边缘计算机将如何塑造无人机战争

无人机在国防和安全行动中发挥了关键作用已有一段时间了，但直到最近几年，尤其是乌克兰的毁灭性冲突，无人机的真正作战潜力才被意识到。现在，无人机在战斗中的使用已成为常态，再加上能够部署人工智能的先进嵌入式计算机，无人机正在创造一种能力，让军队在未来战场上占据优势。

无人机（军方称之为无人驾驶航空系统 (UAS)）已成为全球大多数武装部队的必备装备。在所有领域，无人机都使用一系列传感器，传统上用于被动情报、监视和侦察 (ISR)，收集有关敌方活动的重要信息并为情报周期提供信息。

军用无人机系统（多种尺寸）相对于传统载人平台的优势已得到充分证实，包括：将人员从危险中解救出来、延长平台续航时间、降低平台成本、组建更大的小型平台舰队以及降低被击落后升级的风险。

除了 ISR 功能外，MQ-9 Reaper 等无人机还能够通过使用机载精 确制导导弹进行致命打击来闭合 OODA 循环（由观察、定位、决策和行动组成的四阶段决策框架）。然而，在小型无人机兴起之前，这些主要是先进军队的职责。

武器化无人机的使用日益增多

Kite Strike II 是一款新一代全坚固小型 (SFF) 嵌入式计算解决方案，在边缘部署处理技术和功能方面实现了巨大飞跃。它集成了世界上最强大的嵌入式 AI 计算引擎 NVIDIA Jetson AGX Orin SOM，专为边缘 AI 和自主关键任务应用的苛刻计算机视觉和传感器融合数据处理工作负载而设计。

过去十年，小型廉价无人机的使用激增，包括四轴飞行器和固定翼无人机，它们可以发动致命攻击。第 一个显著的例子是 2010 年代中期在叙利亚和伊拉克打击伊斯兰国 (IS) 的战斗。

伊斯兰国率先使用可以投掷手榴弹的廉价现成四轴飞行器，以及可以携带炸药的业余遥控飞机。虽然这些武装无人机很原始，但它们在阻止试图夺回伊斯兰国控制城市（如摩苏尔）的部队前进方面非常有效。

乌克兰战争加速并完善了无人机战争的技术和战术，目前这场冲突的大部分特点是使用商用现货 (COTS) 无人机进行监视和致命打击。2024 年初，乌克兰数字化转型部长表示，乌克兰无人机在短短一周内就摧毁或损坏了 73 辆坦克、10 门榴弹炮和 369 名俄罗斯人员。

乌克兰军队率先使用廉价的第 一人称视角 (FPV) 无人机，这种无人机最初是为电影制作和无人机竞赛等娱乐活动而开发的，配备炸药，由熟练的操作员直接飞向目标。在典型的任务中，ISR 团队会部署一架无人机，然后将目标数据传递给单独的 FPV 团队以完成“杀伤链”。

无人机现已高度融入乌克兰的军队结构，乌克兰总统于二月份宣布成立一个新的战略部队，即无人系统部队。

无人机的未来技术发展——人工智能革命

随着计算机处理能力的进一步发展以及人工智能 (AI) 被部署到更多边缘系统（包括 Systel 率先开发的系统），无人机的自主能力将进一步提升。自主性和人工智能将如何支撑新的无人机战术的一个例子就是集群，其中多个 UAS 将协同工作，在有限的人力投入下执行任务。

无人机集群攻击的破坏性影响已初露端倪，俄罗斯轰炸乌克兰平民，胡塞武装在红海发动袭击，并向海军和商船发射伊朗制造的巡航弹药。这些袭击表明，多架相对廉价的无人机可以压倒防空系统，并迅速耗尽防御弹药库存。

未来无人机集群攻击将更加智能，并整合各种电子战对抗措施，进一步欺骗和削弱防空系统。

人工智能的使用还将使无人机在恶劣环境中更具生存能力，并像蜂群一样，在有限的人工输入下执行任务。目前，许多 UAS 仍然依赖人类操作员和地面控制站的控制输入——尤其是乌克兰使用的廉价商用 FPV 无人机——这在存在干扰和信号可能被阻挡的环境中具有挑战性。

解决这一问题的方法是利用人工智能（包括机器视觉）来帮助自主导航和目标选择，特别是在终端攻击阶段。乌克兰使用远程无人机袭击俄罗斯基础设施，以及新一代 FPV 无人机，该无人机具有自动终端攻击阶段，可克服控制和数据链路的干扰，这就是一个例子。

随着人工智能边缘计算机功能越来越强大，并越来越多地用于处理无人机传感器数据，这种自主目标检测和识别可能会变得越来越复杂。自主系统之间的合作程度也将更高，使它们能够协同工作并做出决策，帮助它们实现预期结果，并根据任务需要进行调整。

