DARPA 推進無人系統集群的城市作戰應用

2018 年3 月，DARPA 發布「進攻性集群戰術」（OFFSET）項目第一階段第二個「集群衝刺」活動跨部門公告，圍繞提升集群自主水平，尋求解決方案並開展驗證，探索無人系統集群在複雜城市環境中的作戰應用。

一、項目概況

在城市作戰中，採用無人機、無人地面車輛執行情報監視偵察、排雷等任務可顯著提升作戰效能，若引入集群作戰則將進一步凸顯作戰優勢。目前，美軍缺乏管理無人系統集群並與之交互的技術，也缺乏適用不同城市環境作戰的集群戰術。為此，DARPA 戰術技術辦公室於2017 年2 月發布OFFSET項目跨部門公告，為城市作戰的步兵單元開發至少100 種集群戰術，並採用由上百個無人機、無人地面車輛構成的集群驗證新戰術，重點促進集群自主、人機編隊兩大領域的技術成熟。

OFFSET 項目周期42 個月：第一階段為期18 個月，目標是實現50 個異構無人系統在城市環境中封鎖1 個目標；第二階段為期12 個月，目標是在城市環境中採用100 個異構無人系統執行1 次攻擊任務；第三階段為期12 個月，目標是在城市環境中採用250 個異構無人系統攻佔1 個區域。

集群自主驗證指標包括：（1）在虛擬環境下，每季度開發不少於10 種新戰術；（2）在集群任務中，評估新戰術的時間少於15 分鐘；（3）將集群戰術架構集成到物理集群平台，每100個無人系統的集成時間少於24 小時。

人機編隊驗證指標包括：（1）對集群實施空中戰術更新，部署新戰術的時間少於1 分鐘；（2）構建基於新戰術的可行行動方案，構建時間1 分鐘，行動方案的數量大於3 種；（3）集群規模可變化，無人系統數量變化±50%。

二、項目組織方式及特點

1、組織方式

OFFSET 項目計劃開展兩種「集群衝刺」活動，用於集群戰術的開發、驗證和集成：一是「核心集群衝刺」，即每隔6 個月向學術機構、大型企業等徵集提案，重點針對集群戰術、集群自主、人機編隊、虛擬環境、物理測試平台等5 大領域；二是「特別集群衝刺」，根據迫切需求研究某一領域，可能會與「核心集群衝刺」同時進行。

圖1 OFFSET 項目進度安排

DARPA 初步計劃在OFFSET 項目中開展7 個「集群衝刺」活動，每個階段開展2～3 個：第一階段，開展集群戰術、集群自主2 個活動；第二階段，開展集群戰術、人機編隊、虛擬環境3 個活動；第三階段，開展集群戰術、物理測試平台2 個活動。

2、特點

DARPA 通常採用常規、挑戰賽、眾包三種方式開展項目。其中，常規方式即圍繞目標分階段實施，通常採用如下方式開展：一是同時資助多個項目方案，以降低單個方案失敗帶來的風險；二是各階段設定若干技術任務，隨項目推進各技術任務逐漸融合，項目承包商也隨之調整；三是設定主承包商，每份合同通常涉及多家參研單位，將合同授予主承包商有助於管理眾多參研單位。

OFFSET 項目圍繞250 個異構無人系統攻佔1 個區域的最終目標，將關鍵技術拆分到三個階段分步實現，屬於DARPA 項目的常規組織方式，其部分組織特點值得參考和借鑒。

（1）集群戰術採用由上至下、需求牽引的研發方式

在OFFSET項目前，相關研究通常聚焦集群演算法，即由演算法組合形成集群行為，由行為組合形成集群戰術。但這種由下至上形成的集群戰術效用有限，通常與作戰需求脫節。而OFFSET 項目將聚焦集群戰術的開發、評估和集成，由集群戰術推演相關的行為和演算法，這種由上至下、需求牽引的研發方式將更切合作戰需求。

