對(duì)無人機(jī)互操作性標(biāo)準(zhǔn)的一些探討

1、對(duì)無人機(jī)互操作性標(biāo)準(zhǔn)的一些探討姓名：蔣豐澤學(xué)院：九院 學(xué)號(hào)： 201209064017 專業(yè)道路橋梁與渡河瀕海工程摘要：本文從標(biāo)準(zhǔn)跨度和范圍、管理方法、分類和限制、使用方法、技術(shù)途 徑和狀態(tài)等方面重點(diǎn)分析了國外現(xiàn)行主要無人機(jī)系統(tǒng)互操作性標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀， 包括北 約組織標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議和聯(lián)合無人系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)系列標(biāo)準(zhǔn)； 并通過與國內(nèi)無人機(jī)系統(tǒng) 互操作性相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析， 提出我國無人機(jī)系統(tǒng)互操作性標(biāo)準(zhǔn)研究編制工作的 建議。關(guān)鍵詞： 無人機(jī)系統(tǒng)；互操作性；標(biāo)準(zhǔn)一、引言二十世紀(jì)八十年代以來， 在軍事需求、 民用航空和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的牽引下， 無人 機(jī)系統(tǒng)( UAS: Unmanned Aerial System ) 在

2、世界范圍內(nèi)得到了廣泛重視。國際 上在研及現(xiàn)役無人機(jī)系統(tǒng)的種類和數(shù)量均大幅增加， 在提升作戰(zhàn)能力、 推動(dòng)民航 發(fā)展、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長的同時(shí)，也帶來了重復(fù)建設(shè)、缺乏共享信息平臺(tái)、通用性差 等問題。針對(duì)上述問題， 世界軍事強(qiáng)國均開展了相關(guān)技術(shù)及解決方案研究， 其中美國 國防部無人機(jī)路線圖 2002-2027 明確指出，無人機(jī)系統(tǒng)互操作性是解決上述問 題的關(guān)鍵技術(shù)， 通過建立適當(dāng)?shù)幕ゲ僮餍詷?biāo)準(zhǔn)， 包括技術(shù)體系、 接口標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn) 的操作程序， 可以有效減少購置成本、 實(shí)現(xiàn)不同用戶傳感器數(shù)據(jù)的共享、 簡化操 作和戰(zhàn)術(shù)控制問題、采用相同的操作程序并減少訓(xùn)練需求目前，無人機(jī)系統(tǒng)互操作性標(biāo)準(zhǔn)已成為世界范圍內(nèi)無人機(jī)系

3、統(tǒng)研制方和使用 方共同關(guān)注的焦點(diǎn)， 國際無人機(jī)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化組織也制定了一系列互操作性標(biāo)準(zhǔn)， 包括北約組織( NATO) 發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)化 協(xié)議( STANAG: Standardization Agreements ) 和機(jī)動(dòng)車工程師協(xié)會(huì)無人機(jī)系統(tǒng)工作組 SAE AS-4 發(fā)布的聯(lián)合無 人系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)( JAUS: Joint Architecturefor Unmanned System) 系列標(biāo)準(zhǔn)。 本文從標(biāo)準(zhǔn)跨度和范圍、管理方法、分類和限制、使用方法、技術(shù)途 徑和狀態(tài) 等方面重點(diǎn)分析了 NATO STANAG 和 JAUS 系列標(biāo)準(zhǔn)，并通過與國內(nèi)無人機(jī) 系統(tǒng)互操作 性相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析，提出我國

4、無人機(jī)系統(tǒng)互操作性標(biāo)準(zhǔn)研究編制 工作的建議。二、NATO STANAG列標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀分析NATO STANAG 系列標(biāo)準(zhǔn)是國際上成功的互操作性標(biāo)準(zhǔn)，由美國國防部長 辦公室 AT&T 、陸軍、 海軍等多部門經(jīng)費(fèi)支持，適用于無人機(jī)、無人水下航行 器、無人海面艇等無人系統(tǒng)。 該系列標(biāo)準(zhǔn)受北約組織控制， 僅在北約組織內(nèi)部國 家使用，并成為北約組織以外其他國家在提升互操作性方面參考借鑒的主要標(biāo)準(zhǔn)， 廣泛應(yīng)用于政府、工業(yè)部門無人機(jī)系統(tǒng)的研制和生產(chǎn)，目前標(biāo)準(zhǔn)為第 2 版本。NATO STANAG 系列標(biāo)準(zhǔn)中信息與傳輸相互獨(dú)立， 通常采用 UDP/IP 傳輸。 STANAG 系列標(biāo)準(zhǔn)的主體是消息協(xié)議，標(biāo)準(zhǔn)中提供的

