美軍單兵便攜式地面無(wú)人裝備使用分析

孟凡宇 張曉東 楊秀月 郭璽

美軍單兵便攜式地面無(wú)人裝備（以下簡(jiǎn)稱相關(guān)裝備）列裝后，人與相關(guān)裝備組成了人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)單元，受人工智能等技術(shù)水平限制，相關(guān)裝備將長(zhǎng)期處于人在OODA環(huán)路中為主、人在環(huán)路上為輔的自主水平，以遙控為主要控制方式，涉及戰(zhàn)前機(jī)動(dòng)等個(gè)別非對(duì)抗行為可由人監(jiān)督其半自主執(zhí)行。人機(jī)協(xié)同時(shí)遙控為主的控制方式表現(xiàn)出人員干預(yù)引導(dǎo)多的特征，遙控手的作戰(zhàn)使用決定了人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)能力。美軍相關(guān)裝備參戰(zhàn)已20余年，積累了豐富的作戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，取得了很大軍事效益，對(duì)此開(kāi)展研究具有較大意義。

概念界定

單兵便攜式地面無(wú)人裝備是指由單兵通過(guò)披掛、背負(fù)和手持等方式攜帶的，可通過(guò)遙控、半自主、自主地執(zhí)行指定任務(wù)，以履帶式、輪式、腿足式和復(fù)合式結(jié)構(gòu)進(jìn)行機(jī)動(dòng)的地面信息化智能化裝備，主要結(jié)構(gòu)包括機(jī)動(dòng)平臺(tái)（部分含機(jī)械臂機(jī)械爪）、任務(wù)載荷、通信模塊及操控終端。

R80D SkyRaider無(wú)人機(jī)可為地面部隊(duì)提供持久的監(jiān)視和有效載荷的運(yùn)送

當(dāng)前相關(guān)裝備大多需要單兵攜行至指定任務(wù)區(qū)域，而后進(jìn)行遙控操作。裝備整體重量一般不超過(guò)16千克，承載能力較小，一般可加載偵察載荷及機(jī)械爪等排爆載荷。可拋投使用的相關(guān)裝備重量一般不超過(guò)5千克，一般僅能加載偵察載荷。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)外發(fā)展的地面無(wú)人裝備超過(guò)300種，列裝的約200余種，其中便攜式地面無(wú)人裝備數(shù)量占85%以上。

美軍相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展歷程

應(yīng)急采購(gòu)階段2003年阿富汗和伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)初期，為了應(yīng)付隱藏在車輛及牛羊尸體中的炸彈，美軍通過(guò)發(fā)布《聯(lián)合緊急作戰(zhàn)需求聲明》等文件，應(yīng)急采購(gòu)了160部商用相關(guān)裝備，主要執(zhí)行偵察及排爆等任務(wù)。如為美陸軍爆炸物處理組編配名為“背包”的相關(guān)裝備1400余部，它們安裝有彩色和微光攝像機(jī)，用于在群山中執(zhí)行洞穴搜索等任務(wù)；為美陸軍特種部隊(duì)編配拋投型/硬型相關(guān)裝備51部，用于短程道路探測(cè)。

能力探索階段在滿足偵察及排爆需求后，美軍就拓展相關(guān)裝備能力做了諸多嘗試。如為相關(guān)裝備增配金屬線切割鉗及干擾器等任務(wù)載荷，實(shí)現(xiàn)通信干擾及線纜剪切能力；增配聲學(xué)特征探測(cè)載荷，2007年在中東地區(qū)用于定位敵人狙擊手；增配通信中繼載荷，2008年實(shí)驗(yàn)在城市復(fù)雜環(huán)境為作戰(zhàn)提供通聯(lián)的能力。此外，還涉及核生化檢測(cè)等諸多能力拓展嘗試。

經(jīng)過(guò)不斷探索，美軍以能力需求為牽引，以重量、部署方式及技術(shù)成熟度等要素為標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了相關(guān)裝備體系，并于2011年向國(guó)會(huì)做了關(guān)于機(jī)器人開(kāi)發(fā)和利用的專題報(bào)告，明確了相關(guān)裝備未來(lái)發(fā)展方向。

