三層面分析法探究航空電子系統未來發展

馬時平， 齊 韜， 李兵飛

(1.空軍工程大學,a.航空工程學院； b.研究生院，西安 710000；2.中國航空無線電電子研究所航空電子系統綜合技術重點實驗室，上海 200000)

0 引言

近年來，全球多國的軍工企業都在著手新一代戰斗機的研究，美國正在進行的項目有下一代空中主宰(NGDA)和空中主宰AOS(未來空戰平臺)[1-3]?？v觀新一代戰機的概念方案，航電系統架構設計顯得尤為突出。在新的態勢下，下一代戰斗機的發展趨勢便是配合各種無人平臺作戰，并通過提高無人機的智能化水平和開放式的系統架構來提升無人平臺的自主度。針對新的航電系統發展趨勢，本文提出了“未來這種有人機航電系統在承擔指揮中繼作用的同時，是否仍要執行作戰任務？”以及“當無人機航電系統發展到達一定程度，到底還需不需要有人作戰平臺？”兩個問題。

三層面分析法可以讓人們對顛覆性創新有更深入的認識，更好地在現在和未來之間作出判斷，從而明確創新過程。通過它可以權衡好航空電子系統當前穩定的應用效益和創新發展之間的關系，找到可以使航空電子系統保持最大作戰環境應用效益的創新方向。同時創新探索過程中會出現“創造性破壞”的創新形式，因此選擇三層面分析法來解決以上問題。隨著下一代戰機關鍵技術的不斷突破，美國提出了系統簇(FoS)的概念，并相繼開展了傳感器開放式系統架構(SOSA)、開放式任務系統(OMS)、聯合通用架構(JCA)等項目，用于開發下一代航空電子系統[4]。由于美國技術領先，同時眾多國家在下一代戰機的研制中均采用與FoS相似的概念，使得FoS在全世界范圍內最具代表性。

伴隨著人工智能技術的不斷成熟，未來無人機的航電系統必然高度智能和自主化，會帶來相應的倫理和安全問題，目前正在推進的智能汽車和智能機器人已帶來一定程度的倫理與法律方面的挑戰，未來航電系統作為人工智能殺傷性武器，必然會引起社會的高度關注。人工智能殺傷性武器目前無相關法律涉及，也很少有學者從未來的角度來論述人工智能殺傷性武器。本文準備尋找出影響未來無人機航空電子系統應用于作戰的主要因素。

1 三層面分析法

三層面分析法提供了一個構建面向未來的合理且連貫的創新活動方法論；它不僅是一種規劃工具，還提供了一個有價值的發展觀點；它假設了所有的企業、技術和理論都會經歷從誕生、成熟和衰落的過程，這些過程是相互迭代和轉換的，這種假設為3個層次階段活動提供了一個基礎[5]。

面向未來的三層面分析法所介紹的3個層面周期不是短短的幾周或者幾個月，如圖1所示。

圖1 三層面分析法示意圖Fig.1 Schematic diagram of the three-level analysis method

這3個層面隨著時間的推進而不斷變化，在不同的行業層面，所對應的時間跨度不同。重要的不是時間長短，而是3個結構層變化過程的不同。三層面分析法描述的3個層面是同時工作的，忽視其中任何一個都會影響增長的持續性，它讓未來變得更加清晰和可預測，這就可以更好地闡明一致連貫的創新和顛覆性的變革等概念。

圖1中，第一個層面對應的主流核心業務已經成熟，其作用效果正在衰退，第二個層面對應的創新業務在不斷成熟，二者之間相互轉換；第三個層面所對應的業務更能適應環境的變化，創造更大的實用價值。因此，可以通過三層面分析法來探索事物發展的本質，領略超越當下專注的創新模式。

從第一個層面到第三個層面介紹此框架，如下所述。

第一個層面在當前階段是占主導地位的，它包含了對一個行業或領域的思考，與外部環境的戰略契合度極高，作用效果明顯，但隨著環境的變化，可能使其契合度降低、影響力減弱。

作為第一個層面的行業領域要保持自身的競爭力及持續的戰略效率，就必須不斷提升自己的核心業務，激發潛力，來維持自身與環境的契合度；但是這種改進所獲得的回報是有限的，根據當前的數據資料可以估算出其潛力，因此這種改進所帶來的影響并不持久，只是人們的認知暫時沒改變。隨著它的環境契合度降低，戰略效率變差，當出現一種更能適應環境變化的新概念業務，人們的視線就會轉移到新業務上來，這時第一個層面核心業務的主流優勢將不復存在。為了讓業務的回報滿足預期、更好地適應環境，就必須開展這種新概念的業務，保證行業領域的戰略效率。這時，第一個層面的核心業務將正式進入衰退期，其主導地位會被替代。