5、信息套包能夠支持以下無 人機(jī)系統(tǒng)功能：支持無人機(jī)系統(tǒng)遙操作；支持無人機(jī)機(jī)載傳感器和操縱器等有效載 荷的控制能力； 支持任務(wù)計(jì)劃的傳遞和更新；已經(jīng)定義了支持 MIL-STD-1760 飛機(jī) /懸掛物電氣連接系統(tǒng)要求 及通用 武器接口的消息格式，將在第 4 版本中應(yīng)用。NATO STANAG 系列標(biāo)準(zhǔn)覆蓋了無人機(jī)系統(tǒng)互操作應(yīng)用的所有關(guān)鍵環(huán)節(jié)， 能夠形成一套完整的互操作標(biāo)準(zhǔn)體系。盡管 STANAG 系列標(biāo)準(zhǔn)是北約組織頒布 的，但美國均參與研究和率先使用， 并在很多軍事應(yīng)用中與美國其他標(biāo)準(zhǔn)具有互 換性。三、JAUS系列標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀分析JAUS 系列標(biāo)準(zhǔn)由美國國防部長辦公室 AT&T 、 陸軍、海軍、空軍、

6、通 信衛(wèi)星工作組等多部門經(jīng)費(fèi)支持， 適用于無人機(jī)、 無人地面車輛、 無人水下航行 器、無人水面艇等無人系統(tǒng)，目前使用的標(biāo)準(zhǔn)版本是參考體系結(jié)構(gòu) 3.3。 JAUS 系列標(biāo)準(zhǔn)未進(jìn)行使用分類和限制，美國國防部等多個(gè)部門使用該系列標(biāo)準(zhǔn)。JAUS 系列標(biāo)準(zhǔn)中信息與傳輸相互獨(dú)立，通常采用 UDP/IP 傳輸。 JAUS 系 列標(biāo)準(zhǔn)主要包含具有非強(qiáng)制性的結(jié)構(gòu)組件的消息協(xié)議， 并逐步向面向服務(wù)的體系 結(jié)構(gòu)發(fā)展。目前標(biāo)準(zhǔn)中提供的信息套包能夠支持以下無人機(jī)系統(tǒng)功能：支持無人機(jī)系統(tǒng)遙操作；支持無人機(jī)機(jī)載傳感器和操縱器等有效載 荷的控制能力； 支持無人機(jī)環(huán)境數(shù)據(jù)信息的有效描述；支持將相關(guān)信息向地面控制站的反饋功 支持

7、任務(wù)計(jì)劃的傳遞和更新；采用 MIL-STD-1760 飛機(jī) /懸掛物電氣連接系統(tǒng)要求 支持機(jī)載武器系統(tǒng) 控制能力圍繞聯(lián)合無人系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) ,AS-4 下設(shè)的四個(gè)分組各有側(cè)重的開展了相關(guān) 工作，四個(gè)分組分別為 AS-4A 結(jié)構(gòu)框架分組、 AS-4B 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境分組、 AS-4C 信息建模與定義分組、 AS-WD 無人系統(tǒng)性能評(píng)估分組，各組主要負(fù)責(zé)的聯(lián)合無 人系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)相關(guān)工作。四、無人機(jī)系統(tǒng)互操作性標(biāo)準(zhǔn)融合策略基于上述分析，NATO STANAG與JAUS系列標(biāo)準(zhǔn)的異同可歸納為： 均為基于消息的標(biāo)準(zhǔn)，在很多領(lǐng)域存在重復(fù)的研究工作；NATO STANA最初是針對(duì)無人機(jī)系統(tǒng)編制，重點(diǎn)是機(jī)載數(shù)據(jù)的傳輸

8、處理； JAUS 系列標(biāo)準(zhǔn)最初是 針對(duì)無人 地面系統(tǒng)編制，重點(diǎn)是系統(tǒng)指揮控制，包括環(huán)境描述及障礙規(guī)避；NATO STANAG受控于北約組織；JAUS系列標(biāo)準(zhǔn)可用于各類無人系統(tǒng)。為了避免 NATO STANAG 與 JAUS 系列標(biāo)準(zhǔn)之間的沖突，實(shí)現(xiàn)真正意義的 互操作，達(dá)成標(biāo)準(zhǔn)的一致性， NATO STANAG 與 JAUS 系列標(biāo)準(zhǔn)均以面向服務(wù) 的體系框架(SOA : Service Oriented Architecture)為發(fā)展目標(biāo)，逐步實(shí)現(xiàn)融合， 具體策略包括：(1)取消 NATO STANAG, 在所有無人系統(tǒng)中僅保留并使用 JAUS 系列標(biāo)準(zhǔn)或 取消 JAUS 系列標(biāo)準(zhǔn)，在所有無人