單兵便攜小型自殺式無(wú)人機(jī)彈簧刀600

標(biāo)準(zhǔn)建立階段美軍曾應(yīng)急采購(gòu)部署超1.5萬(wàn)套非標(biāo)準(zhǔn)化地面無(wú)人裝備，其中絕大多數(shù)為單兵便攜式，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致相關(guān)裝備難以融入作戰(zhàn)體系。為此，美軍于2012年起便著手地面無(wú)人裝備標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)工作，陸續(xù)頒布了3版地面無(wú)人裝備互用性指導(dǎo)方針（Interoperability Profile, IOP，最新版為2018年版），從人機(jī)接口、控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等角度建立了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，明確軍方相關(guān)裝備的采購(gòu)申請(qǐng)必須參照此方針執(zhí)行。標(biāo)準(zhǔn)的建立與更新逐步實(shí)現(xiàn)了美軍內(nèi)部相關(guān)裝備融入聯(lián)合作戰(zhàn)體系的目標(biāo)。

作戰(zhàn)使用情況分析

典型任務(wù)場(chǎng)景分析一是戰(zhàn)場(chǎng)預(yù)置偵察。利用相關(guān)裝備尺寸小、待機(jī)功率低等特征，可預(yù)先將其部署在戰(zhàn)場(chǎng)關(guān)鍵點(diǎn)位，保持靜默，待需偵察時(shí)，指派單兵滲透至目標(biāo)附近隱蔽處，遙控其實(shí)施偵察。二是城鎮(zhèn)清剿中的偵察和排爆。在初步取得城市控制權(quán)后，美軍通常部署步兵清剿城中殘敵。處于“明處”的步兵可使用相關(guān)裝備對(duì)建筑物拐角、管道、地下空間及廢墟等非通視復(fù)雜環(huán)境實(shí)施偵察和排爆。三是行軍休息時(shí)的巡邏和監(jiān)視。行軍休息時(shí)，可使用相關(guān)裝備對(duì)臨時(shí)營(yíng)區(qū)周圍重點(diǎn)區(qū)域?qū)嵤┭策墶⒈O(jiān)視，設(shè)置感知警戒線。四是進(jìn)攻中的偵察及引導(dǎo)定位。進(jìn)攻時(shí)可使用相關(guān)裝備前出偵察敵情，誘導(dǎo)或迫使敵開(kāi)火暴露，進(jìn)而引導(dǎo)火力打擊。五是通信中繼。在建筑內(nèi)執(zhí)行任務(wù)時(shí)，可在建筑拐角等通信易受影響點(diǎn)位部署相關(guān)裝備，實(shí)施通信中繼。

此外，受使用中電機(jī)等噪音大、電池續(xù)航短及單兵攜行/操控時(shí)體力精力有限等因素限制，相關(guān)裝備不宜執(zhí)行隱蔽性要求高及持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的任務(wù)。

人員編組和任務(wù)分工相關(guān)裝備一般編配于班一級(jí)作戰(zhàn)單元，內(nèi)部再細(xì)分使用該裝備的小組。每組通常編1名遙控手和1名副手，對(duì)應(yīng)1臺(tái)該裝備。

遙控手受領(lǐng)任務(wù)后負(fù)責(zé)選擇任務(wù)載荷及遙控地點(diǎn)；實(shí)施遙控；視情啟動(dòng)裝備自毀。

副手負(fù)責(zé)警戒；綜合小組偵察到情況后上報(bào)信息；視情頂替遙控手實(shí)施遙控。

對(duì)于拋投型相關(guān)裝備，通常直接編配到火力打擊組，組內(nèi)每4到5名單兵對(duì)應(yīng)1臺(tái)該裝備，作戰(zhàn)時(shí)由單人攜行并遙控，組內(nèi)其余人員根據(jù)裝備偵察的信息實(shí)施打擊等行動(dòng)。

操控方式分析相關(guān)裝備通常為無(wú)線遙控，電磁干擾等環(huán)境下，可有線遙控。操控終端（以下簡(jiǎn)稱終端）主要有3種：箱式終端、集成有顯示器的手持終端和具備頭戴顯示器的手持終端。

箱式終端。手持設(shè)備無(wú)顯示器，需在外接箱體中的便攜電腦上顯示操控畫(huà)面。箱體較大，可選用較大尺寸的顯示器及天線，操控界面清晰，抗干擾性強(qiáng)，但便攜性及隱蔽性差。

