無(wú)人機(jī)系統(tǒng)自主控制技術(shù)研究現(xiàn)狀與未來(lái)趨勢(shì)

楊珂

摘 要 隨著信息時(shí)代的到來(lái)，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)作為一種重要的信息技術(shù)手段，其具有較高的魯棒性和自主能力，能夠及時(shí)感知戰(zhàn)場(chǎng)，奪取信息優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行信息對(duì)抗和火力打擊，促進(jìn)目標(biāo)定位精度與速度的提升，增強(qiáng)任務(wù)的靈活性。相較于有人機(jī)而言，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)具有一定的“自主性”，能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自主控制，強(qiáng)化系統(tǒng)的智能性，是無(wú)人機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。本文就對(duì)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)自主控制技術(shù)研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并展望無(wú)人機(jī)系統(tǒng)自主控制技術(shù)的未來(lái)趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞 無(wú)人機(jī)系統(tǒng)；自主控制技術(shù)；研究現(xiàn)狀；未來(lái)趨勢(shì)

中圖分類號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2016）161-0052-02

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在一定程度上促進(jìn)了無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展。但是目前無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的自主性和智能化程度不高，主要是以預(yù)編程控制和操作員簡(jiǎn)單遙控進(jìn)行控制，難以準(zhǔn)確了解戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的變化，無(wú)法對(duì)各種突發(fā)威脅進(jìn)行有效處理，降低了生存的概率[ 1 ]。當(dāng)前無(wú)人機(jī)的系統(tǒng)智能化水平日益進(jìn)步，使得人機(jī)智能融合的交互控制得到進(jìn)一步發(fā)展，這些都能夠有效降低操作人員的工作負(fù)荷，促進(jìn)作戰(zhàn)效能的提高。

1 無(wú)人機(jī)系統(tǒng)自主控制技術(shù)概述

對(duì)于自主控制而言，其定義相對(duì)模糊，沒(méi)有統(tǒng)一的定論，如部分人認(rèn)為自主控制涉及控制重構(gòu)、信息處理和在線感知等功能，有些人則認(rèn)為其應(yīng)該以非結(jié)構(gòu)化環(huán)境為依據(jù)，采取較高程度的自動(dòng)控制，主要強(qiáng)調(diào)的是沒(méi)有人工干預(yù)，但是忽視了綜合分析環(huán)境感知等一系列問(wèn)題。由于自主控制缺乏人的直接控制，其多是對(duì)自我控制和自我決策加以強(qiáng)調(diào)，是以知識(shí)和信息驅(qū)動(dòng)為基礎(chǔ)，具有較高的智能化程度，能夠應(yīng)對(duì)新的控制任務(wù)與意外情況。而無(wú)人機(jī)系統(tǒng)自主控制主要指的是系統(tǒng)在無(wú)人干預(yù)的情況下利用信息處理與在線環(huán)境感知，對(duì)優(yōu)化的控制策略加以自主生成，有效完成戰(zhàn)術(shù)與戰(zhàn)略任務(wù)。一般要想對(duì)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的自主水平加以了解與衡量，需要合理劃分自主能力等級(jí)，但是由于自主控制等級(jí)劃分缺乏具體的定量度量指標(biāo)和科學(xué)的理論依據(jù)，其還處于定性描述階段[ 2 ]。如Ziegle將其劃分為3個(gè)等級(jí)：實(shí)現(xiàn)描述目標(biāo)的能力；適應(yīng)主要環(huán)境變化的能力；發(fā)展自我目標(biāo)的能力。此外，美國(guó)空軍研究所于2002年確立了無(wú)人機(jī)系統(tǒng)自主控制水平（ACL），并將其分為11個(gè)等級(jí)，被廣泛應(yīng)用在空軍中。

