新一代飞行器导航制导与控制技术发展趋势

新一代飞行器导航制导与控制技术发展趋势

飞行器导航制导与控制（GNC）技术是航空航天领域的重要学科，是关系到国家安全与国民经济发展的基础性、战略性、前沿性高新技术。随着体系、网络、信息成为现代战争制胜主导因素，世界各主要强国不断探索新概念、新技术、新理论在航空装备研制与应用方面的创新实践，催生出以分布式作战、联合协同作战、马赛克战等为代表的新型作战样式和新质作战能力。

国外GNC 技术发展现状

典型的GNC 系统功能架构如图1 飞行器GNC 系统功能架构所示，GNC 系统是实现飞行器姿态稳定控制、高精度位置解算、速度和航路运动自主规划的重要核心系统。

图1 飞行器GNC 系统功能架构示意图

GNC 技术与军事需求关系密切，世界各发达国家在该领域具有深厚的理论和工程积淀，且持续保持深化研究态势。美国空军将高可靠、抗干扰、高自主的GNC 能力视作装备在复杂任务场景下维持作战效能的核心能力，并在“技术地平线”报告中将自主系统、自主推理、复杂自适应系统、合作/协同控制、自主任务规划、冷原子惯性导航等16 项GNC 技术位列110 个关键技术中的最高优先级；以美国国防部高级研究计划局（Defense Advanced Research Project Agency，DARPA）为代表，各主要国家均在GNC 领域加速推进各项前沿技术研究项目，不断提升导航系统与飞行控制系统的综合化、集成化水平。

中国技术发展现状与差距

近年来，国内以研究所和高校为代表，围绕多种先进飞行器研发，持续推进各项研究和工程实践，在部分技术领域已比肩世界一流水平，获得了长足的进步。

在导航技术方面，国内已基本形成了一定规模的研发生产能力，拥有一批国家级、省部级和行业级实验室，研制出了面向各类平台和应用场景的，具有自主知识产权的传感器及系统。

在制导与控制领域，数字电传飞控技术已成为国内新型飞机的标配，其设计与验证已得到成熟应用，大幅提升了飞行器的机动性能和飞行品质；光传飞控技术在国内经过30 余年的研究，局部光传控制技术已被掌握，新一代光传飞控系统已经成功试飞，减轻了机身重量，提高了抗电磁干扰能力。

GNC 技术发展趋势

在网络中心战、赛博空间战等新型作战样式牵引下，未来的GNC 技术发展要面向海陆空天电磁全域作战场景，在各类武器装备全面提升网络化、体系化、智能化能力的牵引下明确发展目标，在任务层面、系统能力、核心部件、一体化综合等方面实现创新发展。

面向未来飞机平台对飞行性能不断提升，作战任务不断变换与迭代的需求，将飞行器的飞行任务控制与飞机载荷任务控管理进行区分是为下一代飞行器系统发展的趋势之一。为应对提升飞行任务控制能力需求，需要将飞行器中完成飞行任务的导航、制导和控制能力融合在一起。通过对自主飞行器的分层递进结构控制体制、网络化协同导航与控制、面向不同飞行平台的任务体系架构与综合设计等技术研究，满足飞行器在跨速域、跨空间域、跨任务域的协同与控制需求，确保飞行器能够适应不确定环境、任务/目标随机变化、少依赖甚至不依赖通过数据链传输的人类指令，并且具有人机交互、在线重规划和自学习等功能，有力支撑面向不同任务平台的新装备开发。

发展建议

在技术层面，坚持探索新思想、新概念、新原理、新方法、新材料，解决武器装备研制过程中的基础技术问题，为突破性创新和形成能力奠定基础。GNC 技术的未来发展整体趋势是智能化、自主化、模块化、综合化、数字化、网络化、灵巧化、微小化，其发展方向与实际应用关系密切，应始终以飞行器的创新应用为根本需求，为其发展指明方向。此外，应抓住当前新兴技术蓬勃发展的历史机遇，强化基础科研成果与工程研究的转化与融合。例如，加强量子信息技术与导航技术的融合，在导航战下提供与卫星导航精度相当的绝对定位、导航与授时能力，为跨域作战提供全自主、高可靠、全维度的时空基准信息，实现高精度武器装备平台自主导航定位、长期累积定位误差的匹配修正以及在无外部信息辅助条件下超高精度导航定位等，将传统的航路导航扩展至对单机导航、武器协同、群体智能等全方位任务场景的支撑；加强人工智能技术与制导控制技术的融合，从智能动力学建模、自适应和自学习飞行控制、智能辅助决策、人机控制权限分配等方面着手，提升飞行器单机自主化程度，使飞行员将更多的精力集中于战斗任务，实现飞行员角色向战斗员的转变，以此为基础进一步加强多智能体协同感知、人机协同决策与自主规划、多机自主协同控制等，将飞行控制提升到飞机任务层面，提高航空装备在复杂环境中的感知能力和快速响应能力，使航空装备从“数据优势”“信息优势”“知识优势”到“决策优势”的飞跃，提升飞机综合任务能力。