無人機操作概念是否會改變？

在目前的無人機操作中，指揮與控制絕大多數時候采用的是一名無人機駕駛員通過地面控制站控制一架無人機的模式。無人機用戶和制造商希望無人機能夠自主行動，但是現有無人機因為空管和技術原因，至少在一些關鍵飛行階段仍然離不開駕駛員。為了改變這種局面，軍用和民用無人機制造商、用戶和空管部門正在考慮一些新的無人機作戰/操作概念（CONOPS），進一步挖掘人工智能的潛力。

單對單控制

軍用領域

通用原子航空系統公司（GA-ASI）的地面控制站用于控制“捕食者”無人機及其衍生型，目前已經過了兩次重大改進。

（1）GA-ASI第一代地面控制站

最初的第一代，即第15批次地面控制站，現稱為“傳統地面控制站”能滿足功能需要，但其設計仍留有相當大的改進余地。在設計時，設計人員沒有很好考慮人機界面和人機工效學問題：如第15批次地面控制站屏幕的操作選項需打開若干層級菜單才能找到想要的功能，因此操作員必須雙手離開駕駛桿和油門桿，才能接觸鍵盤，操控這些菜單。最初的設計沒有考慮周全是因為快速形成初步作戰能力造成交付過于匆忙，沒有時間讓終端用戶參與到設計中去。

現在看來最初的設計仍然存在某些缺陷，GA-ASI的設計團隊不僅希望設計一個可以操控無人機的全功能工作站，還希望能有效地建立新的飛行概念，盡管某些常規、載人航空概念不可避免地會保留下來。GA-ASI和其他制造商亟需解決的問題是駕駛艙已離開了飛行器平臺，如何在傳統的飛機駕駛艙設計與駕駛員面臨的新機遇之間找到最佳平衡點。

駕駛艙脫離飛行器為地面控制站操控人員操控無人機執行任務帶來了一些靈活性。例如，每日18～20h的飛行任務過程中可以更換駕駛員，且還能為不同的無人機重新指派不同的駕駛艙。如一個駕駛艙可用于視距操控無人機完成起飛，另一駕駛艙可通過衛星通信鏈路操控無人機完成飛行任務，且二者可以相互交換。

即使駕駛艙脫離了飛行器，但是實際上并沒有改變一個駕駛員（或飛行機組）、一個駕駛艙、一架飛行器、一個任務這一格局。因此，即使地面控制站與飛行器分離，它仍像駕駛艙控制常規飛機那樣控制無人機。

（2）GA-ASI第二代地面控制站

GA-ASI公司的第二代地面控制站汲取了用戶操控第一代“捕食者”無人機執行飛行任務獲得的經驗與教訓，在設計過程引入無人機駕駛員，參考駕駛艙與飛行器分離的方式將部分數字通道進行分解，將軟件進行分解，這樣任務控制軟件和飛行控制軟件就相互獨立。因此，如果需要增加新能力，如新的任務載荷或新的功能，就不需要對整個軟件進行既昂貴又費時的測試。

GA-ASI公司的第二代，即第30批次地面控制站，具有更好的人機界面，引入了空軍的人因工程學，所有開關都在駕駛員一臂之內，而且采用了高清顯示器。

GA-ASI地面控制站的開發是依據公司用戶的操作概念成形的，這是因為幾乎所有“捕食者”用戶都是空軍，操控無人機的都是有資格的飛行員，這樣做方便他們像駕駛常規有人機那樣操控無人機。

民用領域

然而，對小型無人機市場來說，不能期望無人機駕駛員具有駕駛有人機的資格或經驗。操控這些小型無人機可能也不需要設計浸入式駕駛艙。而且，小型無人機的數量在不斷增加，是一個迅速膨脹的消費市場，像GAASI那樣設計地面控制站在成本上也不切實際。