9、系統(tǒng)中僅保留并使用 NATO STANAG 系列標(biāo) 準(zhǔn)；(2 )取消NATO STANAG與JAUS系列標(biāo)準(zhǔn)，在其基礎(chǔ)上重新編制無人系 統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)；?(3 )保留NATO STANAG與JAUS系列標(biāo)準(zhǔn)，定義標(biāo)準(zhǔn)之間轉(zhuǎn)換模塊；(4)系統(tǒng)的融合 NATO STANAG 與 JAUS 系列標(biāo)準(zhǔn)， 例如采用面向服務(wù)的體系框架五、國內(nèi)無人機(jī)系統(tǒng)互操作性標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀分析及編制建議 目前國內(nèi)在推進(jìn)無人機(jī)系統(tǒng)通用性和互聯(lián)性方面， 圍繞測(cè)控與信息傳輸系統(tǒng) 開展了信息傳輸結(jié)構(gòu)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究， 并制定了無人機(jī)測(cè)控與信息傳輸系統(tǒng)通 用鏈路協(xié)議、無人機(jī)測(cè)控與信息傳 輸系統(tǒng)端機(jī)性能要求 、無人機(jī)測(cè)控與信 息傳輸系統(tǒng)消息格式 、

10、無人機(jī)測(cè)控與信息傳輸系統(tǒng)通用信道要求 等多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)， 已經(jīng)具備了一定的研究基礎(chǔ)和技術(shù)儲(chǔ)備。但相比國外無人機(jī)系統(tǒng)互操作性標(biāo)準(zhǔn)， 體系還不完善， 標(biāo)準(zhǔn)之間的協(xié)調(diào)性不強(qiáng)， 且現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)覆蓋面與型號(hào)通用性 上還存在一定差距?；谏鲜龇治觯槍?duì)國內(nèi)無人機(jī)系統(tǒng)互操作性 標(biāo)準(zhǔn)研究編制現(xiàn)狀及型號(hào)研 制需求，提出如下建 議：1、成立無人機(jī)系統(tǒng)互操作性標(biāo)準(zhǔn)研究聯(lián)合工作小組，明確管理計(jì)劃和工作 重點(diǎn)。借鑒國外互操作性標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)體系， 重視無人機(jī)系統(tǒng)操作框架、 系統(tǒng)框架和 技術(shù)框架的定義，盡快確定我國無人機(jī)系統(tǒng)聯(lián)合技術(shù)框架及配套互操作性標(biāo)準(zhǔn)體 系，以應(yīng)對(duì)我國無人機(jī)系統(tǒng)種類及數(shù)量日益繁多的問題。2、增加 NATO ST

11、ANAG 及 JAUS 系列標(biāo)準(zhǔn)預(yù)先研究的相關(guān)課題。加強(qiáng)對(duì) 互操作性標(biāo)準(zhǔn)體系、 聯(lián)合無人系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及頂層標(biāo)準(zhǔn)的深入理解，引導(dǎo)面向 互操作的聯(lián)合無人機(jī)系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究和 編制工作的逐步開展。3、加強(qiáng)互操作性標(biāo)準(zhǔn)體系及聯(lián)合無人系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)概念和研究編制相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)必要性與可行性的應(yīng)用宣傳。 重點(diǎn)介紹己廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)、 技術(shù)、實(shí)現(xiàn)方法和產(chǎn)品4、開展支撐無人機(jī)系統(tǒng)互操作的新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究。通過對(duì)目前發(fā)展和使用的互操作性相關(guān)技術(shù)， 研究編制對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范， 提升與新技術(shù)配套的硬件及 軟件通用性，從而推進(jìn)無人機(jī)系統(tǒng)互操作性。5、開展無人機(jī)系統(tǒng)互操作性標(biāo)準(zhǔn)之間的協(xié)調(diào)性分析和融合策略研究。目前 國際上主要采

12、用的無人機(jī)系統(tǒng)互操作性標(biāo)準(zhǔn)在應(yīng)用領(lǐng)域和標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容 方面存在諸 多重疊，開展標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)性分析旨在明確 標(biāo)準(zhǔn)在重疊領(lǐng)域的沖突狀況；在此基礎(chǔ) 上，針對(duì)我國無人機(jī)系統(tǒng)研制和使用現(xiàn)狀，研究標(biāo)準(zhǔn)融合策略 和面向服務(wù)的體 系結(jié)構(gòu)，旨在消除沖突，使標(biāo)準(zhǔn)具備向后兼容性，相互融合，形成統(tǒng)一的互操作 機(jī)制， 促進(jìn)我國無人機(jī)系統(tǒng)的互操作。六、結(jié)論 在國外無人機(jī)系統(tǒng)互操作性標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際應(yīng)用效果和經(jīng)驗(yàn)的推動(dòng)下， 我國無人機(jī) 系統(tǒng)參研單位也逐 漸認(rèn)識(shí)到互操作性成為未來無人機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的關(guān) 鍵環(huán)節(jié)及 突破點(diǎn)。隨著國內(nèi)無人機(jī)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展， 對(duì)相應(yīng)的聯(lián)合體系結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議等互 操作性標(biāo)準(zhǔn)提出了迫切需求。 我們應(yīng)針對(duì)我國無人機(jī)系統(tǒng)研制及使用現(xiàn)狀和需求，