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国外下一代无人机系统的指挥和控制方法连州

文章来源:立帆五金网  |  2022-12-20

国外下一代无人机系统的指挥和控制方法

国外下一代无人机系统的指挥和控制方法 2011: 1. 引言一直以来,无人机的操作需要人类的适当参与。例如,一架"捕食者"无人机在执行任务时通常需要4名操作员来对其进行控制,有的时候甚至更多。而更多的诸如"火力侦察兵"之类的现代无人机系统虽然可以提供更高级别的自主能力,但需要的人/机比例仍然较高。所以,未来无人系统指挥和控制系统(C2)的发展趋势就是转化这些比例,希望能以更少的操作员控制更多的无人机。而这也将使得每个操作员承担的工作量增多,给目前的操作员接口方法带来压力。通过增加每架无人机的自主能力来缓解操作员的工作负荷是一种方法。但是,即使未来概念系统将拥有更加智能化的自主能力,如果操作员接口技术没有改进的话,操作员对于管理和指挥这些系统的认知需求不会大幅度地下降,因为智能化的自主无人机系统将会比之前的自主能力较低的无人机系统产生更多的包括状态、感知、操作反馈在内的数据。因此,随着无人机系统自主能力向更高级别的转移,操作员所承受的压力也在随之增大。每个操作员所控制的无人机系统的自主级别和数量不是无人机系统C2所要面临的唯一挑战。因为军方在不断采购新的无人机系统的同时还在继续使用老型无人机系统,系统操作员还面临着同时控制由不同型号的无人机系统所组成的混合系统的挑战。接下来,本文将对无人机系统C2接口设计人员所致力发展的技术和模式,以及这些变化给无人机系统操作所带来的包括工作量等在内的影响予以介绍。 2. 操作模式自1988和告警类型的持续认知。触觉设备可穿的特性使得他们可以非常方便地与空间通常受限的现代操作域综合,如飞机座舱和地面车辆驾驶室,且附带影响很小。随着技术的进步,这些设备将变得越来越美观,越来越舒适,他们的告警"语言"也将越来越标准化。 3.4 便携式显示器随着有机控制范式在无人机系统中的进一步应用,未来无人军用飞机将把控制权将交到有人飞机和步兵手中,并与他们协同作战。因此,应用于这些飞机的控制接口必须是便携式的,并能随未来军队向前移动的。开发便携式的应用于军事方面的计算程序是近期工业创新的焦点。蜂窝式电话、先进的个人电脑等方面技术的创新已经创造出了刻画现代世界的"普适计算"(Ubiquit·us c·mputing)环境,并驱动着工业信息技术市场的飞速发展。这种环境给信息用户提供了在任何时间、任何地点都可以获取和使用信息的机动性。由于士兵本身所固有的机动性,国防工业必须为无人机系统C2接口提供适用于"普适计算"特性的机制,尤其是那些服务于有机控制模式的机制。对于接口设计者来说,有许多可用的相关技术,其中包括:移动地图技术,给军事指挥官提供指挥战场上多种部队的战略军事能力,并让他们时刻保持对其部队的态势感知;满足现代士兵需求的便携式耐用设备,给操作员提供一种在作战环境中与全球信息网络进行通信的方式。战术医疗通信技术和远程诊断技术已经极大地促进了这些设备的发展。这些设备所能提供的移动能力允许一名士兵在移动状态下直接和无人机系统进行交互。 4 .信息管理尽管接收命令和传输信息的方式是创建一个无人机系统C2接口的关键因素,但是对于一个操作员来说,C2接口下所具有的功能对于设计人员来说同样重要。无人机系统和操作员之间的信息流以及信息流里所包含信息的类型,都必须满足所选交互方式的特征要求。搭建一个能够帮助操作员保持态势感知和在利用无人机系统自主性的同时对其保持控制的接口信息系统是研究人员必须面临的一个挑战。 4.1 控制模式无人机系统的管理方法大致可分为直接控制、同意管理(management by c·nsent)和例外管理(management by excepti·n)3种形式。直接控制就是由操作员做出决策,这是目前最普遍使用的模式。尽管该模式因具有最为人们所熟悉以及对无人机的良好控制等特性而最令人信任,但想通过该模式同时控制多架无人机系统却是难以实现的,因为操作员无法应付因无人机系统数量的增加而带来的额外的工作量。而且,该模式也无法利用任务计划等近期发展起来的可以减少操作员工作量的先进技术。无人机系统一旦开始使用智能自主技术,研究人员所需要面对的难题之一就是决定在系统制定决策的过程有多少是由操作员来直接参与的。这里有2种截然不同的观点:(1)无人机系统在采取任何措施之前,操作员必须先对系统自主决策进行确认(同意管理);(2)无人机系统可以自行开始执行决策,但是与此同时,如果操作员不认同该决策的话,可以中断执行过程(例外管理)。研究已经表明同意管理方式可以获得更多的初始信任,但是如果涉及到多架无人机系统的话,采用例外管理可以更好地降低操作员的工作量,并使得操作员不再成为妨碍系统性能的最大瓶颈。但是,有一些决策根据作战规则是不能由系统来决定的。例如,武器必须在操作员明确授权之后才可以投放,在此之前系统不能采取任何措施。