Hivemind系统：智能战场的AI飞行员

美国的Shield AI公司主要研发用于国防航空的自主系统。其主要产品分为两类：一是名为Hivemind（“蜂脑”）的人工智能飞行员软件栈，二是一系列飞行平台，包括V-BAT和Nova 2等。Hivemind是软件层产品，集成Hivemind的飞行平台可以通过传感器自动生成地图，并根据自动驾驶系统给出的指令自主飞行，无需借助GPS、航路点或通信系统。Hivemind既可以集成到Shield AI公司研发的飞行平台，也可以集成到第三方系统中。据Shield AI公司所述，集成Hivemind相当于为每架飞行平台配备一位“王牌飞行员”。

Hivemind有两种产品形态，一是Enterprise（“企业”版）：这是一个预构建的自主软件栈，直接交付给客户的工程团队，由客户自行部署；二是Solutions（“解决方案”）：由Shield AI公司的团队完成Hivemind系统的集成与适配，以支持各种飞行平台执行具体任务。

据Shield AI公司称，Hivemind是自2018年以来首个也是唯一一个已部署的自主人工智能飞行员，其用于驱动各类飞行平台和无人机，执行从空战到穿透防空系统的各类任务。Shield AI公司的长期战略是将Hivemind集成到各种军事平台和任务中，例如固定翼无人机、战斗机、舰船、卫星和潜艇。

Hivemind Enterprise是Shield AI公司打包好的自主软件栈。客户可以将其集成到自有的飞行平台中。该产品实现了从起飞到任务执行全过程的完全自主飞行，无需借助GPS、通信链路或远程遥控。该产品可用于客户内部团队进行集成和使用，既支持机载自主运行，也支持对接机外仿真环境。整个系统由四个模块化部分构成：

