直升機(jī)和無(wú)人機(jī)平臺(tái)的作戰(zhàn)能力都得到了提升。

2.3 服役與戰(zhàn)法演訓(xùn)階段

美陸軍部隊(duì)?wèi)?yīng)用階段項(xiàng)目發(fā)展歷程如圖4所示。

2014 年8 月，美陸軍航空計(jì)劃執(zhí)行辦公室在阿拉巴馬州的紅石兵工廠和加利福尼亞州的飛行測(cè)試中心成功完成了AH-64E“阿帕奇”武裝直升機(jī)同時(shí)控制“灰鷹”無(wú)人機(jī)和“影子”無(wú)人機(jī)執(zhí)行任務(wù)的測(cè)試[15]。與此同時(shí)，美陸軍發(fā)布了2025年部隊(duì)未來(lái)發(fā)展路線規(guī)劃[16]，隨著OH-58D“基奧瓦”武裝偵察直升機(jī)的逐步退役，美國(guó)陸軍已決定組建有人直升機(jī)/無(wú)人機(jī)混編陸航營(yíng)：為現(xiàn)役師屬戰(zhàn)斗航空旅的攻擊直升機(jī)營(yíng)編配24架AH-64E直升機(jī)和1個(gè)“灰鷹”遠(yuǎn)程多功能無(wú)人機(jī)系統(tǒng)連；為重型攻擊偵察營(yíng)編配24架AH-64E直升機(jī)和3個(gè)“影子”200無(wú)人機(jī)系統(tǒng)排。首個(gè)重型攻擊偵察營(yíng)于2015年發(fā)布陸軍航空重組計(jì)劃之后組建完畢。

圖4 美陸軍部隊(duì)?wèi)?yīng)用階段項(xiàng)目發(fā)展歷程

2016年10月，美陸軍第82空中戰(zhàn)斗旅第1偵搜攻擊營(yíng)的AH-64D武裝直升機(jī)與第三旅級(jí)戰(zhàn)斗隊(duì)偵察排的“影子”無(wú)人機(jī)首次進(jìn)行貼地飛行協(xié)同戰(zhàn)法演練[17]。隨著AH-64E直升機(jī)4級(jí)協(xié)同作戰(zhàn)能力的成功服役，陸軍希望將技術(shù)推廣到其他的無(wú)人航空系統(tǒng)，并且讓“黑鷹”或“支奴干”直升機(jī)上的士兵能夠使用協(xié)同終端設(shè)備遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)接收?qǐng)?zhí)行任務(wù)所需的情報(bào)數(shù)據(jù)，這樣步兵在其到達(dá)著陸區(qū)域之前就能夠?qū)ψ鲬?zhàn)地形有所了解。

3 美國(guó)海軍有人直升機(jī)/無(wú)人機(jī)協(xié)同的研究歷程

美國(guó)海軍從20世紀(jì)90年代初開(kāi)始研究有人機(jī)/無(wú)人機(jī)協(xié)同應(yīng)用技術(shù)，其中直升機(jī)與固定翼機(jī)種類(lèi)別協(xié)同各占一半。美海軍有人/無(wú)人協(xié)同項(xiàng)目的發(fā)展歷程如圖5所示。

圖5 美海軍有人/無(wú)人協(xié)同項(xiàng)目發(fā)展歷程

3.1 通用控制站與協(xié)同鏈開(kāi)發(fā)

1997年，美國(guó)開(kāi)展戰(zhàn)術(shù)控制系統(tǒng)研制計(jì)劃，以解決美軍聯(lián)合需求監(jiān)督委員會(huì)提出的需求——研制通用型地面接收、處理與控制系統(tǒng)，以確保“捕食者”大型無(wú)人機(jī)、“先驅(qū)者”小型無(wú)人機(jī)以及未來(lái)戰(zhàn)術(shù)無(wú)人機(jī)的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)間互通。原計(jì)劃統(tǒng)一海陸空三軍的無(wú)人機(jī)控制站，后因推廣難度，主要應(yīng)用于海軍。2003年，美海軍一架搭載戰(zhàn)術(shù)控制系統(tǒng)的P-3C飛機(jī)演示了對(duì)一架“火力偵察兵”無(wú)人直升機(jī)的5級(jí)控制，包括發(fā)射、控制和回收[18]。

