0 引　言

近年来，人工智能技术的不断发展，赋予了机器以人类的“智慧”。各个领域的智能无人系统蓬勃发展，为现代战争提供更多的可能性。在海战领域，无人舰艇作为一种新质力量，其应用范围越来越广泛。单艘无人舰艇在独立执行任务方面存在一定限制，无法充分发挥其潜在能力^[1]。无人舰艇集群协同作战则可以大幅提升整体作战效能，还具备执行反舰作战任务的能力^[2]。但由于海上作战环境的不确定性以及需执行任务的复杂性，现有的基于先验知识进行设计的智能无人系统仍然无法完全代替有人节点^[3]。因此，如何通过有人节点和无人节点的协同尽快满足实战需要是当前关注热点。

1 有人/无人舰艇协同控制优势

近年来，美国等西方强国都在大力推进小、中、大型无人舰艇研制工作，以构建具有新型战斗能力的水面舰艇编队。美国战略与预算评估中心在报告《重夺海洋：美国水面舰队向决策中心战的转型》中建议，把资金投入到无人护卫舰的研发中^[4]。此类护卫舰主要装备进攻型武器，可作为有人舰艇的艇外“弹匣”。在2020财年的舰艇建造计划中，美国海军明确提出了未来水面舰艇配置比例为大型有人水面舰艇∶中小型有人水面舰艇∶大型无人水面舰艇∶中型无人水面舰艇为1∶2∶3∶4，其中无人平台的占比高达70%^[5]。由此可见，美国等强国高度重视对无人舰艇的发展与运用。受限于当前无人平台自主能力水平，有人舰艇与无人舰艇作战任务适用性各有特点。

1）水面无人舰艇在协同作战中的优点有：①持久性和耐力。水面无人舰艇配备了先进的自主导航和控制系统，它们可以根据事先设定的任务指令进行航行、侦察、监视和打击等操作^[6]。对于重复性的任务，无人舰艇能保持高度集中的状态，能够在长时间内保持高水平的执行能力，不受任务的单调性或重复性的影响。②降低风险和成本。使用水面无人舰艇进行协同作战可以降低操作人员的风险。无人舰艇可以承担一些危险的任务，如清除水雷、执行水下侦察等。此外，在协同作战中使用无人舰艇可以降低整体作战成本^[7]。无人舰艇相对于有人舰艇来说，其成本以及维护和运营花费较低，如美国的海上猎人验证艇每日使用成本只有阿利·伯克级驱逐舰的几十分之一。

2）水面有人舰艇在协同作战中的优点有：①人类的操作和决策能力。水面有人舰艇由人类操作员控制，他们可以根据实时的情况做出灵活的调整和决策，适应不同的战场环境和任务需求。人类操作员具备丰富的经验和专业知识，可以根据实际情况进行战术判断并做出快速反应，提高任务执行的灵活性。②情境感知和分析能力。人类操作员通过视觉、听觉、触觉等感知方式获取环境信息，能够对复杂的战场态势进行感知和分析。他们具备丰富的经验，能够准确识别目标，分析敌情和友军动态，并作出相应的决策。③必要的人类伦理考量。在战场环境中，人类操作员能够根据伦理、法律和道德准则进行决策和行动，他们能够权衡各种因素，遵循国际人道法和战争规则，在实时决策和执行过程中更灵活的保护人员安全和避免无谓的破坏。

3）有人/无人舰艇协同作战的优点：①综合灵活性强。有人/无人舰艇协同作战结合了人类智慧和无人系统的优势，使得作战能力得到有效提升^[8]。水面有人舰艇可以承担复杂的任务，如战场态势判断和作战任务规划，而无人舰艇则可以执行危险、重复或极其精确的任务，如巡逻、侦察、目标定位或水雷清除。这种有人/无人舰艇的分工协作提高了作战效率和任务执行能力。②高度可靠性。有人/无人舰艇协同作战时，无人舰艇可以执行潜在的高风险任务，从而保证有人舰艇的安全和人类操作员的安全。由于战场局势复杂多变，当无人舰艇因故障或环境影响等因素导致失能或失控时，可由有人舰艇负责干涉回收。

