無人機蜂群綜合試驗標準研究

摘 要：【目的】針對無人機蜂群特性需綜合試驗評估現狀，研究其分類，構建綜合能力體系框架，分析試驗技術，梳理試驗標準需求并構建標準體系框架，提出重點標準建議，助力大規模無人機發展。【方法】從多維度對無人機蜂群分類，采用“場景-需求-能力”法分析綜合能力，研究基于LVC的試驗技術和實飛驗證技術，分析標準需求并構建體系。【結果】明確無人機蜂群分類、綜合能力、試驗技術及標準體系框架相關內容。【結論】對無人機蜂群裝備研制、試驗評估有指導意義，有力支撐大規模無人機的應用和發展。

關鍵詞：蜂群；分類；試驗；標準

DOI編碼：10.3969/j.issn.1674-5698.2025.02.016

0 引 言

無人機蜂群源于蜂群這種具有較低智能的生物遷徙、巡游或是躲避敵害過程中呈現出來的集群行為[1]，是由大量低成本具有一定智能化的無人機，基于開放式體系架構進行集成群組，以通信網絡信息為中心，以系統的群智涌現能力為核心，以平臺間的協同交互能力為基礎，以單平臺的節點作戰能力為支撐，構建的一種具有抗毀性、低成本、功能分布化等優勢和智能特征的系統[2]。

可見，無人機蜂群并不是多無人平臺的簡單編隊，集群能力也不是單一平臺能力的簡單疊加。其具有無中心、自主協同、能力涌現等特性。傳統試驗評估具有如下局限：一是無法對這些能力進行評估，二是試驗成本居高不下，三是試驗周期較長。因此需開展綜合試驗。無人機蜂群綜合試驗評價是在無人機蜂群試驗理論與框架的指導下，依據集群試驗的需求，在試驗環境下，為驗證無人機蜂群綜合能力而制定科學、規范、有效的試驗過程和試驗方法。

為確保試驗的可重復性和客觀公正，所有試驗都應依據標準進行。當前，開展無人機蜂群綜合試驗的流程還不規范，方法還不統一，存在很大風險，迫切需要制定無人飛行器蜂群綜合試驗標準，規范無人飛行器蜂群綜合試驗方法，提高無人飛行器蜂群綜合試驗的效率。

1 無人機蜂群的分類

1.1 按平臺重量分類

無人機蜂群按平臺重量（WG）可分為以下8類：1）WG lt;10 0 g，如“隱蔽接敵自主一次性使用飛機（CICADA）”；2）10 0 g≤WGlt;50 0 g，如“灰山鶉”（Predix）無人機；3）50 0 g≤WGlt;5 kg，如LOCUST項目中的“郊狼”無人機；4）5 kg≤WGlt;20kg，如“紅鳶”（Redkit）無人機和“眼鏡蛇”無人機；5）20 kg≤WGlt;100 kg，如“飛眼”無人機；6）100 kg≤WGlt;300 kg；7）300 kg≤WGlt;1000 kg，如DARPA的“小精靈”無人機；8）WG≥1000 kg。

1.2 按平臺構型分類

無人機蜂群按平臺構型可分為以下4類：1）固定翼無人機蜂群；2）旋翼無人機蜂群；3）復合翼無人機蜂群；4）彈群。

1.3 按發射方式分類

無人機蜂群按發射/起飛方式可分為以下5類：1）陸基滑跑型：蜂群個體采用陸地地面滑跑的方式起飛；2）陸基彈射型：蜂群個體采用專用的發射裝置進行彈射起飛，一般包括氣體彈射和火箭助推的方式提供初始彈射動力；3）海基彈射型：蜂群個體以海基水面艦艇或水下潛艇為載體平臺，采用專用的發射裝置進行彈射起飛；4）空中投放型：采用有人機、無人機、導彈等作為運輸載體，將蜂群無人機投放到目標區域附近，快速抵達目標區域；5）天基投放型：采用衛星等航天器作為運輸載體，將蜂群無人機投放到目標區域附近。