2008年，美國(guó)海軍完成了AH-1W攻擊直升機(jī)配裝以色列Elbit公司設(shè)計(jì)的戰(zhàn)術(shù)視頻數(shù)據(jù)鏈[8]，并演示了從無(wú)人機(jī)接收視頻和目標(biāo)數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至其他飛機(jī)或地面站的協(xié)同作戰(zhàn)能力。

3.2 服役測(cè)試與部署

2012年，美海軍提出無(wú)人機(jī)通用控制系統(tǒng)架構(gòu)[18]，旨在實(shí)現(xiàn)有人機(jī)、地面部隊(duì)、航母等有人平臺(tái)對(duì)“火力偵察兵”無(wú)人直升機(jī)、下一代無(wú)人隱身戰(zhàn)斗機(jī)等無(wú)人機(jī)的分布式通用化協(xié)同互操作。2013年，美國(guó)海軍組建了由8架“海鷹”直升機(jī)和10架“火力偵察兵”無(wú)人偵察機(jī)組成的混合編隊(duì)[14]，搭載于海軍新型瀕海戰(zhàn)斗艦。2014年5月，美國(guó)海軍在“自由”號(hào)瀕海戰(zhàn)斗艦上成功完成“火力偵察兵”無(wú)人直升機(jī)與“海鷹”直升機(jī)聯(lián)合飛行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：“火力偵察兵”裝載的戰(zhàn)術(shù)合成孔徑雷達(dá)可在惡劣環(huán)境(如灰塵、煙霧、遮擋物)條件下對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)進(jìn)行高分辨率實(shí)時(shí)成像，探測(cè)活動(dòng)目標(biāo)，具有覆蓋戰(zhàn)場(chǎng)全域的全時(shí)作戰(zhàn)能力，并可以持續(xù)地向“海鷹”直升機(jī)飛行員和瀕海戰(zhàn)斗艦操作人員提供戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的關(guān)鍵信息，提供精確瞄準(zhǔn)能力保障，確保其免受海上威脅。

2014年11月，第35直升機(jī)海上打擊中隊(duì)1架“海鷹”直升機(jī)和1架“火力偵察兵”無(wú)人直升機(jī)開(kāi)始部署在西太平洋上的濱海戰(zhàn)斗艦上，后者將提供對(duì)于“海鷹”直升機(jī)航程和續(xù)航時(shí)間的拓展從而增強(qiáng)其海上態(tài)勢(shì)感知能力。該混合協(xié)同編隊(duì)成為該瀕海戰(zhàn)斗艦對(duì)面作戰(zhàn)、反潛作戰(zhàn)和反水雷任務(wù)包的關(guān)鍵構(gòu)成部分。

4 德國(guó)和法國(guó)有人直升機(jī)/無(wú)人機(jī)協(xié)同的研究情況

2012年，德國(guó)陸軍航空戰(zhàn)斗發(fā)展部與ESG公司聯(lián)合開(kāi)展了有人直升機(jī)/無(wú)人機(jī)協(xié)同研究項(xiàng)目[19]。項(xiàng)目搭建了半物理仿真平臺(tái)，讓陸軍飛行員評(píng)估了“虎”式攻擊直升機(jī)座艙內(nèi)控制無(wú)人機(jī)以及運(yùn)輸直升機(jī)上的專(zhuān)用控制站控制無(wú)人機(jī)的效果，得到結(jié)論：有人直升機(jī)/無(wú)人機(jī)協(xié)同能顯著降低飛行員和乘員的風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)飛行編隊(duì)內(nèi)所有成員的態(tài)勢(shì)感知能力，降低工作負(fù)荷，保護(hù)有價(jià)值系統(tǒng)。該項(xiàng)目還使用UH-1D運(yùn)輸直升機(jī)和一架無(wú)人直升機(jī)開(kāi)展了試飛演示(見(jiàn)圖6)。

