无人车自主式无人战车重获新生2021年4月18日

代替人类完成高危、乏味、繁重的工作,减少伤亡、提高作战效率是军用机器人的使命。具有仿人功能的军用机械电子装置包括固定式、移动式和昆虫机器人三种类型。移动式中的微型无人地面车辆是一种可用于侦查、扫雷、工程建设等的军用机器人。一般以微型车辆做底盘,用于地面作战中士兵无法进入和生存的危险性环境。美国非常重视微型无人地面车辆的研究开发,以适应未来无人战争的需要。美国国防部已在无人操纵的自主式机器人上投入了数十亿计的资金,并称当前正处在自主系统的起始阶段。经过多年发展,微型无人地面车辆将成为

世纪地面战场中的重要武器装备。目前无人地面车辆的几个主要应用领域为侦查、排爆、发射反坦克导弹,在阿富汗和伊拉克战场上已成功服役。虽然微型无人地面车辆的各项关键技术正日趋成熟,但面向复杂环境的实用装备尚存在极大的研究空间。恶劣、复杂的野外及战场环境的感知是其中的一个研究重点。典型的军用无人车辆及其工作环境如图

投巨资研发的微小型昆虫机器人就具备这种特点。从感知系统的传感器选择来讲,自身不发出任何信号的被动式传感器CCD就非常适用。而激光雷达等主动式传感器不太适用。(

)对复杂崎岖地形模式有判决和自适应能力军用机器人工作的环境一般是复杂崎岖地形,地表覆盖、地势等地形特征都存在较大的变化率,且具有不确定性。这就要求机器人在能够识别复杂地形的前提下,还具备可通过性判断能力,并且机器人能随着环境变化而自适应的改变自身的处理算法,具有智能性。另一方面还应注意到:这种识别和判断并不需要特别精确,只需要建立一种能保证导航能顺利进行的大致描述即可。模糊推理方法和基于概率统计思想的

)对硝烟、雨雾等环境干扰有鲁棒的处理方法在硝烟、雨雾随机存在的情况下,机器人必须具有抑制这类环境干扰的方法,装备的传感器系统及采用的软件算法需具有良好的干扰处理能力,以保证机器人在干扰存在情况下仍能保证正常工作。

2 军用自主车的典型研究工作在发展自主军用机器人的道路上,标志性的工作有:

项目的目标是开发出能够标明更高水平移动性、耐力及负载能力的高级车辆。研发出150kg和1,500kg两种负载能力的车辆。对以下参数进行了非约束性优化设计:· 冲击约束(碰撞,翻车,爆炸)

· 在核、生物和化学环境中的生命支持· 人机界面的约束条件(如:脚踏板、座椅、方向盘)

2011至2036年集成化现代战争无人系统计划实施以来,其国防部已在伊拉克和阿富汗收购和部署了数千UGS,用于战争机动支援与服务。约有8000个不同类型的UGV已被部署于“持久自由行动”和“伊拉克自由行动”。截至2010年9月份,这些UGV已在125,000次任务中发挥了作用。这些任务包括:可疑对象识别、道路清理、爆炸装置(IED)定位及引爆。在排爆任务中,陆军,海军和海军陆战队检测并排除了11000个IED。一个叫做Talon的拆弹机器人的排爆操作现场如图4所示。

4)以色列多用途无人侦察车“Guardium”以色列也是无人战车开发和应用的先驱者,“

Future Combat Systems, FCS)是将自主车的研究推向实用的最重要领域,无人战车便是自主车的一种应用类型。无人战车可分为自主式和遥控式两大类。80年代前,各国军事部门侧重发展自主式无人战车,但因受当时图形处理、数据融合等关键技术的限制,进展缓慢,因此80年代重点逐渐转向遥控式无人战车。90年代后,自主式车辆技术及其他关键技术有突破性进展,自主式无人战车重获新生。从自主性程度来看,总的趋势是由遥控到半自主再到最终的全自主。美国国防部在最近宣布的2011至2036年集成化现代战争无人系统计划[1]中,将无人系统划分为无人机系统(Unmanned Aircraft Systems,UAS)、无人地面车辆系统(Unmanned Ground Systems,UGS)及无人水上系统(Unmanned Maritime Systems,UMS)三部分。

图6美国UGV总体发展路线可清晰的反映出,应用于无人战争的UGV是沿着遥控、半自主、全自主路线发展的。同时,对UGV在2005

UGV系统能力发展规划美国国防部先后研制的无人地面车辆系统家族如图8所示。图

美国无人战争系统中的无人地面系统家族无人侦察车是无人战车中首先被开发的一种类型,它体积小,不易被发现,可以接近到敌方

前线获取第一手情报信息。美国目前正在大力研制无人侦察车。美国国防部把研制“战术无人地面车辆

”(TUGV)作为联合机器人计划办公室中的最关键项目。这种无人战车是以“高机动性多用途轮式车辆”(HMMWV)的底盘为基础制造而成的,由无线电通信链路进行遥控,遥控站配备有视频显示器、导航控制系统和加速度计,以及操纵机构。TUGV可望在今后10年内开始生产并装备部队。此外,美陆军还在利用自主车辆技术、全球定位系统(GPS)和最新通信技术开发智能侦察车,已制造出样车,正在进行鉴定试验,预计该侦察车也将在若干年后装备使用。在无人侦察车之后,下一步将不可避免地要发展具有攻击杀伤能力的无人战车。美国陆军正在将“轻标枪”反坦克导弹装载到无人侦察车上,由士兵通过遥控操纵侦察车和导弹,就能对12公里处敌坦克实施攻击,如果不把导弹装在无人侦察车上,士兵必须前进到距目标2公里处发射导弹,射手位置易被暴露,生命将受到威胁。此外,美陆军还在考虑把“陶”式反坦克导弹加装到TUGV上,一个士兵可同时遥控几辆无人战车及导弹,以对付多个坦克目标。无人战车再进一步发展可能就是无人坦克。目前美国国防科学委员会的高级官员认为,实现无人坦克是较为遥远的事情,因为无人坦克技术目前尚不成熟。俄罗斯已在T-72坦克基础上研制出有人与无人两用的坦克;在无人驾驶时,该坦克借助视觉导航系统和外置操纵台,能自行行驶、发射武器命中目标,或排除障碍和解决其他一系列复杂的问题。国外军事专家普遍认为无人坦克终将能实现,所需技术也可望解决。美国无人系统计划中特别强调要大力提高现有无人系统的自主性,降低人工干预程度。未来战场UGV

、可靠性、生存能力、360°感知、录音保真度及爆炸物检测方面加以改进以满足战争需求。【作者简介】:杜明芳,工学博士,控制科学与工程专业,副教授,高级工程师。中国卫星导航定位协会大数据专委会专家委员、中国通信工业协会专家、中国BIM标委会理事、中国指挥与控制学会专家委员等。

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