1.4 按蜂群規模分類

無人機蜂群按規模可分為以下4類：1）小規模無人蜂群：數量小于64架；2）中等規模無人蜂群：數量在64到256架之間；3）大規模無人蜂群：數量在256到512架之間；4）超大規模無人蜂群：數量512架以上。

1.5 按使用用途分類

無人機蜂群按使用用途可以分為以下6類：1）攻擊型無人機蜂群：無人機蜂群主要攜帶攻擊型任務載荷，對敵方重要目標進行物理打擊和摧毀；2）偵察型無人機蜂群：無人機蜂群主要攜帶偵察型載荷，對敵方重要目標進行光學、雷達、電子偵察；3）干擾型無人機蜂群：無人機蜂群主要攜帶干擾型載荷，對敵方重要探測目標進行長時間的干擾，使得對方功能短時失靈；4）誘餌型無人機蜂群：無人機蜂群主要攜帶有源或無源設備，模擬戰斗機、巡航導彈編隊等，對地防空雷達、警戒雷達等進行誘騙，誘使對方雷達開機、對導彈進行消耗；5）對抗型無人機蜂群：無人機蜂群主要對敵方無人機蜂群進行打擊、網捕、撞擊等手段，消耗對方無人機蜂群系統；6）混合型無人機蜂群：無人機蜂群攜帶多種任務載荷，實現偵察、攻擊、干擾、誘餌、對抗等2種以上的作戰應用。

2 無人機蜂群的綜合能力

對于不同類型的無人機蜂群，其使用場景、功能不同，對無人機蜂群的綜合能力要求也不同，通常采用“場景-需求-能力”的方法分析其綜合能力。如圖1所示，無人機蜂群的綜合能力主要包括情報偵察能力、火力打擊能力、指揮控制能力、環境適應能力和綜合保障能力等5類。

3 無人機蜂群綜合試驗技術

3.1 基于LVC的無人機蜂群綜合試驗技術

綜合運用網絡互連，信息互通，虛實一體互操作技術，支撐試驗場、部隊和實驗室聯合構建集實兵實裝（Live）、模擬器（Virtual）、數字仿真模型（Constructive）于一體的LVC聯合試驗環境，形成異地分布、功能一體的邏輯靶場，實現體系級對抗環境下的蜂群裝備能力、指標試驗和系統聯合試驗[3]。為此必須開發開放的、分布式網絡基礎設施，用于蜂群系統和蜂群裝備體系的使用評估、研制試驗鑒定和作戰試驗鑒定；還必須在聯合任務環境下充分、逼真地驗證蜂群裝備或體系完成特定任務的能力。

無人機蜂群綜合試驗場景中的LVC環境構建，其重點是建立完整的公共體系結構，開發系列化通用化軟件工具，設計靈活、開放并具有良好普適性的綜合試驗場地的聯合試驗環境。無人機蜂群綜合試驗環境由資源層（LVC資源層）、中間件層、基礎平臺服務層和應用層構成[4]。資源層是完成試驗任務的基礎設施和基礎數據，涵蓋試驗場內外部的LVC資源，包括數據資源、基礎資源、實裝資源、半實物資源以及仿真資源等。數據資源主要包括資源倉庫和數據檔案庫。其中，資源倉庫存放靶場資源的對象模型、組件模型和靶場實用工具等；數據檔案庫存放試驗方案、試驗數據和試驗結果等。基礎資源主要包括傳輸網絡、時空基準等。傳輸網絡是由國防干線網絡、自建網絡以及租用民用網絡構建的可信可靠信息傳輸網絡，通過高性能加密安全機制，統一規劃IP地址，實施網絡性能實時動態監測，支持聯合試驗任務。中間件層[5]也是交互服務層，以面向服務模式向基礎平臺服務層提供標準訪問接口，實現可互操作的、實時的、面向對象的分布式系統應用的建立，支持應用層軟件快速高效集成及系統運行。中間件層具備在保證安全的條件下實現信息傳輸的能力。該層采用基于對象模型的信息傳輸模式，在試驗場各試驗系統運行過程中，試驗場資源之間的所有通信都依據對象模型定義實現資源間的互操作。該層采用基于發布/訂閱的數據交換機制，并支持以動態加載模式擴展的遠程資源訪問接口。基礎平臺服務層提供蜂群試驗的基礎服務，包括數據采集、數據分析處理、在線資源管理等，支撐試驗系統的應用。應用層基于基礎平臺服務、面向試驗科目的集成應用，包括蜂群的各項綜合能力試驗。