尽管不同研究对每种管理方法的特殊性能和对工作负荷的影响都持不同的看法,但最终结果很大程度上还是取决于无人机系统的自动化程度和所需控制的无人机系统的数量。操作员控制的无人机系统的数量越多,操作员所需承担的工作量就越大,操作员的效能也会相应下降。总的来说,由于操作员无需一直监视无人机系统,例外管理在操作员态势感知方面的能力低于同意管理。无论采取那种管理方法,无人机系统在制定决策时都必须是正确的,这样操作员就无需再去仔细分析每个决策,尤其是许多决策对时间要求非常严格,关系着任务的成败与否。除了直接控制模式,自主无人机C2接口设计人员并不仅限于例外管理和同意管理这两种管理策略。若将这两种自动管理方法综合起来,采取混合管理方法的话将能更好地发挥他们的性能。如果任务需要尽快采取行动,且系统的自主决策可信赖,例外管理是一个更好的选择。如果任务的作战规则或自动操作的精确度需求明确核准的话,同意管理是一个更好的选择。如果能创建一个同时支持两种模式的系统,那么系统就可以动态配置,根据任务或决策的类型分配相应的管理模式。一个经论证非常有效可行的方法就是在任何情况下,无人机系统在即将开始执行更新计划时,如果操作员没在规定的短时间范围内采取行动,那么就给系统决策提供自动许可证,除非作战规则禁止。而在明显需要操作员授权的情况下,系统不激活自动许可计时器,在操作员同意之前不执行任何动作。 4.2 中断管理未来多机作战概念意味着未来无人机系统操作员必须身兼多职。不断呼入的无人机系统的状态和任务信息就是对操作员发出的告警信号,操作员必须中断正在进行的工作去对它们进行处理。而中断对操作员的工作量和工作效率都会带来危害。为了预防中断所带来的不好影响,必须有一个有效的中断管理机制来处理操作员可能面临的一连串的告警。对于系统设计人员来说,可用的中断管理策略通常被分为直接中断、计划中断、间接中断和定时中断四种。直接中断策略就是信息一旦可用就报告,不用考虑用户目前正在进行的任务。用户没有其他选择只能撇开之前正在进行的任务,切换工作背景。例如,当无人机系统创建一个新的计划时,在直接中断策略下,该计划就会立即报告给操作员,操作员予以赞同或否决。如果操作员正处于一个重要任务的中间执行阶段,该策略的危害性是毁灭性的。一旦中断任务完成,操作员必须试图重新回到之前的任务,并且不能丢失原工作背景。直接中断策略是目前接口设计人员最常用的一种策略。但研究表明该策略在所有策略中对性能和工作量的影响最为糟糕。计划中断策略是指对中断的报告规定一个时间表,如按规定的时间间隔。接收到的告警先被存储起来直到时间表允许对他们进行处理,届时所有的告警都将被报告给操作员。这种方法延长了告警报告之间非中断任务的工作时间,但增加了中断任务的等待时间,这对时敏任务的执行效果有着非常不好的负面影响。间接中断策略利用一个中介器,即一些实体(人或自动设备)对接收到的告警先进行检查,然后确定给操作员报告中断信号的时间和方式。中介接口对于操作员来说相当于一个出色的接待员,它允许同时处理多个任务。然而,该策略也有它固有的缺点,即操作员完全没有主宰能力,只能信任中介器的功效。如果中介器弄错了某个告警的紧急程度,用户可能要么没有及时对关键任务采取措施,要么被一些无关紧要的琐事打断从而耽误了其他重要的工作。协议中断策略帮助操作员制定关于什么时候处理什么告警的决策,但决策权完全由操作员来掌握。接口先提醒操作员可用的新信息和/或所需要采取的行动,然后操作员决定什么时候切换到新任务。如果操作员觉得该告警不如其他工作重要,就会将该告警一直推迟处理。通常来说,一个告警的初始通知给操作员提供了充分的背景信息,操作员可以据此做出正确的关于是否允许中断的决策。这种方法可以使得操作员更加有效地管理自己的工作量,减少不必要的工作背景切换数量和从中断恢复工作背景的时间。总的来说,没有一个中断策略可以适应于任何应用场合。每个接口设计人员必须选择一个适合特定C2接口和操作需要的策略。然而,研究表明协议中断所提供的综合性能最好,协议告警机制被证明是最明智的选择。 5 .结论可以想象无人系统在未来战场上将占据着越来越重要的支配地位。对于未来的多种无人系统作战来说,给无人系统提供自主性,增强它们在广度和深度上的能力是非常必要的。无人系统的自主能力和使用率越高,C2接口概念对无人系统任务的成功就越重要。但是,虽然自主性给无人系统带来了更先进的能力,这些能力是以牺牲无人系统操作员对系统的控制质量为代价的。随着C2接口技术的不断发展创新,这一障碍将会得到克服和解决。此外,尽管减轻操作员的工作量是任何无人机系统C2接口设计人员所关注的焦点,但要确保多无人机系统的协同作战,还必须关注C2接口系统的训练、操作员工作背景的维护、操作员对无人机系统的熟悉和信任、自主无人机系统对操作员的正确响应以及无人机系统接口的标准化等问题。(end)

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