• EdgeOS是一款轻量级的边缘部署软件，为无人系统提供机载自主能力，适用于系统在无GPS和通信信号环境中实时运行。

• Pilot是Hivemind的决策引擎，支持动态飞行、目标探测与分类、实时重新规划路径以及多智能体协同。

• Commander是任务规划和指控（C2）工具，操作员可以指挥自主系统执行任务，同时整个任务过程仍处于人工监督之下。

• Forge是用于训练、测试与优化自主模型的仿真与开发环境，支持使用强化学习训练战术动作。

下文将介绍这四个模块的具体特征和内部子系统构成。

1.EdgeOS

图1. Shield AI公司官网EdgeOS介绍页（图源于Shield AI公司官网，如有侵权请联系删除）

EdgeOS包括三大子模块：

• EdgeOS Core：模块化、实时的自主中间件，用于边缘部署。其负责调度任务执行、管理数据流，并确保分布式系统和异构智能体之间通信可靠。

• EdgeOS Communications：一个实时通信框架，确保系统（单机内部各系统或多机组网协同）内各智能体或流程之间的信息传递具有可预测性和确定性。

• EdgeOS Utilities：功能丰富的日志与诊断工具，可在不牺牲精度的情况下加快开发进程。

EdgeOS拥有如下特征和优势：

1. 为AI驱动的自主系统简化开发流程：提供直观的抽象机制和简洁的通信模型，使开发者能专注于构建自主功能，而无需应对系统的复杂结构。

2. 模块化和组合式：模块化、可拓展的中间件，使开发者可以通过灵活、标准化的组件构建定制化解决方案。

3. 可验证的系统配置：在系统运行前即对其配置进行验证，确保运行时系统性能稳定、可靠。

4. 针对边缘部署进行优化：基于业界领先的机器人范式进行设计，针对边缘部署进行优化。

2.Pilot

图2. Shield AI公司官网Pilot介绍页（图源于Shield AI公司官网，如有侵权请联系删除）

Pilot模块是Hivemind系统的自主能力集成库，具备以下特征优势：

1. 具备业内领先的感知和认知能力，具体包括：

   ■ 可提供状态评估、地图绘制、感知以及目标追踪等能力框架；

   ■ 拥有开箱即用的行为库，内置丰富的自适应和自主任务规划算法、行为规划算法和运动规划算法；

2. 执行复杂任务时具备可靠的自主能力：

   ■ 多智能体协同与配合：专为先进的多智能体自主性和人机协同设计；

   ■ 在通信与GPS拒止环境下，具备抗干扰能力：能够在复杂干扰与拒止环境中，保持准确的状态评估能力以及自适应行为调整。

3. 支持空中和海上等多域作战平台。

4. 经过现场测试，具备量产能力：经过验证的系统已部署在实际平台上，并被客户采用。

5. 支持由AI驱动、可训练的行为：使用系统内集成的强化学习能力对行为进行训练和部署。

6. 模块化和可扩展性：

   ■ 支持第三方扩展，兼容外部传感器、地面控制站（GCS）解决方案、任务载荷和控制器。

   ■ 基于“模块化开放系统架构”（MOSA）构建，体系架构注重模块化、可定制以及可扩展性。

3.Commander

图3. Shield AI公司官网Commander介绍页（图源于Shield AI公司官网，如有侵权请联系删除）

Commander模块是确保自主执行过程中始终体现人类意图的工具组件。其核心在于通过定制的转换器和适配器，管理指挥控制系统与Pilot模块之间的后台通信与数据交换。其主要具备以下特点：

1. 人机协同合作

   ■ 互操作性：采用开放式架构，使Pilot模块能与任意指控系统集成。

   ■ 任务导向型：系统自主运行过程中，始终以用户目标为核心。

   ■ 可理解性：通过配置确保自主系统的行为透明且可预测。

2. 用于仿真与低技术成熟度飞行测试的参考工具

   ■ 任务规划器：设计任务方案，以明确目标并指导自主智能体。

   ■ 指挥员用户界面：实时监控任务，并在计划遇到现实挑战时进行战术级指控调整。

4.Forge

图4. Shield AI公司官网Forge介绍页（图源于Shield AI公司官网，如有侵权请联系删除）

Forge是一个自主工厂，拥有一套AI驱动的工具集，用于自主功能的全流程开发、测试、评估以及部署。其具备以下特点：

1. 加速开发者工作流程，帮助工程师快速调试优化系统，缩短部署周期，提升产能。

   ■ 直观的用户界面：支持场景设计、任务规划、测试执行以及结果分析的一体化无缝操作。

   ■ 多模态测试与规模：支持从开发人员电脑端测试到云端大容量并行测试、硬件在环测试，再到实机飞行测试的快速切换，具备高度可扩展性。

   ■ 持续集成与部署：能够完成自动化构建、单元测试和集成测试，确保开发速度快，软件质量高。

2. 强大的性能分析能力，支持构建详细的测试用例，提供有价值的性能数据和可靠性分析，以确保自主软件能稳定可靠运行。

   ■ 仿真：模块化、可扩展的“仿真模块”（SimBlock），用于传感器、执行器、实体、通信和环境组件的建模。

   ■ 可视化：提供高保真（真实感强）与低保真（轻量级）可视化工具，用于展示任务执行过程及仿真光学传感器观测效果。

   ■ 分析与报告：可扩展、可定制的分析工具，用于提取、展示与报告自主系统的性能表现。

3. 可拓展性和可配置性，支持将用户自有的第三方工具集成到统一的生态系统中，如仿真器、可视化工具、软件在环/硬件在环组件。

4. 缩短交付时间：易于验证是否具备量产条件；全流程可追溯机制，确保每项需求在各级真实度环境中得到验证和测试。

5. 支持随时随地部署：可在云端、本地服务器或开发者工作站上运行。

交付给客户的Hivemind“企业版”是一个完整的软件产品，配有技术文档、开发工具和培训资源，以便客户内部团队能够独立执行自主飞行任务，并根据需要调整系统。例如，Shield AI公司已与Palantir公司合作，将Hivemind自主能力集成到Palantir公司的Gaia平台，支持用户大规模地进行仿真、训练和部署自主系统。其他客户包括韩国航空航天工业公司和新加坡空军，二者都在探索将Hivemind集成进其下一代无人航空系统。博思艾伦咨询公司（BAH）也与Shield AI公司合作，将Hivemind集成进多个联邦政府项目，并将其作为新一代自主系统研发的技术基础。