第二個層面是最復雜的，它需要在現有的創新和未來的可能重要創新之間做出抉擇，因此它是一個中間階段，這時可能會陷入幾種思維陷阱：1) 過于關注現狀，以犧牲長期的發展換取短期利益；2) 創新點過多，無法辨別每個創新點的價值和影響。做出的調整無法得到驗證，領域中會出現保守和激進兩派，此時需要確定愿景如何變化，并不斷調整，最終塑造出可以適應第三個層面的舉措。

第二個層面的創新主要包括持續性創新和顛覆性創新，人們總是習慣地將現在與過去相比。這導致在創新的道路上擺脫不了第一個層面，又由于選擇新方向風險大，導致在選擇新業務時，過于考慮第一個層面。如果在前者基礎上成功擴展了新的創新，保持了行業領域的戰略效益，這就形成了持續性創新。此外，如果之前實驗選擇的新業務成功適應外部環境并得到支持，達到相當的戰略效益，這就形成了顛覆性創新，為第三個層面打下基礎。

第三個層面是一種探索性的未來，所做的改變是實際做一些新模式、新概念的業務實驗，這些新的項目須具有前景，才可減少上層決策管理者施加的阻力。在此層面的選項很多，在開展項目時必須慎重，要明確這些項目在將來演變成第二層面和第一層面業務的可能性[6]。雖然現在有很多線索顯示這些新項目在未來會怎樣，鑒于當前的回報，上層決策管理者往往會將它推遲，甚至邊緣化。

綜上，這是一個能讓模糊的未來更加清晰，指導人們發現新的創新方向，并在正確的時間做出改變，做好資源分配的框架。通過3個層面的分析，管理者能更好地把控創新方向，通過3個層面的共同推進，項目才可得到長期持續的高戰略效率。在關鍵時刻必須考慮當前業務能否適應環境變化，必須終止一些過時的業務，開展新的核心業務來支撐后續發展。在行業領域中必須確保發展的舉措和行為具有積極意義，才能不斷獲得增量的資源。

三層面分析法能讓人分辨兩種創新，一種是改變了前往終點的方式，另一種是開創出一條新的道路，這就對應了持續性創新和顛覆性創新，這兩種創新同時存在于第二層面；在尋找新方向時，三層面分析法能讓辯論的過程變得更加順暢；任何領域的長期發展都必須同時考慮3個層面的影響，每個層面的戰略契合度都隨時間而變化。不同層面的業務是在不斷轉變的，過程中會推陳出新，可以為后續發展提供寶貴經驗。使用三層面分析法可以促成一個行業領域現在和未來之間的對話，清晰明確其創新方向，讓人們善于從3個視界層面來分析問題。

2 用三層面分析法分析航空電子系統的未來

對現階段的航空電子系統研究進行分析，雖然提出了下一代分布式航空電子系統，并開展多個相關項目，提出了不少關鍵技術，但是目前大多數都是概念，只有少數技術被驗證，也未確定出具體的航電系統能力，開發還處于初步驗證階段，未形成統一觀點；為更好地探索未來航空電子系統發展，找出其創新方向，解決當前這種模糊的探索，可使用三層面分析法對其進行分析。

為了后續更好、更深入的討論，提出了最具顛覆性的觀點：在第三個層面中，這種無人機的航空電子系統將被重點發展，并承擔主要作戰任務，取代當前有人機航空電子系統在作戰中的主導作用，并研究第一個層面中主導航空電子系統(有人機航空電子系統)會被提出的第三個層面中主導航空電子系統(無人的高度自主的航空電子系統)所替代的各種影響因素。以下是在3個層面對航空電子系統未來發展進行的具體分析。

2.1 有人機航空電子系統發揮主要作用，無人機航空電子系統作用初顯(第一個層面)