集成有顯示器的手持終端。手持終端集成有顯示器，具備觸屏及按鍵搖桿雙冗余操控功能，容錯(cuò)率高。較小終端可通過(guò)戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)軌固定在步槍前端側(cè)方，遙控同時(shí)可實(shí)施打擊。但戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境影響觸屏操控可靠性，且受便攜性限制，顯示器小，強(qiáng)光下難看清。

具備頭戴顯示器的手持終端。頭戴顯示器貼合在眼部，顯示直觀，操控反應(yīng)速度快，且受光照影響小；夜間使用無(wú)常亮屏幕，隱蔽性好。但受尺寸重量限制，續(xù)航差。

攜行與展開(kāi)分析攜行時(shí)，相關(guān)裝備機(jī)動(dòng)平臺(tái)大多置于背包內(nèi)，部分拋投型相關(guān)裝備機(jī)動(dòng)平臺(tái)捆綁在背包側(cè)方；通信模塊放置在單兵肩部前方一側(cè)背包帶上，另一側(cè)放置對(duì)講機(jī)等通信設(shè)備，便于在時(shí)間上分配二者使用，防止相互干擾；使用箱式終端時(shí)，單兵需手提箱體，使用其余2類終端時(shí)，終端一般置于背包頂端。展開(kāi)時(shí)，先取出終端及機(jī)動(dòng)平臺(tái)，再連接各類線纜。撤收時(shí)按相反順序進(jìn)行。

通信鏈路分析低頻率的信號(hào)穿透力和較低的多徑效應(yīng)適合在復(fù)雜地面環(huán)境中通信。2011年美軍發(fā)布《無(wú)人地面系統(tǒng)路線圖》，計(jì)劃在高冗余/低頻帶寬環(huán)境中，用多頻率捷變無(wú)線電遠(yuǎn)程遙控相關(guān)裝備。2020年美軍已實(shí)現(xiàn)該計(jì)劃，其在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中將模塊化有源電路應(yīng)用于小型化天線，從而克服了Chu-Wheeler性能極限，成功將低頻無(wú)線電系統(tǒng)集成在相關(guān)裝備上，并展示了實(shí)時(shí)可靠的數(shù)字視頻流。綜上，相關(guān)裝備使用的頻段大概率為低頻。

美軍單兵裝備手持微型無(wú)人機(jī)Drone40

情報(bào)信息處理分析美軍在《無(wú)人系統(tǒng)綜合路線圖2013-2038》中指出：“無(wú)人裝備無(wú)法實(shí)時(shí)交付‘可行的’情報(bào)，大量人力用于處理無(wú)人裝備收集到的原始信息。尤其數(shù)據(jù)收集和分析，需重點(diǎn)提高無(wú)人裝備自主性和認(rèn)知行為，以實(shí)時(shí)交付‘可行的’情報(bào)，而不是需處理的原始信息。”結(jié)合美陸軍戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)情報(bào)處理方式：班一級(jí)作戰(zhàn)單元搜集到的戰(zhàn)術(shù)情報(bào)信息需通過(guò)SINCGARS-SIP電臺(tái)發(fā)往連級(jí)EPLRS電臺(tái)，然后被自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)到旅及旅以下作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)FBCB2。綜合研判，目前相關(guān)裝備偵察的信息不具備實(shí)時(shí)可用性，應(yīng)是經(jīng)遙控人員處理后上報(bào)。

《無(wú)人系統(tǒng)綜合路線圖2017-2042》封面

此外，諸如工作時(shí)間及操控距離等情況，需根據(jù)具體任務(wù)及環(huán)境等情況而定。

下一步發(fā)展趨勢(shì)分析

美軍最新版《無(wú)人系統(tǒng)綜合路線圖2017-2042》明確了其無(wú)人裝備發(fā)展方向，即互操作性、自主性、網(wǎng)絡(luò)安全以及人機(jī)協(xié)同4個(gè)方面，其中前3條更多體現(xiàn)的是手段，而人機(jī)協(xié)同則是最終目的。

擬對(duì)接北約標(biāo)準(zhǔn)，以提升互操作性。美軍IOP建設(shè)取得了一定成果，實(shí)現(xiàn)了美軍內(nèi)部相關(guān)裝備與其他作戰(zhàn)系統(tǒng)之間一定程度的協(xié)同作戰(zhàn)，但作為北約組織成員國(guó)之一，已有的IOP與北約標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)定的兼容度還有差距，預(yù)計(jì)美軍將優(yōu)化調(diào)整IOP以對(duì)接北約標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)定，更大范圍提升相關(guān)裝備互操作性，以實(shí)現(xiàn)北約成員國(guó)之間的聯(lián)合作戰(zhàn)需求。