小型無人機地面控制站的發展方向在大體上仍遵循較大型軍用無人機地面控制站類似的發展路線。地面上的操控員，遠距操控無人機，并通過視頻屏幕對無人機的飛行實施監控。這些屏幕可能不再需要專用設備，許多消費級無人機允許用戶用智能手機或平板電腦操控無人機，無人機在飛行時的某些自主功能也越來越普遍，但是基本的操控指令還是由地面的遠程操控者實時發出的，用于操控飛行器行動。

對于目前小型無人機相對有限的任務類型來說，這樣的操作理念非常適合，但其主要問題是它限制了無人機的任務范圍。

單對多控制

民用領域

目前，一些公司，如亞馬遜Prime Air公司和Flirtey公司，正在嘗試進入民用空域使用無人機送貨。他們迅速發現，每架無人機配一名專屬操控手的商業模式成本極其高昂。因此，許多公司開始投資研究允許一名操控者同時控制多架無人機的控制系統。

亞馬遜公司在英國劍橋群進行的試飛時主要關注低空空域中一名操控員操控多架高度自主的無人機。這里自主性是關鍵，因為這一概念要求無人機能自主完成大部分飛行，而不需要操控員進行操控。無人機在空中飛行的大多數時間里，操控員的工作將變為監視性質。不過為了滿足適航條例的要求，還是需要操控者在緊急情況下接管無人機的控制權。對無人機來說，其理想的終極目標是，能完成一般的包裹投遞飛行，而不需要飛行員的直接干預。

現在還不清楚能實現這種功能的地面控制站的模樣，但操控者需要具備同時監控所管控的所有無人機反饋的某類數據的能力，即使顯示的數據不包括每一平臺，地面控制站仍然要具備實時提供該視頻饋送的功能選項。此外，地面控制站至少需要一套飛行控制設備，以便能夠由操控員自主選擇或是由地面站按照緊急處置需要自動選擇，交替控制不同的飛機。

軍用領域

軍方也開始關注由一名操控者操控視距外多架無人機的能力。GA-ASI公司最新的第三代“死神”/“捕食者”地面控制站，即第50批次“先進駕駛艙地面控制站”在設計時就把多平臺控制考慮在內。

不過，第50批次地面控制站的公開資料并沒有強調這一能力，這是因為地面控制站的商業動力來自美國空軍（USAF）確認的需求。因此，目前強調的重點是包括地形回避與防撞警報在內的態勢感知，還有以F-35機型的油門與駕駛桿手動操縱（HOTAS）為模型設計的油門駕駛桿綜合控制器，而不是單人控制多架飛機的能力。

盡管單人控制多架飛機還不是美國空軍現時需要的能力，但是GA-ASI公司認為未來軍方一定會需要，因此公司正在設計相關軟件，在地面控制站軟件預留出接口，當需要時可以直接對接實現。

目前，美國空軍和其他客戶使用的“死神”無人機采用雙人機組，即一名無人機駕駛員和一名傳感器操控員。第50批次地面控制站允許單座操作，盡管它仍有兩個座位，但實際上可允許兩名駕駛員駕駛兩架不同的無人機，在作戰中的某些階段可以在不引入風險的情況下進行單人操控或是單人同時操控多架飛機。無人機駕駛員是可以同時操控兩架、四架甚至更多無人機，但是最重要的還是駕駛員的工作負荷，如果是為交火部隊提供近距離空中支援，那就需要專屬駕駛員執行飛行任務；但如果只需要使無人機起飛至觀察區上空，或將無人機駕駛到搜集信號的軌道上，一名無人機駕駛員一次就可管理多架無人機。

GA-ASI公司認為如果公司實現了一名駕駛員控制多架無人機的技術，美國空軍會加以利用，因為這一舉措可以極大地節省人力成本。

人工智能推動無人機操作概念革新

自主性影響隱身能力

民用部門的商業需求和軍方的人力成本問題并不是唯一促使無人機自主化程度增強的驅動力。如今對于隱身無人機在未授權空域執行任務的需求越來越多，這就預示著對于機載決策系統的要求更高了。

