对无人机互操作性标准的一些探讨

1、对无人机互操作性标准的一些探讨姓名：蒋丰泽学院：九院 学号： 201209064017 专业道路桥梁与渡河濒海工程摘要：本文从标准跨度和范围、管理方法、分类和限制、使用方法、技术途 径和状态等方面重点分析了国外现行主要无人机系统互操作性标准现状， 包括北 约组织标准化协议和联合无人系统体系结构系列标准； 并通过与国内无人机系统 互操作性相关标准对比分析， 提出我国无人机系统互操作性标准研究编制工作的 建议。关键词： 无人机系统；互操作性；标准一、引言二十世纪八十年代以来， 在军事需求、 民用航空和经济发展的牵引下， 无人 机系统( UAS: Unmanned Aerial System ) 在

2、世界范围内得到了广泛重视。国际 上在研及现役无人机系统的种类和数量均大幅增加， 在提升作战能力、 推动民航 发展、促进经济增长的同时，也带来了重复建设、缺乏共享信息平台、通用性差 等问题。针对上述问题， 世界军事强国均开展了相关技术及解决方案研究， 其中美国 国防部无人机路线图 2002-2027 明确指出，无人机系统互操作性是解决上述问 题的关键技术， 通过建立适当的互操作性标准， 包括技术体系、 接口标准和标准 的操作程序， 可以有效减少购置成本、 实现不同用户传感器数据的共享、 简化操 作和战术控制问题、采用相同的操作程序并减少训练需求目前，无人机系统互操作性标准已成为世界范围内无人机系

3、统研制方和使用 方共同关注的焦点， 国际无人机系统标准化组织也制定了一系列互操作性标准， 包括北约组织( NATO) 发布的标准化 协议( STANAG: Standardization Agreements ) 和机动车工程师协会无人机系统工作组 SAE AS-4 发布的联合无 人系统体系结构( JAUS: Joint Architecturefor Unmanned System) 系列标准。 本文从标准跨度和范围、管理方法、分类和限制、使用方法、技术途 径和状态 等方面重点分析了 NATO STANAG 和 JAUS 系列标准，并通过与国内无人机 系统互操作 性相关标准对比分析，提出我国

4、无人机系统互操作性标准研究编制 工作的建议。二、NATO STANAG列标准现状分析NATO STANAG 系列标准是国际上成功的互操作性标准，由美国国防部长 办公室 AT&T 、陆军、 海军等多部门经费支持，适用于无人机、无人水下航行 器、无人海面艇等无人系统。 该系列标准受北约组织控制， 仅在北约组织内部国 家使用，并成为北约组织以外其他国家在提升互操作性方面参考借鉴的主要标准， 广泛应用于政府、工业部门无人机系统的研制和生产，目前标准为第 2 版本。NATO STANAG 系列标准中信息与传输相互独立， 通常采用 UDP/IP 传输。 STANAG 系列标准的主体是消息协议，标准中提供的

5、信息套包能够支持以下无 人机系统功能：支持无人机系统遥操作；支持无人机机载传感器和操纵器等有效载 荷的控制能力； 支持任务计划的传递和更新；已经定义了支持 MIL-STD-1760 飞机 /悬挂物电气连接系统要求 及通用 武器接口的消息格式，将在第 4 版本中应用。NATO STANAG 系列标准覆盖了无人机系统互操作应用的所有关键环节， 能够形成一套完整的互操作标准体系。尽管 STANAG 系列标准是北约组织颁布 的，但美国均参与研究和率先使用， 并在很多军事应用中与美国其他标准具有互 换性。三、JAUS系列标准现状分析JAUS 系列标准由美国国防部长办公室 AT&T 、 陆军、海军、空军、

6、通 信卫星工作组等多部门经费支持， 适用于无人机、 无人地面车辆、 无人水下航行 器、无人水面艇等无人系统，目前使用的标准版本是参考体系结构 3.3。 JAUS 系列标准未进行使用分类和限制，美国国防部等多个部门使用该系列标准。JAUS 系列标准中信息与传输相互独立，通常采用 UDP/IP 传输。 JAUS 系 列标准主要包含具有非强制性的结构组件的消息协议， 并逐步向面向服务的体系 结构发展。目前标准中提供的信息套包能够支持以下无人机系统功能：支持无人机系统遥操作；支持无人机机载传感器和操纵器等有效载 荷的控制能力； 支持无人机环境数据信息的有效描述；支持将相关信息向地面控制站的反馈功 支持