擬提升自主性，以減少人員干預(yù)。為實(shí)現(xiàn)無(wú)人裝備“代替人”的研發(fā)初衷，美軍一直致力于提升無(wú)人裝備的自主能力，盡量減少無(wú)人裝備執(zhí)行任務(wù)中士兵過(guò)多控制，以保存士兵精力及體力。基于此，美軍相關(guān)裝備自主能力需求將主要聚焦在2個(gè)方面：伴隨機(jī)動(dòng)及智能決策，伴隨機(jī)動(dòng)能力的提升可減少單兵背負(fù)攜行相關(guān)裝備的時(shí)間；智能決策能力的提升可減少無(wú)人裝備數(shù)據(jù)融合及決策反應(yīng)的時(shí)間，降低裝備與遙控手間指控信息交互需求，從而減少單兵操控時(shí)間。

擬整合無(wú)人力量，以提升協(xié)同作戰(zhàn)能力。2016年12月，DAPPA發(fā)布了“進(jìn)攻性蜂群使能戰(zhàn)術(shù)”（OFFSET）項(xiàng)目概念，旨在通過(guò)空/地?zé)o人裝備的協(xié)作，在大型建筑、狹窄空間和有限視野等通信、傳感、機(jī)動(dòng)性受限的城市環(huán)境下，執(zhí)行定位目標(biāo)、攻擊及搶奪一片地域等任務(wù) 。

2018年7月FLA項(xiàng)目成功演示驗(yàn)證了小型地/空無(wú)人裝備協(xié)同編組的先進(jìn)算法。2020年1月，美陸軍與永久系統(tǒng)公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)有人-無(wú)人編隊(duì)受保護(hù)的通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)將有人-無(wú)人地面裝備及無(wú)人機(jī)等組網(wǎng)在一起，致力于滿足陸軍地面無(wú)人裝備的編隊(duì)和通信需求。2022年1月C4ISRNET網(wǎng)站消息，OFFSET項(xiàng)目展示了單個(gè)操控員可控制100多個(gè)無(wú)人裝備所組成蜂群的能力。

通過(guò)上述項(xiàng)目可以預(yù)見(jiàn)，美軍將致力于整合地/空無(wú)人作戰(zhàn)力量，以實(shí)現(xiàn)地/空無(wú)人作戰(zhàn)力量協(xié)同立體攻防的需求。該預(yù)判主要出于以下兩方面考慮。

OFFSET蜂群在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中飛行

用于數(shù)據(jù)收集的小型攝像無(wú)人機(jī)

一是機(jī)載通信中繼的需要。相比于空中及水下，地面戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境更復(fù)雜，各類遮擋場(chǎng)景嚴(yán)重影響著地面通信鏈路，一旦通信受阻，相關(guān)裝備極易失聯(lián)失控。此時(shí)無(wú)人機(jī)可作為通信中繼節(jié)點(diǎn)，以保持遙控手與相關(guān)裝備之間通信鏈路暢通。

二是任務(wù)路徑規(guī)劃的需要。美軍戰(zhàn)場(chǎng)涉足全球，戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜多變，戰(zhàn)爭(zhēng)突發(fā)性強(qiáng)，美軍往往無(wú)法完全掌握作戰(zhàn)區(qū)域地形地貌等信息便要加入戰(zhàn)斗，此時(shí)相關(guān)裝備只能依靠自身傳感器、計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)、及操作員經(jīng)驗(yàn)以識(shí)別最佳機(jī)動(dòng)路徑，效率較低且易出錯(cuò)。此場(chǎng)景下無(wú)人機(jī)可適時(shí)偵察作戰(zhàn)區(qū)域的地貌環(huán)境，將偵察到的情報(bào)信息與地面相關(guān)裝備共享，支撐相關(guān)裝備快速建立并更新戰(zhàn)場(chǎng)地圖，以實(shí)現(xiàn)高效規(guī)劃行動(dòng)路徑的需求。

此外，美軍關(guān)于相關(guān)裝備網(wǎng)絡(luò)安全方面的發(fā)展趨勢(shì)較為清晰，主要體現(xiàn)在研發(fā)小巧的“機(jī)械天線”及尋找可靠的通信波形方面。