2.1.1 航電系統的發展

20世紀40～60年代，第一批航電系統采用分立式結構[7]。每個功能都對應獨立的電子設備，造成飛行員操作過程復雜，最重要的是在空間和重量上給飛機設計增加難度。到20世紀70～80年代，聯合式航電架構被推出[8]。各個子系統不再獨立工作，通過總線使它們之間可以進行一定的數據交互。20世紀80年代初，進一步提出了綜合式航電系統架構[9]。進一步地集成模塊化，最顯著的就是外場可替換單元(LRU)，在機務維修時可以直接更換。此外，加入了新的總線提升了數據傳輸能力，典型的有光纖和FC等。20世紀末，綜合模塊化航電(IMA)架構被提出，主要應用于F-35戰機[10]。

從20世紀末至今，這一代航電系統主要采用開放式體系架構，具有標準化、通用化等特點[11]。這種綜合模塊化系統摒棄了傳統的分系統概念，各種功能都同時存在于每個模塊中，這樣就進一步簡化了系統的構成。此外，系統軟件具有可重構性，因其通用性高適應各種軟件，大幅減少研制費用。這種架構由于通用性高，在戰時機務維護時可縮短檢測和維修時間，從而縮短戰機出動間隔時間。隨著系統智能度提高，態勢感知能力和系統的輔助決策能力大幅度提升。但是這些創新都是基于前人的基礎而不斷推進的，并沒有一次性選擇一條新的完全不同的道路，只是對之前系統的改進，因此以上都是基于第一個層面的持續創新。

20世紀30～90年代，無人機發展緩慢，先后的RQ-2和RQ-5的航電系統只是簡單的計算機，因此未提出像有人機一樣的子系統，主要用于偵察或監視敵方目標。

21世紀初，無人機航電系統被賦予各項新任務，新任務包含多個子任務，因此，航電系統需要用到多套電子設備，并開始形成子系統，該航電系統類似于20世紀70～80年代的有人機，而這類無人機的代表是捕食者。從2005年至今，“全球鷹”RQ-4B、“捕食者”MQ-9和X-47B等無人機頻繁亮相，這一類無人機采用的是綜合航空化電子系統，其功能多樣化已經與有人機不相上下[12-13]。

近20年，隨著航電系統的綜合化和通用化，同有人機一樣，無人機智能化也在不斷提高，尤其是最近的幾次戰爭，無人機在作戰體系中的地位舉足輕重。我國的無人機開發步伐并未落后于西方國家，國產的“大疆”、“彩虹”、“翼龍”等系列無人機產品物美價廉，在國際無人機市場上占據了一席之地[14]。我軍也已將無人機運用到各種戰場環境中。

在飛機發展的過程中，航電系統的地位越來越重要，其先進性影響著飛機的整體性能。隨著在戰場中承擔越來越多的復雜任務，無人機在某方面的用途可能還優于有人機，因此無人機的航電系統發展逐漸被重視。雖無人機航電系統可以承擔幾乎所有的空戰任務，但是目前這影響不了第一個層面有人機航空電子系統的地位和創新。

2.1.2 無人機航電系統取代有人機航電系統的呼聲

隨著無人機在關鍵技術上的突破，這種預測有人機的航電系統會被替代的呼聲越來越高；同時，從人這個因素出發，飛機很多技術參數無法繼續提升，這就讓人們難以相信第一個層面系統戰略效益的持久性，造成這種呼聲的主要原因如下所述。

首先，飛機的研發周期很長，縱觀美國的這幾代戰機的研發時間在不斷增加，造成了研究資金成倍上漲。作為其核心部件的航空電子系統，由于其功能不斷豐富，功能間無明顯界限，導致集成度不斷提高，所面臨戰場空間的復雜化也使得其獲得和處理的態勢共享信息爆炸式增長，這些都導致其設計的成本和難度不斷提升。美國下一代戰機方案需要的花費讓國防支出不可承受，這會大幅減少下一代戰機的數量，嚴重影響創新第一個層面系統的動力，且創新的環境適應性得不到保證。有戰爭就有戰損，這種情況下難以招架敵方大規模廉價飛行物的進攻，除非新技術已變得成熟廉價，這樣才可平衡數量上的劣勢。

其次，隨著戰場態勢信息量的劇增，需要高速可靠穩定的信息互聯技術來支撐。高速大容量傳輸需要更高的頻率，但是頻率提高會造成衰減的加劇，從而需要發射大功率信號。飛機的電磁兼容設計如果存在問題會影響航電系統的正常工作，甚至對飛行員生命健康造成影響。大功率信號的發射需要瞬時大容量的供電，這就增加了電源系統設計難度。這種復雜的戰場環境還包括復雜電磁環境，信息化戰爭以來各國都開始大力發展電子戰能力，這就對有人的四代戰機的隱身能力形成壓制，尤其是大型的壓制性干擾會使飛行員致盲，這就非?？简炈拇鷳饳C航電系統的抗干擾能力。隨著干擾樣式的創新和干擾技術的突破，四代戰機開始無處遁形，其隱身優勢變得微乎其微。

無人機航電系統關鍵技術一直在創新突破，它會在作戰任務中承擔越來越大的效力。最終的愿景是被第三個層面無人機高度自主的航電系統完全替代。

2.2 有人機和無人機航空電子系統之間的創新和協同作用(第二個層面)

通過第二個層面可以清晰看到為實現第三個層面這個目標過程中所進行的不斷創新和改變，這也是它的價值體現。近些年來，無人機航電系統的關鍵技術不斷突破，新的航空作戰概念也不斷被提出。多數是在有人機航電系統基礎上開展一個新的創新點，維持了整個系統的環境適應性，這可以認為是持續性的改進創新，因此這是一個中間時期，最終的目標是為第三個層面找到道路。

近些年，無人機被廣泛應用，其航電系統也承擔起了各類空戰任務，從航電架構、余度設計到總線技術上都有了很大的突破?！叭蝥棥睙o人機是美國最先進的戰略無人偵察機，其最新的航電架構大幅地提高了飛機的整體作戰效能[15-16]。最新的航電雙余度設計和四代戰機的航電設計殊途同歸，都提高了裝備的可靠性。隨后的改進型提升了一半的載荷能力，這要大大歸功于其航電系統的進一步綜合化數字化，多出的載荷對于整個飛機的作戰性能具有戰略意義。同時還進一步統一了接口標準，增加了航電系統的可重配置能力，因此提高了航電系統的通用性，然而這種航電架構未被大規模使用和列裝部隊。從近些年看，美國用的主力仍是U-2，它使用的航電系統仍是上一代的，最直接的原因可能是高昂造價，在當前狀態下此新型航電系統還不可代替有人系統。

另一款先進無人機，是在2011年2月首飛的X-47B，其機載設備多樣，決定它能承擔多項空戰任務[17]，采用了先進的航電互聯技術簡化了系統的結構，這與四代戰機的航電架構類似，另一方面也保證了信息流的可靠傳遞，且有利于整個系統的升級換代。X-47B最突出的部分是它的多余度的核心處理機，這項技術進一步提高了飛機航電系統的可靠性，在整個聯合作戰流程中，它作為作戰單元，與其他單元互聯和協同執行任務的關鍵技術都很成熟，因此美軍對X-47B的航電設計期望值很高。不管怎樣，美軍對于無人機航電系統的推進是不間斷的，在無人機航電的自主度、通信能力、編隊協同能力和互操作性等方面一直尋求突破。

1) 分布式航電。

最近,隨著分布式作戰、多域戰、云協同、云存儲、分布式殺傷鏈[18]等概念的提出，下一代的分布式航電也逐漸開始研究[19]。為了適應相對的體系化作戰需求，在這種新形勢下的作戰管控和編隊協同技術研究被提上日程。分布式作戰概念的核心思想就是將高價值性能裝備的功能分解到多數廉價、功能單一的小平臺上，再通過小平臺的協同合作形成高價值平臺的能力，最終完成作戰任務[20-21]。因此，在航電系統間的高速可靠互聯是態勢共享和互操作的基礎；除此之外就是各個作戰端的航電智能化和自主決策能力的提升。分布式作戰主要就是通過這種有人無人協同的作戰方式，實現多平臺航電的態勢信息共享、戰場重構和資源配置能力，最終實現在分布廣域的戰場空間形成作戰能力的聚合，并且能在具體的小的戰場空間發揮這種體系的優勢。

2) 跨平臺資源調度。

若要滿足分布式作戰需求，多平臺的分布式航電系統就必須具備跨平臺資源調度和共享、按需求對航電功能配置及具備作戰網絡重構的能力。因此這種情況下，每架飛機的航電系統不可再用節點這個概念去描述它，這時每個作戰端都是資源，這就體現了分布式作戰的去中心化。與此同時，信息描述的規范化和通信協議的一致性也很重要。在這種新的分布式多平臺航電的概念中，平臺航電和體系是相輔相成的，平臺是基礎，體系能讓平臺發揮更好的作戰效能。又進一步提出了作戰云網絡，這與現行的大數據技術相像，將所有的戰場資源匯總，通過軟件管理快速提供給各個作戰端。最重要的是給協同作戰概念帶來了巨大的沖擊，傳統模式都是有人機編隊協同，而如今的協同對象變得多樣化。