圖6 德國(guó)協(xié)同研究項(xiàng)目試飛演示使用的

2014年4月，法國(guó)空客直升機(jī)公司的H145運(yùn)輸直升機(jī)與Schiebel公司的S-100無(wú)人直升機(jī)完成了協(xié)同作戰(zhàn)飛行試驗(yàn)[20]。此次試飛中達(dá)到了5級(jí)協(xié)同控制等級(jí)，S-100無(wú)人直升機(jī)由H145直升機(jī)后艙的操作手操控飛行，演示場(chǎng)景包括對(duì)常規(guī)直升機(jī)無(wú)法發(fā)現(xiàn)的隱蔽物體的識(shí)別，以及無(wú)人機(jī)的操作短時(shí)轉(zhuǎn)移到地面控制站控制的權(quán)限交接，以模擬有人直升機(jī)返回地面加油補(bǔ)給。

5 有人直升機(jī)/無(wú)人機(jī)協(xié)同支撐課題專(zhuān)項(xiàng)研究

有人直升機(jī)/無(wú)人機(jī)協(xié)同首先需要解決有人直升機(jī)上無(wú)人機(jī)指控員的工作負(fù)荷問(wèn)題，涉及到協(xié)同人因評(píng)估與工效優(yōu)化研究、態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)融合與輔助決策技術(shù)開(kāi)發(fā)兩個(gè)方面。此外，還包括協(xié)同后的效能評(píng)估與驗(yàn)證研究。這些問(wèn)題以專(zhuān)項(xiàng)形式另由高校等科研機(jī)構(gòu)完成以支撐有人直升機(jī)/無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)的發(fā)展。

5.1 人因評(píng)估與工效優(yōu)化

2006年的綜合人因評(píng)估研究[8]中，美國(guó)航空氣動(dòng)力學(xué)協(xié)會(huì)聯(lián)合美國(guó)軍方航空與導(dǎo)彈研究研制中心等4家單位開(kāi)展仿真試驗(yàn)，評(píng)估有人直升機(jī)/無(wú)人機(jī)編隊(duì)的人機(jī)工效和負(fù)荷。試驗(yàn)中邀請(qǐng)了7名飛行員測(cè)試了24種任務(wù)條件下控制2架無(wú)人機(jī)并接收其數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度和反應(yīng)時(shí)間、目標(biāo)識(shí)別數(shù)量、傳感器效能和傳感器有效性。試驗(yàn)記錄了飛行員負(fù)荷度和生理狀態(tài)，并對(duì)飛行員進(jìn)行了采訪。在“1控1”條件下對(duì)無(wú)人機(jī)控制界面進(jìn)行了主觀評(píng)分和客觀數(shù)據(jù)記錄；對(duì)于“1控2”或“1控多”條件下執(zhí)行任務(wù)的評(píng)估結(jié)論則認(rèn)為需要改進(jìn)現(xiàn)有的駕駛艙及顯示界面設(shè)計(jì)。