2 有人/无人舰艇协同决策控制框架

水面有人/无人舰艇协同作战可以根据有人节点的工作特点分为集中式协同决策、分布式协同决策和混合式协同决策^[9]。在混合式协同决策^[10]中，有人节点和无人节点都具有决策权限，根据决策等级不同，有人节点和无人节点分别执行不同决策等级的任务。在这种决策模式下，无人舰艇的全局智能化要求较高，具备单独完成任务的能力，同时也可以协助有人舰艇完成任务。本文水面有人/无人舰艇协同决策控制框架在混合式协同决策的基础上进行阐述，控制框架图如图1所示。

此框图从感知-调整-决策-行动（Observe-Orient-Decide-Act, OODA）这4个层面对有人节点和无人节点的功能进行划分^[11]，并给出有人无人节点协同决策控制的具体结构。相较于单无人节点的OODA环节，本框图中增加了对有人节点与无人节点之间交互内容的分析，具体如下：

首先，对于感知层面与调整层面交互信息按照任务类型数量进行区分：感知层面中有人舰艇与无人舰艇信息交互的任务类型只有传感器信息，任务类型较少；调整层面中信息交互包括来自有人舰艇与无人舰艇的综合态势信息、各个艇之间的决策信息、各个艇的任务执行状态信息与现存的载荷资源信息。由于信息交互的任务类型较多，框架图中用粗箭头表示。其次，在决策层面中，由于可能存在无人节点的智能系统无法对任务进行决策处理的情况，无人节点上报给有人节点中无人舰艇控制端进行协助，无人舰艇控制端再将决策控制指令发送给无人节点。最后，在行动环节，本框图增加了协同执行任务后，有人节点对自身与无人节点的任务执行效能进行评估的模块。

2.1 无人节点控制

混合式协同决策中，无人节点配备全局智能化系统，具有自主能力，基于高层的任务指令和战场态势感知信息，通过自我的“思考”对无人舰艇进行控制。

1）感知（Observe）：无人舰艇通过搭载各种传感器和设备来获取周围环境的相关信息，包括雷达、光学传感器、水声传感器、GPS导航系统和气象传感器等。如图2所示，雷达用于水面目标的检测、跟踪和识别，提供水面目标位置、速度和方向等信息。光学传感器用于获取水面实时图像和视频数据，实现视觉感知。水声传感器用于水下目标的探测，获取水下目标位置、距离和运动信息。GPS导航系统用于对船舶的经纬度位置进行测定。气象传感器监测水面的气温、气压、风速和海况等气象参数，帮助无人舰艇适应变化的水面环境。

2）调整（Orient）：无人舰艇接收来自感知层的信息与有人节点的信息，并且在无人节点执行行动控制后，实时接收无人舰艇状态，形成对当前情景和态势的综合理解与整合。再将整合处理后的数据与态势信息传递给下一决策层，同时将得到的综合信息向有人节点发送，以便有人节点形成对全局态势的掌握。在本环节中，无人舰艇的具体工作分为数据处理与态势更新，如图3所示。①数据处理：无人舰艇对来自有人节点的信息与自身感知到的数据进行处理与融合。包括数据预处理、数据校验、降噪以及将不同类型数据整合，综合形成环境状态和目标信息。②态势更新：通过感知和数据处理，无人舰艇评估自身状态，并随着时间推移实时的对状态进行更新，包括无人舰艇经度、纬度、速度、航向、俯仰角等参数的评估和更新，以及对水文环境变化的监测。

3）决策（Decide）：在对调整层收集到的信息与行动层的当前行动结果进行综合分析和评估之后，决策环节主要根据预先设定的算法和接收到的数据信息做出相应决策，如图4所示，分为协同处理与制定决策2大方面。①协同处理：根据有人平台的指令和接收到的综合信息利用智能系统对任务等级进行判断。若等级较低，则由无人节点自主进行决策与执行。若等级较高，无人节点无法自主完成，则向有人节点中的无人舰艇控制端请求协助，对任务进行更新处理。②决策制定：在与有人节点交互后，根据任务要求和策略，制定行动决策，包括水面目标选择、编队队形设计、航行路径规划与导引策略、打击武器释放、通信信号传递等。最后将制定的决策传递给下一行动层。