3) 蜂群作戰。

與其相對應的就是蜂群作戰概念，蜂群作戰從各個方面都與分布式作戰形式相符，因此它屬于分布式作戰范疇。相關的無人機平臺技術主要涉及X-58A項目、飛行導彈掛架概念和“小精靈”的投放回收技術等。與主流高價值平臺相比，蜂群作戰的每個無人機航電平臺研發成本相對較低。但這些創新并未擺脫有人機航電平臺的主要作用，只是在其基礎上開辟了一個新的創新點，來提高整體系統的作戰效能，因此應被理解為持續性創新，即使它向第三個層面更邁進了一步。2014年美國又提出第3次抵消戰略，認為人工智能技術是提升無人系統作戰應用的重中之重，主要通過這些先進技術和新的作戰概念來保持美國的軍事優勢[22-23]。提到智能化，就避不開無人系統自主性的討論。

4) 自主性。

自主性是人工智能(AI)深度應用于武器裝備而產生的名詞，相關的概念還有信任度、自治度、魯棒性、人機權限等，這些都是影響AI裝備投入使用的主要方面[24-25]。自我決策指導是自主性的表現，而這些功能都是航電系統承擔的，因此需討論航電系統的自主性。與自主性相對的就是人的決策和分析，區分航電系統的自主程度，需要分析人的操作時間占比。目前，主要的半自主航電系統飛行員操作時間占比大約為20%左右，全自主的航電系統，飛行員操作占比低于5%。在與此相關的無人機集群作戰概念中，由于當前技術并不成熟，這種無人機群協同作戰的AI武器一旦失控所造成的后果無法想象，飛行員對AI系統的信任度并不高。因此，集群中的指揮飛機應當是半自主的，并且對整個體系的操作時間不應超過對單架飛機的操作時間。另外，AI武器的自主性所帶來的倫理問題也無法忽視，這種武器應用于戰爭之后到底可不可有效識別各類目標，如何將這種倫理道德體系建立在AI技術上，當前已有不少專家學者研究表示要在算法和程序上形成倫理規則。AI給軍事領域帶來的創新是顛覆性的，世界軍事強國不會停止對它的研究，由此可知,AI武器評估機制的建立和創新變得尤為重要和急迫。如何將AI規范化這也是第二個層面中的一個嘗試。因此目前無完全自主的無人航電系統存在，四代機航電系統仍需飛行員參與大量決策，下一代航電系統的進一步綜合化、智能化可以提高現有航電系統的決策級別，使操作人員在更高層次進行決策，降低操作時間占比。

5) 智能作戰。

此外就是智能作戰概念的提出,美軍計劃在2035年之前，形成智能化作戰體系[26-27]。通過AI技術可以提高航電系統性能，這也是第二個層面的創新。一方面研究無人航電系統在空中協同任務中如何形成自己的作戰概念體系，探討機器學習相關軟件的開發和相應的架構設計；另一方面是智能作戰的關鍵技術，群體智能需要航電系統具有可靠的網絡支撐、情報信息的快速處理融合、數據鏈的標準化、協同打擊技術、快速重構抗打擊等能力。人機混合智能需要測試飛行員對系統的信任度，并且要求在航電系統上開發能輔助飛行員決策的軟件。

為提高包以德環(OODA)的效能，將分布式作戰多平臺航電的指揮控制與AI相結合，大幅縮短決策時間。2017年，美國基于提升航電系統情報信息處理速度的目的成立算法戰“跨智能隊伍”；2019年2月，美國陸軍提出“先進瞄準和致命性自動化系統”，旨在提高AI平臺戰場對目標的識別能力[28]。AI與多平臺分布式的航電系統相結合，帶來的作戰效能提升是顯著的，即使存在不確定性，也阻擋不了各國研發的步伐。