圖2 OFFSET 項目採用由上至下的集群戰術開發方式

（2）細化關鍵技術和承包商，降低項目風險

OFFSET 項目設置了3 個階段，但實質上按照7 個「集群衝刺」活動（不含「特殊集群衝刺」）分步推進，技術被進一步拆分和細化；在每個「集群衝刺」活動中，DARPA 將授出提案者和集成商兩類合同，根據已啟動的2 個「集群衝刺」活動看，提案者主要負責提出集群戰術、集群自主等方案，集成商重點負責開發虛擬/真實環境下的架構，並驗證提案者方案，雙方合作共同促進單項關鍵技術成熟。

三、最新進展

截至2018 年4 月，OFFSET 項目已先後發布第一階段2 個「集群衝刺」活動跨部門公告。

1、首個「集群衝刺」

2017 年10 月12 日，DARPA 啟動首個「集群衝刺」活動，目標是開發集群戰術，支持由50 個異構無人系統在兩個街區、15～30 分鐘內封鎖一個目標。涉及的集群戰術包括：偵察作戰區域、繪製作戰區域地圖、識別作戰區域的出入口、識別/定位/追蹤目標、維持側翼和後方安全、定位/識別/對抗敵方火力、實施偽裝或誘騙、與己方機動力量保持通信、部署感測器網路、標定進入和退出點等。

2018 年2 月，DARPA 確定洛馬公司（獲得36.35 萬美元資助）、翱翔技術公司、查爾斯河分析公司（獲得48.81 萬美元資助）、馬里蘭大學（獲得64.60 萬美元資助）、卡內基梅隆大學為首批「集群衝刺」的提案者，確定諾格公司（獲得370.91 萬美元資助）、雷聲公司（獲得322.34萬美元資助）為集成商。諾格公司正在設計、研發和部署一種基於遊戲的虛擬開放式架構。雷聲公司正在開發一款虛擬現實（VR）界面，目標是實現一名操作員可操控無人系統集群。現已完成對50架無人機的操控測試，在測試中，操作員可操控無人系統集群。現已完成對50架無人機的操控測試，在測試中，操作員通過HTC Vive 虛擬現實頭盔、控制器、WI-FI 設備等與無人機開展交互。目前，該頭盔僅擁有一些簡單的指揮能力，例如在集群中選定部分無人機前往特定區域執行任務，未來將增加語音指控功能。

圖3 OFFSET 項目開發的集群戰術概念圖

2、第二個「集群衝刺」

2018 年3 月26 日，DARPA 啟動第二個「集群衝刺」活動，聚焦集群自主領域，目標與首個「集群衝刺」活動一致，即支持由50 個異構無人系統在兩個街區、15~30 分鐘內封鎖一個目標。目前，DARPA 尚未授出第二個「集群衝刺」活動合同。

四、結語

城市作戰環境複雜，密集的建築易降低感測器效能，干擾甚至阻斷GPS 等通信信號，影響態勢感知能力。因此，DARPA 已啟動多個項目，積極探索無人系統在城市作戰中的應用。2014 年啟動「快速輕量自主」（FLA）項目，開發先進的感知和自主演算法，使小型無人機在無遙控信號和GPS 信號情況下，藉助機載高解析度攝像機、激光雷達、聲納或慣性測量單元在房間、樓梯、走廊或其他設障城市環境中自主飛行；2015 年啟動「X 班」項目，目標是在城市作戰中為步兵單元引入無人機、機器人等智能化裝備，在數百米範圍內建立感知警戒線，提升步兵態勢感知、精準打擊等能力。

美軍在不斷擴大無人系統部署規模、強化其任務能力，並通過有人/無人裝備協同、無人裝備集群的方式提升整體作戰效能。無人系統應用領域已從情報監視偵察、排雷防爆、通信中繼等擴展到電子戰、火力支援等。當前，無人系統已不再是簡單用於降低作戰人員危險的輔助工具，正逐步發展為未來作戰的主要裝備。

（藍海星：孫明月 於憲釗）

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