無人機系統(tǒng)自主控制技術及應用實踐分析

雷鳴遠

摘? ?要：在信息科技時代，無人機的使用將越來越普遍，它們能夠在實施火力打擊時提供精準定位，并且深入危險區(qū)域進行科學探查，降低了人員傷亡。目前的無人機系統(tