跨界 · 融合 · 服務 · 創新
摘 要: 隨著無人系統技術的不斷發展，多無人系統之間的跨域協同憑借其諸多優勢成為當前無人系統領域研究和應用的熱點。首先，闡述了無人系統跨域協同的概念形成與發展歷程，并對未來發展趨勢進行了展望；其次，系統梳理了國外多無人系統跨域協同技術的研究情況，分別從比賽競技、項目研發和應用三個角度對美國、歐盟等無人系統跨域協同技術開展分析綜述；然后，介紹了無人系統跨域協同的核心問題和技術體系；最后，通過對典型應用案例分析表明跨域協同對實際應用效能有明顯提升作用，相關研究為我國未來無人系統跨域協同相關發展提供參考。
關鍵詞: 無人系統；跨域協同；信息融合；優化決策；協同控制；人機融合
1 引 言
裝備、系統的跨領域應用并不是全新的概念，而是自古存在的現象，其發展大致可分為早期萌芽、應用驅動、理念成熟和無人時代四個階段。
早期萌芽：在人類文明數千年的發展歷史中，幾乎同時具備了對地面平臺和裝備的駕馭記錄，并廣泛用于人類的日常生活、生產和軍事等各個方面。19 世紀初，人類發明了現代飛行器后，終于實現了駕馭空中平臺和裝備翱翔天空的理想。與此同時，跨域協同的概念就開始萌芽：第一次世界大戰中，飛行器廣泛用于偵察、通信、炮校等輔助性任務，為地面部隊提供支援和保障，成為空地跨域協同的較早案例。再往前追溯，人類利用孔明燈、熱氣球等來為地面人員傳輸信息和物資等活動也同樣表明了人類“將可利用空間從地面二維擴展到空間三維以提供更多便利和啟發更多能力”的樸素思想，這雖然談不上嚴格意義上的跨域協同，但不可否認地成為現代跨域協同思想的萌芽和雛形。
應用驅動：隨著現代化裝備技術的高速發展，跨域應用的案例屢見不鮮，典型代表就是馬航搜索事件。在馬航MH370 航班搜索事件中，世界各國大量利用太空、空中、水面、水下等裝備開展搜索工作，這場歷時數年的大搜索創造了多項紀錄，其中之一就是利用破紀錄數量的跨域平臺開展工作。據不完全統計，在災難后的 9天內（即截至到2014年3月17日），已經有來自26 個國家和地區的40 艘艦船、超過58 架飛機參與搜索，覆蓋范圍超過78 萬km2[1]。這一創歷史紀錄的搜索活動雖以失敗告終，但其無疑在人類歷史上留下了聯合使用陸海空天跨域裝備的濃重一筆。
理念成熟：嚴格來講，馬航搜索并不能稱為嚴格意義上的跨域協作，因為各個國家的各型裝備之間的協同方式并不緊密，甚至因各救援力量無法通過互聯協作統一行動而難稱為協同。但在同一時期，軍事領域中的跨域協同概念已經清晰并日趨成熟：2012年1月17日，美軍正式頒布《聯合作戰介入概念》，其中就明確提出了跨域協同的作戰思想[2]。隨后，美軍頒布的《美國陸軍和海軍陸戰隊的跨軍種概念：實現并維持進入》《聯合作戰頂層概念：2020年聯合部隊》《海空一體戰：軍種協作應對反進入和區域拒止挑戰》等一系列文件，對跨域協同作戰思想進行了擴充[3]，明確了跨域協同的基本內涵：在不同領域互補性地而不是簡單疊加性運用多種能力，使各領域之間互補增效，從而在多領域建立優勢，獲得完成任務所需要的行動自由。
無人時代：近年來，無人系統技術的快速壯大為跨域協同發展帶來了更多活力。這是因為相對于有人裝備，無人系統具有兩方面無可比擬的優勢：一是無人系統多樣化發展的特征明顯，極大地豐富了協同模式并為功能提升帶來了更多可能性；二是無人系統的低成本優勢明顯，為跨域協同應用從軍事走向民用奠定了堅實基礎。自此，跨域協同思想具備了蓬勃發展的基本土壤，在過去的十多年間得到快速發展。
綜上所述，本文的無人系統跨域協同是指陸、海、空、天等可在不同空間域內運行的、具有顯著功能差異性的多臺套無人系統組成有機整體，其相互間可通過信息共享與融合、行為交互與協調、任務協同與合作實現功能互補、能效倍增，從而提升面對復雜環境和使命的應對能力。跨域協同與傳統的多機協同和當前的集群協同等概念也存在明顯的差異，是無人系統應用和技術發展的新趨勢。應用層面，海、陸、空、天無人系統之間的跨域互聯與協同合作有利于充分發揮異構平臺的功能冗余性和能力互補性，實現各要素單元的一體化運用，從而達到效果互用、效能增強的綜合目的，同時跨域協同也有利于推動無人系統應用新模態的涌現，從而進一步推動無人系統在各領域發揮全新作用；技術層面，協同是無人系統自主性技術的高級階段，萬物互聯是可改變世界的潛力技術，加之被寄予厚望的集群技術，共同構成了跨域協同的技術內涵，其與人工智能、信息技術等學科的交叉融合，有望顯著推動無人系統整體技術的發展與提升。
2 國外技術發展介紹
2.1 國外無人系統發展規劃中的跨域協同
近年來，國內外針對無人系統跨域協同的重視程度日益增加，歐美的各種發展規劃中對該方向給予了諸多關注。
早在2006年，歐盟提出了機器人技術路線圖，在對面向安全與監控的機器人發展章節中明確提出了遠期發展目標（到2020+）[4]：不同種類的機器人通過合作完成高度復雜的任務。這是較早在正式規劃中提出要發展跨域協同記載。