2 無(wú)人機(jī)系統(tǒng)自主控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀

在無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的自主控制技術(shù)方面，國(guó)外的研究取得了良好的進(jìn)展，部分學(xué)者提出了無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)的智能自主控制與可靠自主控制技術(shù)，有些研究人員研究了自主控制智能態(tài)勢(shì)感知與提高UAV自主水平的預(yù)測(cè)控制模型。就無(wú)人機(jī)系統(tǒng)方面來(lái)說(shuō)，美國(guó)的“全球鷹”和“捕食者”實(shí)現(xiàn)了2～3級(jí)ACL；無(wú)人戰(zhàn)斗武裝旋翼機(jī)將實(shí)現(xiàn)7～9級(jí)ACL，能夠在低空復(fù)雜的環(huán)境中自主執(zhí)行任務(wù)；聯(lián)合無(wú)人空戰(zhàn)系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)5～6級(jí)ACL，能保證多架無(wú)人機(jī)協(xié)同執(zhí)行目標(biāo)打擊任務(wù)。我國(guó)對(duì)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)自主控制技術(shù)的研究尚處于初級(jí)階段，平臺(tái)缺乏較強(qiáng)的自主能力，只能對(duì)飛行控制問(wèn)題加以解決，無(wú)法執(zhí)行相對(duì)復(fù)雜的任務(wù)，如基于高密度防空體系的大縱深精確打擊與突擊等。不確定的環(huán)境下，自主飛行控制往往存在一些問(wèn)題，如無(wú)人機(jī)自主飛行控制中自主著陸、控制結(jié)構(gòu)、重規(guī)劃與飛行規(guī)劃等問(wèn)題，我國(guó)部分學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了一系列的研究，并提出了無(wú)人戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)分層式智能控制結(jié)構(gòu)以及無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)可變權(quán)限自主的方法及結(jié)構(gòu)等。

總體而言，國(guó)內(nèi)外在無(wú)人機(jī)系統(tǒng)自主控制技術(shù)方面缺乏較高的水平，在不確定時(shí)間中，其處理、判斷與感知方面的能力明顯不足，往往只能實(shí)現(xiàn)確定環(huán)境中的半自主或自主控制，這樣是并非是真正意義上的無(wú)人機(jī)自主控制系統(tǒng)[3]。不過(guò)隨著科技的發(fā)展，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)也在逐步完善，現(xiàn)已經(jīng)開(kāi)始向“人在回路上”的監(jiān)督控制方向轉(zhuǎn)變，從而達(dá)到完全自主控制的目的。

3 無(wú)人機(jī)自主控制技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

在無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的自主控制技術(shù)方面，我國(guó)的研究起步較晚，也缺乏有效的手段來(lái)快速的處理、傳輸和獲取信息，因此需要進(jìn)一步研究。

首先可對(duì)無(wú)人機(jī)的集群自組織技術(shù)和離機(jī)自主控制代理技術(shù)的方向進(jìn)行研究。無(wú)人機(jī)的集群自組織技術(shù)主要是以高度對(duì)抗的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境為依據(jù)，利用無(wú)人機(jī)集群來(lái)理解動(dòng)態(tài)化的任務(wù)，自主完成多目標(biāo)的搜索、跟蹤和打擊等任務(wù)，其成本優(yōu)勢(shì)相當(dāng)明顯。同時(shí)，其能夠以自然界的自主機(jī)制為基礎(chǔ)，在無(wú)法集中控制條件下利用信息的交換來(lái)控制多架具有自主能力的無(wú)人機(jī)，提高自主協(xié)作的程度，減少人為干預(yù)，保證預(yù)期作戰(zhàn)任務(wù)的圓滿完成。此外，對(duì)于復(fù)雜通信以及不確定的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，將離機(jī)自主控制代理配置到任務(wù)控制站之中，這樣就能夠保證自主控制器與機(jī)載程序的無(wú)縫連接，保證不同的控制平臺(tái)兼容穩(wěn)定[ 4 ]。通常而言，離機(jī)自主控制代理能有效的完成基本的自主飛行任務(wù)，并在任務(wù)中規(guī)避碰撞威脅，做好基本任務(wù)剖面的自動(dòng)控制；而控制權(quán)能夠無(wú)縫遷移機(jī)載自主控制其和任務(wù)控制站，降低操作人員的工作強(qiáng)度，保證可變權(quán)限自主控制的實(shí)現(xiàn)。