对那些自身不具备集成自主系统能力的客户，Shield AI公司提供交钥匙式（即交付即用）集成服务。在这种模式下，Shield AI公司的工程团队全权负责将Hivemind自主系统集成到新型飞行平台上，并针对每个平台的飞行特性、传感器配置及任务需求进行定制化适配。

通过交钥匙式集成服务，客户无需从零组建自主开发团队，就能迅速部署新能力。目前，Shield AI公司已将Hivemind成功集成到多个战术与战斗机平台上，包括：Kratos公司的Firejet无人靶机、通用原子能公司的MQ-20“复仇者”无人机以及F-16战斗机等。此外，Shield AI公司还与L3Harris公司合作，将自主飞行能力引入到Group 3无人机平台中。这些实践表明，Shield AI公司致力于缩短各类国防能力的部署周期，涵盖从对抗空战训练到自主情监侦（ISR）与打击任务的各类应用场景。

1.ViDAR

ViDAR是Sentient公司开发的人工智能系统，利用光电/红外（EO/IR）传感器在图像流中探测目标并进行分类；人类操作员或传统雷达无法识别到这些目标。

2023年8月，Shield AI公司和Sentiment公司宣布联合开发一套集成ViDAR的广域动态影像解决方案，并将其命名为“Sentient观察者”。据称，AI飞行员系统、“Sentient观察者”以及类似MQ-35 V-BAT这类低成本无人机群的组合，将能以更低的价格，提供相当于造价四千万至1.8亿美元的Group 5无人机和载人飞行平台（如P-8）所能提供的陆域和海域态势感知能力。

图5. ViDAR支持全天候海陆域监视（图源于Shield AI公司，如有侵权请联系删除）

2.X-62A VISTA

2024年5月，美国空军部长弗兰克·肯德尔乘坐了一架X-62A VISTA（一款改进型的F-16测试机）战机，该机由AI飞行员操控，与一架有人F-16战机展开近视距对战。Shield AI公司运用了强化学习，为Hivemind系统训练开发了由人工智能驱动的决策智能体。在实际部署之前，团队通过三阶段测试流程验证了AI的性能；之后，在X-62 VISTA战机上实现了安全有效地操控实际飞行。

图6. X-62A VISITA战机集成AI飞行员智能体进行空战（图源于Shield AI公司，如有侵权请联系删除）

3.MQM-178 Firejet无人靶机

2024年7月，Shield AI公司在美国俄克拉荷马州使用了Kratos公司的MQM-178 Firejet无人靶机进行双机自主测试。此次测试标志从单架飞行平台的自主性能演示到多智能体与人机协同的转变，这对未来作战环境中所需的自主能力至关重要。

图7. Firejet集成AI能力进行测试（图源于Shield AI公司，如有侵权请联系删除）

在此次测试中，美国联邦航空管理局（FAA）要求每架Firejet无人机都需配备一架有人安全伴飞飞机进行目视监管，从而形成了一个独特的四机编队——人机协同作战编组。在受限空域中，两架无人飞行平台以超过300英里/小时的速度与两架有人飞行平台并肩飞行。尽管这种测试方式并不适用于某些特定的作战测试案例，但引入安全伴飞飞行员这一做法，其操作要求和能力与有人/无人协同作战场景非常相似。

为了使Firejet靶机完全自主执行任务，测试团队在靶机上安装了边缘计算设备，使Hivemind系统能直接在靶机上运行，而无需依赖地面站。这一微型边缘计算设备需要独立处理复杂的自主算法和任务计算，标志传统靶机应用向自主系统发展的重大转变。在“边缘”运行自主计算还能提升平台在通信链路中断情况下的抗干扰能力。