无人机的任务范围也可能进一步扩大，目前重点关注可用于后勤的重型无人机，这些无人机可以向前线部队运送弹药、食品和药品等物资，并释放载人直升机资产来执行其他任务。由于边缘计算，这些无人机也可能具有高度自主性，并且人工投入有限。

美国陆军在无人机新时代的投资

无人机冲突的新现实并没有忽视美国军方，包括美国陆军。美国陆军今年宣布将“重新平衡”其航空现代化投资，包括逐步淘汰在现代冲突中无法生存的无人机系统，包括暗影无人机和大渡鸦无人机。

陆军表示，将加大对“先进、有效、强大且生存力强”的无人机侦察能力的投资，并采购商用无人机。陆军参谋长兰迪·乔治将军表示：“我们从战场上了解到，尤其是在乌克兰，空中侦察已经发生了根本性的变化。”

他补充道：“安装在各种无人系统和太空中的传感器和武器比以往任何时候都更加普遍、影响范围更广、成本也更低。”

作为重新平衡的一部分，陆军将加快未来战术无人机系统 (FTUAS) 的开发，该项目由位于德克萨斯州舒格兰的领先坚固型计算机制造商 Systel 提供支持，将为陆军旅战斗队提供快速部署的 ISR 能力。美国陆军的另一个关键项目是发射效果 (LE)，该项目将使用黑鹰直升机发射小型 UAS，在大规模作战行动期间为指挥官提供关键数据。

随着美国陆军在执法方面的进步，该部队也可能会开始测试群集能力以及一名操作员如何通过一台设备控制多台 UAS。

无人机战争的计算需求不断增长

随着无人机融入更多智能功能，特别是支持人工智能的 ISR 和瞄准功能（包括目标检测和识别、生命模式 (POL) 和行为识别以及预测分析）以及包括群集在内的更多自主功能，对能够在边缘“本地”捕获和处理数据的更强大的边缘计算的需求将会增长。

将数据（包括时间敏感的情报数据）发送回指挥部进行分析将不再可行，这可能会延迟决策过程并可能导致任务失败。同样，平台级别的自主决策也将消除对持续的人为干预操作的需求。

边缘计算将实现这一点，减少对集中式总部或控制站的依赖，这些总部或控制站很容易在有争议的环境中以及带宽有限或不可用的情况下受到攻击。这使战术指挥官或平台本身能够做出更快的决策（通常是实时的），从而转化为作战优势。

由于边缘计算机必须在前线运行，因此它们必须足够坚固以承受无人机将经历的恶劣环境，并且足够可靠以承受主要作战行动的高节奏。这意味着它们必须满足甚至超过军用级环境标准，例如 MIL-STD-810（涵盖温度、振动、冲击、高度、湿度以及防沙和防水等加固规范）和 MIL-STD-461（涵盖电磁干扰 (EMI) 和兼容性 (EMC) 加固规范）。

此外，为了最 大限度地提高互操作性和可升级性以及成本效率，边缘计算机需要采用模块化开放系统方法 (MOSA) 按照开放标准进行设计。

边缘计算机还需要根据 UAS 平台上有限的尺寸、重量和功率 (SWaP) 进行设计，这自诞生以来一直是无人机制造商面临的工程挑战。传统上，高级 AI 处理需要更大的处理器和更大的功率，而在空间极其狭窄的 UAS 等功率受限的平台上，这一点很难实现。

最 新的边缘计算机

最 新一代军用边缘计算机现在能够以越来越小的外形尺寸提供卓越的性能，尤其是在边缘 AI 和处理等数据密集型应用中。这对于 UAS 领域尤其重要，因为该领域 SWaP 考虑至关重要，并且对支持 AI 的系统和自主性的需求正在增长。

最 新的 MIL-SPEC 坚固型嵌入式计算机利用最 新的商用现货技术 (COTS)，能够将传感器捕获/编码、处理、网络、存储、控制和分发融合到单个强大且高度可配置的线路可更换单元 (LRU) 中。

这些计算机还利用了模块系统 (SOM)，将关键组件整合到单个印刷电路板上，非常适合嵌入式和边缘应用。

SOM 可以集成 GPU、CPU 和内存，特别适合需要强大处理能力的任务，例如利用机器学习算法的视频分析，以及允许无人机等多传感器平台在源头分析信息。高端 SOM 可以执行非常复杂的 AI 和机器人任务，尽管这在成本和 SWaP 方面要求更高。

这些组件还利用了下一代接口，以确保高速高效的数据传输，这一点至关重要，因为通过多个无人机传感器产生的数据量不断增加。这些接口包括 PCI Express，现已进入第五代 (PCIe 5.0)，随着更多组件变得兼容，Systel 正在推出该接口