7、任务计划的传递和更新；采用 MIL-STD-1760 飞机 /悬挂物电气连接系统要求 支持机载武器系统 控制能力围绕联合无人系统体系结构 ,AS-4 下设的四个分组各有侧重的开展了相关 工作，四个分组分别为 AS-4A 结构框架分组、 AS-4B 网络环境分组、 AS-4C 信息建模与定义分组、 AS-WD 无人系统性能评估分组，各组主要负责的联合无 人系统体系结构相关工作。四、无人机系统互操作性标准融合策略基于上述分析，NATO STANAG与JAUS系列标准的异同可归纳为： 均为基于消息的标准，在很多领域存在重复的研究工作；NATO STANA最初是针对无人机系统编制，重点是机载数据的传输

8、处理； JAUS 系列标准最初是 针对无人 地面系统编制，重点是系统指挥控制，包括环境描述及障碍规避；NATO STANAG受控于北约组织；JAUS系列标准可用于各类无人系统。为了避免 NATO STANAG 与 JAUS 系列标准之间的冲突，实现真正意义的 互操作，达成标准的一致性， NATO STANAG 与 JAUS 系列标准均以面向服务 的体系框架(SOA : Service Oriented Architecture)为发展目标，逐步实现融合， 具体策略包括：(1)取消 NATO STANAG, 在所有无人系统中仅保留并使用 JAUS 系列标准或 取消 JAUS 系列标准，在所有无人

9、系统中仅保留并使用 NATO STANAG 系列标 准；(2 )取消NATO STANAG与JAUS系列标准，在其基础上重新编制无人系 统标准；?(3 )保留NATO STANAG与JAUS系列标准，定义标准之间转换模块；(4)系统的融合 NATO STANAG 与 JAUS 系列标准， 例如采用面向服务的体系框架五、国内无人机系统互操作性标准现状分析及编制建议 目前国内在推进无人机系统通用性和互联性方面， 围绕测控与信息传输系统 开展了信息传输结构相关标准的研究， 并制定了无人机测控与信息传输系统通 用链路协议、无人机测控与信息传 输系统端机性能要求 、无人机测控与信 息传输系统消息格式 、

10、无人机测控与信息传输系统通用信道要求 等多项标准， 已经具备了一定的研究基础和技术储备。但相比国外无人机系统互操作性标准， 体系还不完善， 标准之间的协调性不强， 且现有标准的技术覆盖面与型号通用性 上还存在一定差距。基于上述分析，针对国内无人机系统互操作性 标准研究编制现状及型号研 制需求，提出如下建 议：1、成立无人机系统互操作性标准研究联合工作小组，明确管理计划和工作 重点。借鉴国外互操作性标准技术体系， 重视无人机系统操作框架、 系统框架和 技术框架的定义，尽快确定我国无人机系统联合技术框架及配套互操作性标准体 系，以应对我国无人机系统种类及数量日益繁多的问题。2、增加 NATO ST

11、ANAG 及 JAUS 系列标准预先研究的相关课题。加强对 互操作性标准体系、 联合无人系统体系结构及顶层标准的深入理解，引导面向 互操作的联合无人机系统相关标准研究和 编制工作的逐步开展。3、加强互操作性标准体系及联合无人系统体系结构标准概念和研究编制相关标准必要性与可行性的应用宣传。 重点介绍己广泛应用的标准、 技术、实现方法和产品4、开展支撑无人机系统互操作的新技术标准研究。通过对目前发展和使用的互操作性相关技术， 研究编制对应的标准和规范， 提升与新技术配套的硬件及 软件通用性，从而推进无人机系统互操作性。5、开展无人机系统互操作性标准之间的协调性分析和融合策略研究。目前 国际上主要采

12、用的无人机系统互操作性标准在应用领域和标准内容 方面存在诸 多重叠，开展标准协调性分析旨在明确 标准在重叠领域的冲突状况；在此基础 上，针对我国无人机系统研制和使用现状，研究标准融合策略 和面向服务的体 系结构，旨在消除冲突，使标准具备向后兼容性，相互融合，形成统一的互操作 机制， 促进我国无人机系统的互操作。六、结论 在国外无人机系统互操作性标准实际应用效果和经验的推动下， 我国无人机 系统参研单位也逐 渐认识到互操作性成为未来无人机系统发展的关 键环节及 突破点。随着国内无人机系统技术发展， 对相应的联合体系结构和标准协议等互 操作性标准提出了迫切需求。 我们应针对我国无人机系统研制及使用现状和需求，