對無人機互操作性標準的一些探討

1、對無人機互操作性標準的一些探討姓名：蔣豐澤學院：九院 學號： 201209064017 專業(yè)道路橋梁與渡河瀕海工程摘要：本文從標準跨度和范圍、管理方法、分類和限制、使用方法、技術途 徑和狀態(tài)等方面重點分析了國外現(xiàn)行主要無人機系統(tǒng)互操作性標準現(xiàn)狀， 包括北 約組織標準化協(xié)議和聯(lián)合無人系統(tǒng)體系結構系列標準； 并通過與國內無人機系統(tǒng) 互操作性相關標準對比分析， 提出我國無人機系統(tǒng)互操作性標準研究編制工作的 建議。關鍵詞： 無人機系統(tǒng)；互操作性；標準一、引言二十世紀八十年代以來， 在軍事需求、 民用航空和經(jīng)濟發(fā)展的牽引下， 無人 機系統(tǒng)( UAS: Unmanned Aerial System ) 在

2、世界范圍內得到了廣泛重視。國際 上在研及現(xiàn)役無人機系統(tǒng)的種類和數(shù)量均大幅增加， 在提升作戰(zhàn)能力、 推動民航 發(fā)展、促進經(jīng)濟增長的同時，也帶來了重復建設、缺乏共享信息平臺、通用性差 等問題。針對上述問題， 世界軍事強國均開展了相關技術及解決方案研究， 其中美國 國防部無人機路線圖 2002-2027 明確指出，無人機系統(tǒng)互操作性是解決上述問 題的關鍵技術， 通過建立適當?shù)幕ゲ僮餍詷藴剩?包括技術體系、 接口標準和標準 的操作程序， 可以有效減少購置成本、 實現(xiàn)不同用戶傳感器數(shù)據(jù)的共享、 簡化操 作和戰(zhàn)術控制問題、采用相同的操作程序并減少訓練需求目前，無人機系統(tǒng)互操作性標準已成為世界范圍內無人機系

3、統(tǒng)研制方和使用 方共同關注的焦點， 國際無人機系統(tǒng)標準化組織也制定了一系列互操作性標準， 包括北約組織( NATO) 發(fā)布的標準化 協(xié)議( STANAG: Standardization Agreements ) 和機動車工程師協(xié)會無人機系統(tǒng)工作組 SAE AS-4 發(fā)布的聯(lián)合無 人系統(tǒng)體系結構( JAUS: Joint Architecturefor Unmanned System) 系列標準。 本文從標準跨度和范圍、管理方法、分類和限制、使用方法、技術途 徑和狀態(tài) 等方面重點分析了 NATO STANAG 和 JAUS 系列標準，并通過與國內無人機 系統(tǒng)互操作 性相關標準對比分析，提出我國

4、無人機系統(tǒng)互操作性標準研究編制 工作的建議。二、NATO STANAG列標準現(xiàn)狀分析NATO STANAG 系列標準是國際上成功的互操作性標準，由美國國防部長 辦公室 AT&T 、陸軍、 海軍等多部門經(jīng)費支持，適用于無人機、無人水下航行 器、無人海面艇等無人系統(tǒng)。 該系列標準受北約組織控制， 僅在北約組織內部國 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準， 廣泛應用于政府、工業(yè)部門無人機系統(tǒng)的研制和生產，目前標準為第 2 版本。NATO STANAG 系列標準中信息與傳輸相互獨立， 通常采用 UDP/IP 傳輸。 STANAG 系列標準的主體是消息協(xié)議，標準中提供的

5、信息套包能夠支持以下無 人機系統(tǒng)功能：支持無人機系統(tǒng)遙操作；支持無人機機載傳感器和操縱器等有效載 荷的控制能力； 支持任務計劃的傳遞和更新；已經(jīng)定義了支持 MIL-STD-1760 飛機 /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 版本中應用。NATO STANAG 系列標準覆蓋了無人機系統(tǒng)互操作應用的所有關鍵環(huán)節(jié)， 能夠形成一套完整的互操作標準體系。盡管 STANAG 系列標準是北約組織頒布 的，但美國均參與研究和率先使用， 并在很多軍事應用中與美國其他標準具有互 換性。三、JAUS系列標準現(xiàn)狀分析JAUS 系列標準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)費支持， 適用于無人機、 無人地面車輛、 無人水下航行 器、無人水面艇等無人系統(tǒng)，目前使用的標準版本是參考體系結構 3.3。 JAUS 系列標準未進行使用分類和限制，美國國防部等多個部門使用該系列標準。JAUS 系列標準中信息與傳輸相互獨立，通常采用 UDP/IP 傳輸。 JAUS 系 列標準主要包含具有非強制性的結構組件的消息協(xié)議， 并逐步向面向服務的體系 結構發(fā)展。目前標準中提供的信息套包能夠支持以下無人機系統(tǒng)功能：支持無人機系統(tǒng)遙操作；支持無人機機載傳感器和操縱器等有效載 荷的控制能力； 支持無人機環(huán)境數(shù)據(jù)信息的有效描述；支持將相關信息向地面控制站的反饋功 支持