3.2 無人機蜂群的實飛驗證技術

無人機蜂群仿真技術受限于軟件仿真的局限性，仍然不能完整地對蜂群戰術進行更高還原度的準確研究。因此，可采用實飛驗證技術平臺作為蜂群單項技術試驗驗證工具與能力、指標評估手段，為蜂群單項能力的研究、評估、驗證提供了可信的工具[6]。

蜂群實飛驗證平臺支持多種類型微小型廉價無人機，單機飛行能力、抗風能力、機動能力、續航能力等滿足蜂群試驗驗證要求。蜂群單機機載飛行數據記錄系統可對飛機位置、姿態進行時間同步日志記錄，并可通過數據鏈將信息實時發送到地面控制站用于蜂群技術試驗、驗證與評估。為保證試驗安全性，單機須具備一定抗干擾能力，當干擾停止，飛機自動恢復原任務狀態，也可通過地面站手動引導到指定地點。蜂群實飛驗證平臺具備地面彈射系統，可采用氣動自動彈射或皮筋彈射等方式實現蜂群無人機密集起飛[7]。

蜂群實飛驗證平臺地面站可提供無人飛行器蜂群集成態勢顯控界面，用于對集群內各無人機進行飛行參數監控、任務規劃、參數設置、顯示飛行狀態、日志回放，同時具備實時動作控制、任務控制等操作，并可在特殊情況下人為進行單機返航等應急處理。

利用數據鏈回傳數據及機載飛行數據記錄設備對飛行日志進行儲存，可對飛行路徑、姿態及記錄時間進行回放[8]，用于對蜂群效能、戰術戰法進行定量評估。蜂群日志回放功能具有如下組成部分：批量加載機載日志文件、可修改回放速度、開始＼暫停回放、同步顯示無人機集群飛行軌跡飛行參數、同步顯示各飛機參數對比曲線圖[9-10]。

無人機蜂群飛行日志數據及位姿數據導入評估軟件后，帶有時序位姿參數的真實數據生成動態三維數據，直觀顯示無人飛行器蜂群數據關系，為蜂群單項算法能力評估、效能指標評測提供依據。

4 無人機蜂群綜合試驗標準研究

4.1 無人機蜂群綜合試驗標準需求

綜合試驗是用戶評價、采購無人機蜂群的重要手段，也是研制單位提高無人機蜂群綜合性能及自身研究水平的重要方法。當前，無人機蜂群綜合試驗還存在以下亟待解決的問題：1）無人機蜂群綜合試驗需求不明確。當前關于無人機蜂群的作戰樣式研究還不深入，無人機蜂群實戰對抗場景研究還不系統，基于實戰對抗環境，開展無人飛行器蜂群綜合試驗與驗證的項目還不明確，存在很大風險，迫切需要開展無人機蜂群綜合試驗技術研究，明確無人機蜂群綜合試驗內容，支撐無人機蜂群綜合試驗和驗證。2）無人機蜂群綜合試驗方法不明確。當前，開展無人機蜂群綜合試驗與驗證的方法、流程還不固化，存在很大風險，迫切需要制定無人機蜂群綜合試驗標準，規范無人飛行器蜂群綜合試驗方法，提高無人機蜂群綜合試驗的效率。3）無人機蜂群綜合試驗標準體系尚未建立。標準體系是標準化工作的基礎，無人機蜂群綜合試驗標準需求尚未分析，無人機蜂群綜合試驗標準項目尚未規劃，無法用標準指導和牽引無人機蜂群綜合試驗的開展。