由三層面分析法可知，第二個層面的改變并不都具有積極意義，有的是較小的促進，有的是顛覆性的改變，但有的會讓人們對未來的把握更迷茫。以上不論是無人機航電系統的改進、分布式多平臺航電系統的提出，還是航電系統與AI結合，這些運用三層面分析法來進行分析的都屬于第二個層面的創新，可以將它們都歸為對有人機航電系統的擴展，但是下一代航電系統的最終目標是第三個層面對應的系統，不應繼續以第一個層面系統為基礎，而應處于一個復雜的多平臺體系。有人機的航電系統繼續發揮重要作用，主要承擔強對抗，在戰斗形式上會搭配不同自主度的無人機航電系統協同作戰，并通過系統網絡進行作戰指揮。以上提到的第三個層面的構想過于基礎，只是在技術推動層面順勢而為，相對于第一個層面系統創新的破壞性較小。不論高層決策管理者從政治、經濟角度考慮，還是民眾從AI倫理角度考慮，都不會持較大反對意見，因此這種創新受到的阻礙程度不高。

綜上所述，依舊在復雜的多平臺系統共存和體系化作戰基礎上，這種無人的高度自主的航電系統承擔戰場對抗任務，并在作戰中發揮主要作用，這種第三個層面形式相對于第一個層面的創新更具顛覆性。從美國研制的幾款新型無人機看，其航電系統一方面應用大量有人機航電系統的成熟技術，另一方面加速AI技術的融入，因此這種無人的高度自主的航電系統在未來戰場發揮的超高戰略效益是被認可的。在這種第三個層面的形式中，航電系統仍然處于人機混合智能階段，只是人類參與操作的時間占比會進一步的降低，AI的權限將更大；同時，操作員的決策層面是空前的，更像是從當事者變為監督者。

2.3 無人的高度自主的航電系統在作戰中發揮主要作用(第三個層面)

從上文可以看出，有人機的航電系統和無人機的航電系統共同發揮作用的局面將長期存在。一方面隨著時間的推移會產生質變效果從而打破這種局面，另一方面就是用當前顯著的外力來改變這種狀況，從而形成無人機的高度自主的航電系統替代有人機航電系統在戰場上發揮主導作用的局面。如果只是當前的相關技術已經成熟并且得到驗證，這解決不了高層決策管理者和民眾從政治、經濟、文化各方面對第三個層面的創新進行抵制，這種阻礙會降低人們對第三個層面系統的認可。因此討論使無人機航電系統在作戰中發揮主要作用的驅動因素，通常由各種需求和關鍵技術發展共同推動。

1) 無人機自身發展需求推動。

從發展的角度來看，無人機航電系統會朝著提高無人機作戰效能方向去發展，其綜合化和可靠性一定不斷提高。在這種多平臺的體系化系統中，承擔指揮決策的無人機航電平臺必須具有高性能、穩定性好，并且具有經濟優勢。要適應未來這種全域多維度的快速變化的復雜戰場，一方面要可以承擔復雜危險作戰任務，另一方面要有數量優勢，因此，這種無人的高度自主的航電系統更符合要求。

為了滿足這種快速變化復雜的戰場環境，航電平臺的無人化可以摒棄例如高溫、高壓、高加速度、強輻射等人類極限。飛機的很多器件可以提升級別，從而提升飛機性能；航電系統舍棄了人類生命保障系統[29]，其供電可以更持久；在執行危險任務時克服了飛行員自身心理斗爭，更利于無人機任務的完成?，F代戰場瞬息萬變，戰機稍縱即逝，AI技術將使航電系統信息處理決策的全流程更高效，提高OODA環效能。面對復雜強干擾電磁環境，這種高度自主的航電平臺對人的依賴度降低，減少了指揮機構和作戰平臺之間的數據鏈傳輸，可以提升平臺的隱蔽性。

數量優勢是為了適應未來多域的分布式作戰形式，形成這種作戰終端的分布聚能，提升數量的關鍵就是低成本。這種無人的高度自主的航電系統，由于減少了人類生命保障系統和人機操作子系統，大幅降低了飛機的研制成本。其主導作用和高度自主化，將飛行員從決策中解放出來，因此飛行員的決策高度是空前的；同時，飛行員可以通過地面模擬系統進行訓練，大大降低了飛行員的培養成本，也減少了使用飛機所造成的損耗。

2) 軍事需求推動。

自2008年起，美國為了確保其在全球的領導力，在亞太地區推出了“亞太再平衡戰略”，加大亞太地區軍事投入，嚴重影響我國周邊形勢安全[30-32]，因此形成了近些年來的中美軍事博弈，而AI技術對于軍事創新有顛覆性推動作用。如果率先研發出高度自主的無人機航電平臺，將可能改變當前空戰局面。目前中美兩國是技術創新最多的國家，這對第二個層面的創新具有很大的激勵作用。