除了边缘计算外，团队还集成了加密的通信网状网络电台，使Firejet靶机之间以及与地面控制之间可以通信，从而确保任务目标的统一执行。

4.BQM-177A亚音速靶机

2024年8月，美国海军宣布授予Shield AI公司一项合同，使其将Hivemind人工智能飞行员集成到美国海军的BQM-177A亚音速空中靶机上。该靶机由Kratos公司制造。根据签订的五年期“其他交易协议”（OTA），Shield AI公司将交付一个原型测试平台，并在2025年末进行技术演示。Shield AI公司相关人员表示，该项目预计将在2029财年之前持续获得额外资金支持和工作范围拓展。

图8. Kratos公司制造的BQM-177A亚音速靶机（图源于美国海军，如有侵权请联系删除）

5.MQ-20“复仇者”无人机

2025年3月2日，Shield AI公司宣布，在2月份的“橙旗”演习中，其自主系统软件Hivemind成功在通用原子公司的MQ-20“复仇者”无人机上完成飞行演示。此次飞行演示由Shield AI公司与通用原子航空系统公司（GA-ASI）合作完成，是双方在2025年计划开展的一系列自主飞行活动的首场演示。

图9. 用于自主飞行测试的MQ-20“复仇者”无人机（图源于通用原子公司，如有侵权请联系删除）

此次集成使用了部分符合“自主—政府参考架构”（A-GRA）的接口标准。A-GRA是美国国防部制定的框架，旨在提升各类自主军事平台之间的互操作性。后续工作将在此基础上推进，目标包括实现全面符合A-GRA标准，并进一步增强跨平台自主能力。

项目相关负责人表示，此次飞行展示了先进自主系统如何在开放架构平台上无缝运行，避免“供应商锁定”（指切换到其他供应商的成本非常高以至于客户不得不继续使用原始供应商的情况），确保作战人员获得最佳任务自主解决方案。

Shield AI公司的飞行平台专为在受干扰或通信受限环境中执行任务而设计，并搭载Hivemind系统，实现完全自主飞行执行能力。该公司在美国得克萨斯州达拉斯的Betcave工厂生产无人飞行平台，包括V-BAT、Nova 2等平台。此外，该司还与第三方制造商合作，扩大其在全球防务任务中的应用版图。这些平台支持多种作战用途，从海上监视到室内侦察等任务皆可胜任；同时，这些平台既可以单独部署运行，也可集成到更大型的自主飞行编队系统中。

1.V-BAT

V-BAT是Shield AI公司旗下的垂直起降（VTOL）无人飞行系统，搭载该公司的自主飞行软件Hivemind。V-BAT最初由美国航空技术公司——马丁无人机（Martin UAV）开发并制造。2021年7月，Shield AI公司收购了马丁无人机公司，并继续对V-BAT系统进行研发与生产。

Hivemind系统是V-BAT的一个核心组件，使无人机能在没有通信或GPS的环境中自主运行。该系统还赋予其组成“蜂群”的能力，多架无人机可以协同工作以实现目标。

图10. V-BAT无人飞行系统（图源于Shield AI公司，如有侵权请联系删除）

2.Nova 2

Nova 2是一款小型四旋翼无人机，可由数字侦察兵部署。由于集成了Hivemind系统，Nova 2可在无需GPS和人工遥控的情况下自主运行。Nova 2可自主执行建筑物清空、威胁监测等任务，并自动在地图上添加威胁信息，同时通过震动提醒方式向用户发送实时告警，为进入高危环境的人员提供决策支持。其还能构建三维多层结构地图，为指挥员提供统一战场态势图。

图11.  Nova 2平台在Shield AI公司的仿真环境中（图源于Shield AI公司，如有侵权请联系删除）

Shield AI公司已成功将Hivemind集成至F-16这类成熟平台，展示了其将AI飞行员系统嵌入现有军事装备的能力，从而提升其作战效能与系统潜力。通过与主流飞机制造商积极合作，将AI飞行员技术集成进现有有人/无人平台，Shield AI公司的Hivemind在未来可能成为美国全军无人作战资源（包括飞行器、地面车辆、舰船、潜艇等）的支柱软件。

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