對于一架低可觀測飛機而言，如果必須要時刻與地面控制站間保持實時通信，那么其是無法實現隱身的。在去年英國范保羅航展上，BAE系統公司用計算機模擬演示了一項隱身無人機將來可能執行的任務。模擬場景中，飛機穿越敵方雷達，對一處地空導彈陣地實施了打擊，且未暴露自身位置。整個模擬情景包括：與無人機完全通信；不能與無人機通信，但能觀察到無人機所處位置；無人機根據需要與地面控制站通信。

BAE系統公司未來作戰航空系統部商業開發負責人馬丁·羅威·威爾考克斯（Martin Rowe-Willcocks）指出，實現隱身條件之一就是需要將包括控制信號在內的地空之間信號傳輸最小化。因此，必須提高無人機的自主能力，不能采用同“死神”一樣的操作概念：地面控制站不間斷與飛機通信，不間斷獲取機上信息，無人機不間斷進行衛星通信?！袄蠈嵵v，那樣的飛機就是天空中的燈塔?！?威爾考克斯說。

障礙

改變現有操作概念的一大障礙是無人機缺乏足夠的決策能力。目前，絕大多數人工智能（Al）研究項目尚未成功研制出能完成決策、體積夠小、功率夠大，甚至能夠在最大型的無人機上使用的機器“大腦”。還有就是這類系統的預見性存在問題，即使研發出小到可在計算機上運行的先進人工智能算法（通常稱為“強AI”（Strong AI）），但是不可能提前確定所有可能事件序列中的行為。這意味著與其相關的政策法規將成為難以逾越的障礙。

“弱AI”在無人機上的應用

不過，另一種不同的AI途徑似乎為這個關鍵領域提供了一種解決方法。美國俄亥俄州的Psibernetix公司已開發了一種“弱AI”（Weak AI）。據公司首席執行官尼克·歐內斯特（Nick Ernest）稱，它具有完全可預測的行為，并且能夠在配置不低于25美元的 Raspberry Pi的計算機上運行。它曾成功模擬控制飛機參加空戰，與現役和美國空軍前戰斗機飛行員共同作戰、對戰，給人們留下了深刻印象。

Psibernetix公司的AI名為“阿爾法”（Alpha），是通過“模糊邏輯”的計算方法實現這一切的。這種算法只包含了加、減、乘、除在內的最基本運算，任何廉價的小型計算機都能完成。

歐內斯特稱，“阿爾法”的突破在于創建了“遺傳模糊樹”（GFT），這種方法允許模糊邏輯的規模隨問題的復雜程度而增加。GFT將復雜的決策過程分解成若干階段，在每一階段AI只需要考慮與該階段相關的因素。

因為“模糊邏輯”不能成功創造“強AI”，通常會被AI研究者忽略。歐內斯特卻稱其為“阿爾法”的關鍵能力：人們常常認為AI從數學角度來看是無比復雜的，而現今有許多問題可用“弱AI”來解決，“阿爾法”只需要簡單的數學運算，因為它不追求完美。

與一些研究感知與規避風險問題的無人機系統專家觀點相似，歐內斯特認為能夠控制飛機的戰場AI很可能首先將作為飛行員的輔助手段，幫助其完成飛行控制。AI作為飛行員助手，并不是要告訴飛行員需做的每件事情。AI可處置許多后臺任務，飛行員在需要時可隨時接管。Psibernetix公司正在開展AI作為飛行員助手的工作，但也在研究將AI應用于具有完全自主控制能力的無人機。

可以確定，將來AI助手會先被人們接受，這是因為工作中的AI不會進行任何控制，因此并不需要政策法規方面的改變，這樣最有可能被相關機構批準。這也是無人機行業希望看到的結果。最終，地面控制站是否會從無人機的操作概念中完全消失還有待觀察，其存在和消失與否完全有可能會由任務種類、以及無人機的尺寸和復雜性來決定。