7、任務計劃的傳遞和更新；采用 MIL-STD-1760 飛機 /懸掛物電氣連接系統(tǒng)要求 支持機載武器系統(tǒng) 控制能力圍繞聯(lián)合無人系統(tǒng)體系結構 ,AS-4 下設的四個分組各有側重的開展了相關 工作，四個分組分別為 AS-4A 結構框架分組、 AS-4B 網(wǎng)絡環(huán)境分組、 AS-4C 信息建模與定義分組、 AS-WD 無人系統(tǒng)性能評估分組，各組主要負責的聯(lián)合無 人系統(tǒng)體系結構相關工作。四、無人機系統(tǒng)互操作性標準融合策略基于上述分析，NATO STANAG與JAUS系列標準的異同可歸納為： 均為基于消息的標準，在很多領域存在重復的研究工作；NATO STANA最初是針對無人機系統(tǒng)編制，重點是機載數(shù)據(jù)的傳輸

8、處理； JAUS 系列標準最初是 針對無人 地面系統(tǒng)編制，重點是系統(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系列標準可用于各類無人系統(tǒng)。為了避免 NATO STANAG 與 JAUS 系列標準之間的沖突，實現(xiàn)真正意義的 互操作，達成標準的一致性， NATO STANAG 與 JAUS 系列標準均以面向服務 的體系框架(SOA : Service Oriented Architecture)為發(fā)展目標，逐步實現(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 系列標準或 取消 JAUS 系列標準，在所有無人

9、系統(tǒng)中僅保留并使用 NATO STANAG 系列標 準；(2 )取消NATO STANAG與JAUS系列標準，在其基礎上重新編制無人系 統(tǒng)標準；?(3 )保留NATO STANAG與JAUS系列標準，定義標準之間轉換模塊；(4)系統(tǒng)的融合 NATO STANAG 與 JAUS 系列標準， 例如采用面向服務的體系框架五、國內無人機系統(tǒng)互操作性標準現(xiàn)狀分析及編制建議 目前國內在推進無人機系統(tǒng)通用性和互聯(lián)性方面， 圍繞測控與信息傳輸系統(tǒng) 開展了信息傳輸結構相關標準的研究， 并制定了無人機測控與信息傳輸系統(tǒng)通 用鏈路協(xié)議、無人機測控與信息傳 輸系統(tǒng)端機性能要求 、無人機測控與信 息傳輸系統(tǒng)消息格式 、

10、無人機測控與信息傳輸系統(tǒng)通用信道要求 等多項標準， 已經(jīng)具備了一定的研究基礎和技術儲備。但相比國外無人機系統(tǒng)互操作性標準， 體系還不完善， 標準之間的協(xié)調性不強， 且現(xiàn)有標準的技術覆蓋面與型號通用性 上還存在一定差距?；谏鲜龇治?，針對國內無人機系統(tǒng)互操作性 標準研究編制現(xiàn)狀及型號研 制需求，提出如下建 議：1、成立無人機系統(tǒng)互操作性標準研究聯(lián)合工作小組，明確管理計劃和工作 重點。借鑒國外互操作性標準技術體系， 重視無人機系統(tǒng)操作框架、 系統(tǒng)框架和 技術框架的定義，盡快確定我國無人機系統(tǒng)聯(lián)合技術框架及配套互操作性標準體 系，以應對我國無人機系統(tǒng)種類及數(shù)量日益繁多的問題。2、增加 NATO ST

11、ANAG 及 JAUS 系列標準預先研究的相關課題。加強對 互操作性標準體系、 聯(lián)合無人系統(tǒng)體系結構及頂層標準的深入理解，引導面向 互操作的聯(lián)合無人機系統(tǒng)相關標準研究和 編制工作的逐步開展。3、加強互操作性標準體系及聯(lián)合無人系統(tǒng)體系結構標準概念和研究編制相關標準必要性與可行性的應用宣傳。 重點介紹己廣泛應用的標準、 技術、實現(xiàn)方法和產品4、開展支撐無人機系統(tǒng)互操作的新技術標準研究。通過對目前發(fā)展和使用的互操作性相關技術， 研究編制對應的標準和規(guī)范， 提升與新技術配套的硬件及 軟件通用性，從而推進無人機系統(tǒng)互操作性。5、開展無人機系統(tǒng)互操作性標準之間的協(xié)調性分析和融合策略研究。目前 國際上主要采

12、用的無人機系統(tǒng)互操作性標準在應用領域和標準內容 方面存在諸 多重疊，開展標準協(xié)調性分析旨在明確 標準在重疊領域的沖突狀況；在此基礎 上，針對我國無人機系統(tǒng)研制和使用現(xiàn)狀，研究標準融合策略 和面向服務的體 系結構，旨在消除沖突，使標準具備向后兼容性，相互融合，形成統(tǒng)一的互操作 機制， 促進我國無人機系統(tǒng)的互操作。六、結論 在國外無人機系統(tǒng)互操作性標準實際應用效果和經(jīng)驗的推動下， 我國無人機 系統(tǒng)參研單位也逐 漸認識到互操作性成為未來無人機系統(tǒng)發(fā)展的關 鍵環(huán)節(jié)及 突破點。隨著國內無人機系統(tǒng)技術發(fā)展， 對相應的聯(lián)合體系結構和標準協(xié)議等互 操作性標準提出了迫切需求。 我們應針對我國無人機系統(tǒng)研制及使用現(xiàn)狀和需求，