從美國空軍及其國防部官員的講話以及推出的一系列項目可以看出，美軍裝備正向無人化發展，最終無人機航電平臺會承擔高難度任務，達到降低研發成本和減少作戰傷亡的目的，這是未來戰爭的趨勢[33]。隨著無人機蜂群技術[34-35]的推出，讓大量廉價無人機承擔敵防區內打擊任務，大幅減少了作戰傷亡，保障了飛行員生命安全，并且減少飛行員的工作，優化整個空戰的人力配置。第一個層面的系統面臨的高昂研制費用，讓美國國防經費支出已無法滿足其批量生產，這會失去數量上的優勢。無人機航電平臺的低成本使得無人機航電系統可以快速更新換代，美軍近幾年也推出了快速部署計劃[36]，將原先這種跨代研制的多個性能共同提升的方式改為一次只升級一項性能的方式，縮短研制周期，以達到裝備快速生產和部署的目的。同時開展了多項軍民融合項目，進一步降低技術成本。如果第三個層面的系統被一些國家掌握，這對于那些還處于第一個層面階段的國家是非常不利的，處于這兩層面的國家發生沖突，戰爭肯定是非對稱性的。本文設想無人機航電平臺作戰性能優于有人機航電平臺，且維護成本相對較低。

從軍事貿易的角度來看，處于第三個層面的國家開始批量生產新系統，這對處于第一個層面的國家軍工企業打擊也是致命的，雖然美國等西方國家對軍事落后國家實施技術封鎖，繼續出口這種有人航電飛機，有意維持其傳統軍工企業，但是我國的無人機得到國際市場的認可，已打破了這種壟斷。雖然目前無人武器無使用的法律依據，全球不少國家以其不完全可控的緣由，呼吁法律禁止其發展，但是在全球軍事競爭的大背景下，這種第三個層面的系統具有很高的應用前景。人們在政治、經濟、文化上的抵制不可能完全阻礙其發展，所起作用有限。

3) 關鍵技術發展推動。

隨著AI技術、分布式作戰管理[37]、協同作戰[38]、微電子技術[39]等推進，未來無人機航電系統在綜合性和技術復雜性上可能不比強性能、高價值的有人作戰平臺差；首先，更先進的AI算法會提升航電系統自主度，因為未來體系態勢信息是海量的，包括指揮機構與平臺的通信以及平臺間的信息共享，信息的獲取、處理、組織、提煉必須通過先進的AI算法和多核技術來實現，單靠人力無法完成決策，這是自主度提升的原因，因此AI技術是提升未來無人機航電系統的關鍵。這種多平臺的分布式航電系統完成群體協同作戰必須有可靠穩定的多機協同任務網絡[40]支持，同時具備自適應容錯機制，這樣才可確保體系作戰的效能最優。

這些年提出的認知無線電[41]、認知雷達[42]、認知電子戰[43]率先應用于武器系統，導致武器越來越精確，這都要歸功于先進的AI算法，使這些制導武器智能化水平顯著提高。這些武器在發射之前需要尋求人類指示，但是發射之后的過程武器幾乎是完全自主的，它可以自主識別敵方目標并進行打擊，能有效抵制敵方干擾。這可以看作是航電平臺完全自主的先行，因此航電系統不是一開始就是完全自主的，這也是高層決策管理者和民眾從政治、經濟、文化各方面對這類創新進行抵制的結果，使之變化的周期變長。其實在未來戰場的強干擾環境下，無人機的遠程控制難以保障，因此，最終的目標是發展這種完全自主的航電系統，這是本文假設的第三個層面系統的極致，在這個階段人類的決策是任務級甚至是戰術級的，無人機完全可以自行決策和打擊。這種狀況下要求以上相關技術都產生巨大推進力，那時的戰場環境是極度復雜和瞬息變化的，人類難以把控這種戰場從而做出決策，因此需要AI來實現控制和決策。然而實現這一場面，需要航電系統更多的顛覆性創新技術。第三個層面的產生只是發生在遙遠未來的一個假設，如果它演變到第一個層面階段，那它一定是應用于極度危險的戰場或者人類難以理解的戰場，這時需要完全自主的航電系統來降低任務風險。由此可知，沒有絕對自主，未來很長一段時間內人類仍會處于決策循環中，并執行重要決策。由此可知，第三個層面系統將立足于人機混合智能技術[44]，而產生高于第一個層面系統的戰略效益。