4.2 無人機蜂群綜合試驗標準體系

在無人機蜂群綜合能力和綜合試驗技術的基礎上，構建無人機蜂群綜合試驗標準體系框架。如圖2所示，無人機蜂群綜合試驗標準類型主要包括試驗方法、試驗規程、通用要求、評價方法、工作指南等標準。

（1）基礎標準

對蜂群綜合試驗基礎標準提出術語定義和分類完整、試驗文件編寫規范、試驗質量管理嚴謹、試驗單位資質合規等要求。

蜂群綜合試驗基礎標準分為4大類，分別是試驗術語及分類標準、試驗文件編寫標準、試驗質量管理標準、試驗單位資質標準。

（2）過程標準

對蜂群綜合試驗過程標準提出試驗程序和要求規范全面、試驗樣機管理嚴謹合理、試驗數據采信準確無誤等要求。

蜂群綜合試驗過程標準分為3大類，分別是試驗程序和要求標準、試驗樣機管理標準、試驗數據采信標準。

（3）技術標準

對蜂群綜合試驗技術標準提出技術覆蓋全面、流程銜接流暢、領域劃分合理、能力對應簡明，技術要求可定量、指標參數可考核等要求[11]。

蜂群綜合試驗技術標準分為11大類，分別是作為蜂群飛行器系統作戰的必要性輔助環節的蜂群發射/回收試驗、蜂群自組網試驗及蜂群綜合保障試驗；體現蜂群飛行器系統基本戰術能力的蜂群編隊飛行試驗標準[12]；作為蜂群系統核心作戰任務的蜂群情報偵察試驗、蜂群指揮控制試驗和蜂群協同打擊試驗；以及驗證蜂群技術特有的蜂群能力涌現試驗和專門針對算法評測驗證的蜂群算法通用評估，同時蜂群通用質量特性評估和蜂群環境適應性試驗也是蜂群綜合的重要組成部分。

其中，作為蜂群作戰系統核心任務能力，體現在蜂群情報偵察試驗、蜂群指揮控制試驗和蜂群協同打擊試驗的相關標準中。蜂群情報偵察試驗標準應包括如下試驗項目：蜂群協同偵察感知、蜂群協同信號源探測、蜂群協同信息融合、蜂群協同跟蹤監視、蜂群協同毀傷評估。蜂群指揮控制試驗標準應包括如下試驗項目：蜂群協同任務規劃、蜂群協同決策、蜂群協同任務分配、蜂群自主控制、人與蜂群交互、人與蜂群協同。上述三類試驗科目共同構成蜂群作戰系統的基本OODA閉環[13]，能夠在便于試驗設計和定量考核的前提下有效對蜂群系統的各方面作戰能力進行試驗評估。

（4）保障標準

對蜂群綜合試驗保障標準提出蜂群試驗環境滿足條件、試驗保障設備運行良好、保障人員素養專業等要求。

蜂群綜合試驗過程標準分為3大類，分別是蜂群試驗環境標準、蜂群試驗保障設備標準、蜂群試驗保障人員標準。

5 結論

本文研究形成結論如下：

（1）無人機蜂群的分類方式很多，從平臺重量、平臺構型、發射方式、編隊規模、使用用途等維度對無人機蜂群進行分類，能很好地指導后續無人機蜂群裝備研制、試驗評估。

（2）標準是確保無人機蜂群綜合試驗可重復性和客觀公正性的前提，所有試驗都應依據標準進行。開展無人機蜂群綜合試驗標準建設，可規范試驗流程、協調試驗方法、明確試驗結果，具有很大的工程意義。

（3）基于無人機蜂群綜合能力和綜合試驗技術，構建了無人機蜂群綜合試驗標準體系框架，主要包括試驗方法、試驗規程、通用要求、評價方法、工作指南等標準。

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