4）行动（Act）：无人舰艇综合自身决策层制定的行动计划与有人节点中无人舰艇控制端的任务规划对航行状态和载荷进行控制，如图5所示。①航行控制：无人舰艇单艇根据制定的决策信息，控制和调整自身的航行模式、完成集群编队队形与集群避障等任务。②载荷控制：根据决策信息，实现对各类载荷的控制。包括传感器载荷、武器载荷、通信载荷、救援和搜救载荷以及水下作业载荷。其中，传感器载荷用于收集环境数据、目标探测和识别、情报搜集以及目标跟踪等任务；武器载荷用于攻击、防御和干扰敌方目标；通信载荷用于与指挥中心、有人舰艇或其它无人舰艇进行通信和数据传输；救援和搜救载荷用于搜救遇险人员、提供医疗援助等任务；水下作业载荷用于水下勘探、修理、拆除炸弹等任务。在无人艇执行行动过程中，实时将行动效果与艇身状态反馈给自身的调整层与决策层；并在任务执行结束后，将执行效果传递给有人节点的事后评估阶段。

2.2 有人节点控制

混合式协同决策中，有人节点利用人的思维方式和丰富经验协同指挥与配合无人节点对任务进行处理。

1）感知（Observe）：有人节点与无人节点同样利用传感器对自身的环境进行感知。由于无人舰艇自身的机动性和隐蔽性较好，有人节点也通过各个无人节点进行目标区域或外围环境的信息感知。但当环境存在复杂的特征或不确定性时，有人节点的介入可以更好地理解和解释环境情况。此外，通过人的观察，可以获取更全面、深入的情报，包括对环境、敌对力量、任务目标等的感知。有助于整体作战任务感知环节能力的提升。

2）调整（Orient）：根据从无人协同节点得到的综合信息与自身感知层的综合信息，有人节点对当前协同作战体系中各个无人舰艇的态势进行整合，从而实现对全局态势的掌握与监督。有人节点的介入可以帮助整合和解释来自多个传感器和信息源的数据，并将融合态势与目标分发到无人节点。人在智能算法融合信息的基础上以更高级别的认知能力进行信息分析、整合与解释，从而提供更深入、全面的理解。这部分信息对于后续环节的有效决策至关重要，特别是在处理矛盾信息或误导信息时。

3）决策（Decide）：决策是在收集和分析信息的基础上做出行动选择的过程。协同决策是指多个无人舰艇、集群或有人节点之间通过合作和协同工作，共同分析问题、制定决策，并执行行动来达成共同的目标。所以有人节点不仅接收自身上一调整层的综合态势信息，也接收来自无人节点的任务请求。若存在无人节点能自主决策的情况，有人节点对无人节点的决策信息进行监督，此时有人节点仅对自身的行动进行任务规划，并将任务规划信息传递给行动层；若存在无人节点无法自主决策的情况，有人节点的无人艇控制端对无人节点进行决策处理，此时，有人节点综合判断任务特点，制定任务规划，分别传递给无人节点的决策层与有人节点的行动层。这是因为无人舰艇对于一些重大的决策，特别是涉及到战术、战略层面的决策，还需人的介入。此外，当无人舰艇出现与决策不一致的行动、目标冲突或协同问题时，需要人的介入来协调并解决冲突。人能利用沟通、协商和领导能力来促进集群中各个节点之间的协作，以达成共识并推动协同系统的有效运行。

4）行动（Act）：有人节点根据决策信息，对自身的航行状态与载荷进行控制。此外，有人节点在此层面还对整体协同效能进行事后评估^[12]，分别进行事后分析、效果分析和总结报告。其中，事后分析主要对整体协同作战的目标达成程度进行评估；效果分析则是对指挥效率、作战单位的协同配合、指挥与控制系统的性能等方面进行分析评估；总结报告是有人节点对事后评估内容的综合报告，利用此报告与上级指挥官、其他相关人员和团队进行问题沟通与建议整改。有人节点通过评价和分析无人节点的决策和行动效果，发现潜在的问题与故障，进行改进与优化。这将有助于改善无人节点的决策算法和行动策略，同时促进提高有人节点和无人节点的协同效能，提高整体作战集群的综合效益。