其次，可開(kāi)展無(wú)人機(jī)系統(tǒng)智能發(fā)育機(jī)制和人系統(tǒng)綜合顯控技術(shù)的研究。對(duì)于無(wú)人機(jī)系統(tǒng)智能發(fā)育機(jī)制而言，其主要研究無(wú)人機(jī)對(duì)發(fā)展環(huán)境深度的認(rèn)知，利用模型算法和人類智能發(fā)育機(jī)理來(lái)建立無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的智能發(fā)育機(jī)制，從而強(qiáng)化無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)能力、推理能力和學(xué)習(xí)能力。而人系統(tǒng)綜合顯控技術(shù)主要是對(duì)控制系統(tǒng)與操作人員之間的協(xié)作問(wèn)題加以支持，使操作人員能夠理解系統(tǒng)提供的建議與狀態(tài)，并利用自然方式科學(xué)指導(dǎo)智能控制系統(tǒng)，保證人機(jī)智能的有效融合，促進(jìn)人機(jī)系統(tǒng)綜合效能的提高。

再次，是開(kāi)展基于故障預(yù)測(cè)的任務(wù)規(guī)劃技術(shù)和不確定環(huán)境下多無(wú)人機(jī)協(xié)調(diào)控制技術(shù)的研究。要想提高無(wú)人機(jī)的可維護(hù)性、可靠性和安全性，降低成本，需要科學(xué)運(yùn)用綜合健康管理技術(shù)。當(dāng)前診斷與檢測(cè)技術(shù)較為成熟，但是壽命預(yù)測(cè)尚未完善，只對(duì)突發(fā)情況的任務(wù)有較好的規(guī)劃，因此以故障預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)的實(shí)時(shí)任務(wù)規(guī)劃也需要相應(yīng)執(zhí)行，以促進(jìn)系統(tǒng)作戰(zhàn)能力的提高，強(qiáng)化任務(wù)基礎(chǔ)的實(shí)用性與前瞻性[5]。此外，技術(shù)的進(jìn)步也使得當(dāng)前的作戰(zhàn)環(huán)境日趨復(fù)雜，單平臺(tái)的作戰(zhàn)能力畢竟有限，因此，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的單平臺(tái)作戰(zhàn)也需要向多無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)方向發(fā)展，做好多機(jī)協(xié)調(diào)的合理控制，使得工作流程與結(jié)構(gòu)得到最大優(yōu)化。

最后，面向環(huán)境感知的圖像與信息的融合技術(shù)是重點(diǎn)研究方向。當(dāng)前的機(jī)載傳感器已經(jīng)具備了成像化的要求，在圖像信息的像素級(jí)融合方面已能勝任。但是，當(dāng)前的圖像理解技術(shù)并不成熟，因此無(wú)法對(duì)環(huán)境進(jìn)行直接感知。所以需要進(jìn)一步的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、技術(shù)驗(yàn)證和理論研究多平臺(tái)多源和單平臺(tái)機(jī)載的傳感器圖像融合，從而實(shí)現(xiàn)全源情報(bào)信息的有效融合，保證全息圖像畫面的直觀性。

4 結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)自主控制技術(shù)作為一項(xiàng)全新的技術(shù)，其在未來(lái)信息戰(zhàn)爭(zhēng)中具有重要的作用。目前由于相關(guān)技術(shù)的缺乏，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)自主控制技術(shù)作為極具前景與挑戰(zhàn)的戰(zhàn)略課題，提高當(dāng)前無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的自主性仍是業(yè)界研究的重點(diǎn)方向。本文就對(duì)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)自主控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并詳細(xì)指出了其需要重點(diǎn)研究的方向。

參考文獻(xiàn)

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