2008年2月開(kāi)始，美國(guó)軍事學(xué)院人因工程系開(kāi)展了配裝2級(jí)協(xié)同指控能力組件的“阿帕奇”武裝直升機(jī)/無(wú)人機(jī)混合編隊(duì)的飛行員負(fù)荷評(píng)估[21]，主要目的是利用模擬器評(píng)估“阿帕奇”直升機(jī)機(jī)組在執(zhí)行任務(wù)條件下(2級(jí)控制等級(jí))接收視頻時(shí)的操作負(fù)荷。分析和收集了參與測(cè)試的8名飛行員的負(fù)荷、態(tài)勢(shì)感知、機(jī)組協(xié)調(diào)、指控站接口、傳感器源切換、飛行員生理狀態(tài)(如凝視時(shí)間、頭眼注視、音視頻顯示、戰(zhàn)術(shù)/技術(shù)/操作程序等)數(shù)據(jù)。此外，還聘請(qǐng)了專(zhuān)家觀察每一項(xiàng)任務(wù)下的飛行員負(fù)荷、機(jī)組態(tài)勢(shì)感知狀態(tài)、機(jī)組協(xié)調(diào)和任務(wù)成功度。飛行員反饋執(zhí)行任務(wù)期間負(fù)荷可接受，在執(zhí)行任務(wù)期間具備中等水平的態(tài)勢(shì)感知能力；對(duì)無(wú)人機(jī)傳感器的操控雖然增加了其負(fù)擔(dān)，但其帶來(lái)的態(tài)勢(shì)感知能力減輕了探測(cè)目標(biāo)和開(kāi)火時(shí)的負(fù)擔(dān)，縮減了整體交戰(zhàn)時(shí)間。對(duì)于無(wú)人機(jī)指揮控制界面，大多數(shù)飛行員的反饋是可用，但需要優(yōu)化提升整體使用效能。

2011年，美國(guó)航空氣動(dòng)力學(xué)協(xié)會(huì)利用“阿帕奇”武裝直升機(jī)仿真模擬器研究駕駛艙無(wú)人機(jī)授權(quán)控制的效能。測(cè)試了3種無(wú)人機(jī)控制方式(4級(jí)控制等級(jí))：無(wú)人機(jī)按照規(guī)劃航線自動(dòng)飛行、人工航路點(diǎn)編輯飛行控制、手動(dòng)操控?zé)o人機(jī)飛行。試驗(yàn)結(jié)果表明，航線自動(dòng)飛行顯著減輕了飛行員負(fù)荷，增加了執(zhí)行主要任務(wù)的效能。

2011-2013年，德國(guó)慕尼黑德國(guó)國(guó)防大學(xué)飛行系統(tǒng)學(xué)院航空工程系利用直升機(jī)任務(wù)模擬器進(jìn)行綜合評(píng)估[8]。邀請(qǐng)?jiān)囼?yàn)人員在試驗(yàn)原型上進(jìn)行了飛行員控制多架戰(zhàn)斗無(wú)人機(jī)的人在環(huán)路仿真測(cè)試，試驗(yàn)未收集數(shù)據(jù)。

5.2 數(shù)據(jù)融合與輔助決策

美國(guó)早在1986-1996年間開(kāi)展了持續(xù)的理論基礎(chǔ)研究—“基于認(rèn)知理論的有人無(wú)人協(xié)同技術(shù)[22]”：以認(rèn)知理論為指導(dǎo)，設(shè)計(jì)指控操作界面和人機(jī)相適應(yīng)的交互架構(gòu)，研究無(wú)人機(jī)操作員輔助系統(tǒng)模型以及多無(wú)人機(jī)任務(wù)管理仿真評(píng)估。

針對(duì)“阿帕奇”武裝直升機(jī)研發(fā)的戰(zhàn)斗助手輔助軟件[9]旨在通過(guò)提高機(jī)組人員的態(tài)勢(shì)感知能力來(lái)增強(qiáng)有人直升機(jī)的生存能力。戰(zhàn)斗助手軟件主要處理操作量密集的任務(wù)，使駕駛員集中于作戰(zhàn)規(guī)劃和戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用之類(lèi)的高層次任務(wù)上，包括下列子模塊：航路規(guī)劃與評(píng)估、傳感器覆蓋與監(jiān)視、數(shù)據(jù)融合、無(wú)人機(jī)控制、火力攻擊。

為“黑鷹”指揮直升機(jī)無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)而開(kāi)發(fā)的移動(dòng)指揮官助手輔助軟件[10]通過(guò)對(duì)機(jī)內(nèi)外多源傳感器信息的綜合處理，生成統(tǒng)一戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，根據(jù)相關(guān)的作戰(zhàn)規(guī)則完成在線任務(wù)規(guī)劃，并發(fā)出提示，輔助駕駛員高效完成任務(wù)。其關(guān)鍵在于有人直升機(jī)上無(wú)人機(jī)操作人員的決策支援、數(shù)據(jù)融合和智能數(shù)據(jù)挖掘，以及控制和顯示子系統(tǒng)。