3 特定任务场景分析 3.1 协同侦察预警

预警是指利用各种探测和监视手段，对各种军事威胁目标进行发现、识别、跟踪或监视，为防卫或反击作战提供情报保障。在协同侦察预警任务中，有人舰艇和无人舰艇相互协作，共同搜索、侦察、监视和分析特定区域的目标和情报，并提供及时的警报和决策支持^[13]。

在协同预警任务中，有人舰艇无人舰艇的协同决策在OODA层中，主要体现在感知（O）、调整（O）层。在感知层面：无人舰艇主要对较远距离的任务区域或危险复杂的任务区域的环境信息进行感知，有人舰艇则对较近或相对安全范围内的环境进行感知。无人舰艇与有人舰艇均通过搭载的传感器进行机动侦察和数据收集工作，包括图像、视频、声音等，同时利用配备的定位设备和传感器，确定目标的精确位置与相关信息。在调整层面：无人舰艇将探测到的综合目标态势数据和自身状态信息通过无线通信技术传输给有人舰艇，有人舰艇在接收到数据信息后，综合自身信息形成对全部任务区域环境信息和目标信息的掌握，进而判断是否存在潜在的风险或对存在的威胁进行评估。随后有人舰艇在决策层中根据上述信息制定决策，包括是否向指挥中心和其他协同者发出警报，是否采取行动和是否规划无人舰艇下一任务等。

协同预警中，无人舰艇前出探测，一方面扩大了整个协同作战系统的感知范围，另一方面，若前出探测时受到攻击，有人舰艇可及时获知并组织应对措施或实施及时后撤。通过有人/无人舰艇的协同控制，实现了侦察范围的扩大、保障了有人舰艇的安全、提高了执行预警任务的效率，从而获得更有效、全面的情报和决策支持。

3.2 协同作战攻击

协同攻击是指在协同作战中，无人舰艇与有人舰艇相互配合，分工协作^[14]。无人舰艇可以深入敌后，对海上军事目标进行连续的近身监视，为有人舰艇提供情报支撑，有人舰艇进行任务决策和行动规划，与无人舰艇协同对敌方实施攻击，以达到提高任务执行效率、增强作战能力的目的。

在协同作战攻击任务中，有人舰艇与无人舰艇的协同主要体现在决策（D）和行动（A）层面。虽然在观察和调整层，有人舰艇也利用无人舰艇对周围环境及目标进行感知，再综合任务需求进行决策制定。但相对于任务场景来说，协同更多体现在决策和行动层面。在决策层面中，有人舰艇基于情报分析、态势认知和指挥命令，制定战术决策，如选择攻击目标、选择武器和攻击方案等，无人舰艇接收有人舰艇的战术决策和指示，并结合自身资源和信息制定无人舰艇行动决策，如调整攻击姿态、协同攻击、提供火力支持等。在行动层面中，无人舰艇根据决策信息自主的移动到目标位置，利用自身的导航和控制系统执行对敌方目标的攻击行动，如发射鱼雷、干扰弹、无人机等。同时有人舰艇根据决策信息，在行动环节利用自身携带的反舰导弹等更多种类的武器对较大距离的海上、陆地或者空中目标进行精确打击。在攻击过程中，有人舰艇实时掌握无人舰艇的状态，可以根据战场局势随时改变目标或调派无人舰艇进行战术攻击，并对紧急事态进行处理。

在协同作战攻击中，有人舰艇与无人舰艇的协同扩大了攻击范围^[15]。同时利用有人舰艇的人类操作员的决策能力，可以进行复杂的战术分析和决策制定，增加了攻击的准确性，并能实现战场情报的实时共享。

4 结　语

水面有人/无人舰艇协同决策控制的发展不仅提高了任务执行的效率和准确性，还增强了对复杂环境的感知和对变化情况的适应能力。本文在对水面有人/无人舰艇协同决策控制优点分析的基础上，总结出一种水面有人/无人舰艇协同决策控制框架，从OODA的4个层面对有人/无人舰艇具体分工进行表述。最后对协同侦察预警与协同作战攻击2个特定任务场景在OODA的不同层面的协同进行阐述与分析。