AI技術面臨的最大難題是安全性問題，其解釋性和安全性技術是取得人類信任的關鍵，人們需要理解AI算法的內在邏輯[45]。目前的技術還無法確定神經算法全部的內在工作機理，一旦出現錯誤，難以準確分析出原因[46]。因此，源于社會各方面的抵制會一直存在，可能抵制的影響會隨著各項技術成熟而逐漸減弱，但是它在一定程度上決定了第三個層面系統的配備。由此可知，人類對機器的掌控是本文期待的第三個層面系統出現的關鍵因素，人類必須被設定到無人機航電系統的決策循環中去，這樣才可有效降低那些抵制的影響。

以上分析出的第三個層面系統形成的推動因素及其設想也存在部分不合理之處。

首先，無人機航電系統是不斷發展創新的，要適應未來這種全域多維度的快速變化的復雜戰場，AI技術和高可靠穩定的網絡技術必不可少。這些關鍵技術的研發和應用不應該大幅增加系統的研發成本和研制周期，最終超過有人機航電系統的研制成本，如果用無人機航電系統承擔作戰任務被實踐證明成本很高，一定會進一步驗證其可行性。目前缺少驗證無人機航電系統的實驗場地，難以對其進行全流程的作戰演練，來確定其實際的作戰效能。

其次，要思考軍事高層決策管理者的意愿，其可能阻止不了發展大趨勢，但是可以推遲第三個層面系統出現的進度，甚至會邊緣化該議題，同時應考慮來自社會的輿論能否左右高層決策管理者的想法。和平發展是當今世界的主題，這將阻礙國家間的軍備競賽，降低國家的軍費支出，造成相關軍事項目推進緩慢。軍事高層決策管理者中的保守和激進兩派的斗爭也會對第三個層面系統的發展產生影響，如果保守派占主導地位，第三個層面系統實現的可能性將會降低；如果激進派占主導地位，那么從第三個層面演變到第一個層面的周期將大大縮短。兩方實際的斗爭非常復雜，涉及多方面因素，在意見上難以達成共識，這都將降低該設想實現的可行性。

最后，AI等先進技術應用于無人機航電平臺真的比應用于有人機航電平臺的作戰效能高嗎？不出意外的話，歐美推出的下一代仍是有人機航電平臺，而目前AI等先進技術大多處于概念階段，技術合理性并未得到驗證。與此同時一些關鍵技術存在瓶頸，無法預測何時可應用于裝備，這就需要思考三層面轉變周期的時間跨度,在這里無法給設想的第三個層面系統一個明確的周期跨度。從第二個層面可以看出，無人機航電系統的相關技術都在不斷創新，但是每一項技術的推進都可能會受到各方的抵制，有的甚至會直接被終止，這也會增加第三個層面設想實現的難度?？偠灾?，這些先進前沿的技術不確定性過強，所造成的各方面影響會直接令人質疑此處設想的合理性。

3 結束語

本文主要對未來無人機航電系統應用于作戰的情況進行了構想，通過三層面分析法勾勒出了3個層面，來研究無人機航電系統應用于作戰的情況。在第一個層面主要總結了當前有人機航電平臺的戰略效益可能不及預期，環境適應性下降的原因，主要是高性能平臺的昂貴費用導致平臺數量減少和日益復雜的戰場環境；同時分析了第二個層面系統的許多改變是模糊無界限的，主要被歸納為第一個層面的持續性創新和傾向于第三個層面的顛覆性創新。最后構想了一種第三個層面場景，依舊在復雜的多平臺系統共存和體系化作戰基礎上，這種無人的高度自主的航電系統承擔戰場對抗任務，并且在作戰中發揮主要作用。分析了推動這種場面的驅動因素分別是飛機自身發展需求、軍事需求、關鍵技術發展。同時分析了推動因素及其設想的不足之處，主要是研發成本無法估計、高層決策管理者難以達成共識和先進技術的不確定性，這些都將阻礙第三個層面系統的形成。

本文使用了三層面分析法，構想了航電系統未來應用場景。下一步會使用該方法優化資源分配，將研究國家層面的高層決策管理者在每個階段有無進行關鍵的改變和決策，如果不明確，可以通過三層面分析法進行分析，并給出建議。