為地面單兵終端OSRVT地面站開(kāi)發(fā)的“FUSE數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)”采用了多信息源傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)，通過(guò)軟硬件設(shè)備融合了大量信息源(如地面移動(dòng)目標(biāo)指示器數(shù)據(jù)、光電傳感器、紅外傳感器和合成孔徑雷達(dá)信號(hào))，并將這些信息顯示在同一張地圖上，從而有效地利用了無(wú)人系統(tǒng)的傳感器信息。其關(guān)鍵技術(shù)包括多源信息融合、分布式處理、智能數(shù)據(jù)共享、無(wú)人機(jī)通用地面站及無(wú)人機(jī)與其他系統(tǒng)間的協(xié)同操作等。

5.3 效能評(píng)估與驗(yàn)證

美國(guó)開(kāi)展的效能評(píng)估的項(xiàng)目主要有兩個(gè)：“機(jī)載有人/無(wú)人系統(tǒng)技術(shù)”和“RAH-66‘科曼奇’有人/無(wú)人機(jī)能力開(kāi)發(fā)”，兩個(gè)項(xiàng)目都開(kāi)展試飛演示對(duì)比評(píng)估，其中機(jī)載有人/無(wú)人系統(tǒng)技術(shù)項(xiàng)目還開(kāi)展了前期的仿真試驗(yàn)評(píng)估。

機(jī)載有人/無(wú)人系統(tǒng)技術(shù)仿真效能評(píng)估得到的結(jié)論是[4]：

1) 在不影響偵察效果的前提下，執(zhí)行戰(zhàn)術(shù)偵察任務(wù)的時(shí)間平均縮短了10%；

2) 識(shí)別目標(biāo)的數(shù)據(jù)量增加了15%；

3) 傳輸給指揮官的關(guān)鍵信息量增加了30%；

4) 報(bào)告的高價(jià)值目標(biāo)數(shù)據(jù)量增加了20%；

5) 機(jī)載人員生存性增加25%以上；

6) 武器系統(tǒng)殺傷力增加50%以上。

美國(guó)空中機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)室的有人/無(wú)人協(xié)同作戰(zhàn)能力評(píng)估的結(jié)論是[5]：

1) 完成戰(zhàn)術(shù)偵察任務(wù)所需的時(shí)間縮短了10%；

2) 識(shí)別和上報(bào)高價(jià)值目標(biāo)的數(shù)量增加了15%；

3) 提供給指揮官的關(guān)鍵信息量增加了30%。

機(jī)載有人/無(wú)人系統(tǒng)技術(shù)和RAH-66有人無(wú)人協(xié)同能力開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中進(jìn)行的演示試飛對(duì)比評(píng)估結(jié)論均表明：有人/無(wú)人混合協(xié)同編隊(duì)增加了機(jī)組的態(tài)勢(shì)感知能力，態(tài)勢(shì)輔助軟件能有效降低機(jī)組的實(shí)際管理負(fù)荷。

6 結(jié)束語(yǔ)

美軍長(zhǎng)達(dá)二十余年的研究和實(shí)踐應(yīng)用已經(jīng)證明發(fā)展有人直升機(jī)/無(wú)人機(jī)混合協(xié)同作戰(zhàn)能力是解決直升機(jī)裝備作戰(zhàn)目前所面臨問(wèn)題的有效途徑之一。同時(shí)美軍的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明：有人直升機(jī)/無(wú)人機(jī)協(xié)同體系龐大，技術(shù)復(fù)雜，發(fā)展有人直升機(jī)/無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)能力需要清晰的頂層概念和規(guī)劃來(lái)引領(lǐng)系列項(xiàng)目的有序組織開(kāi)展。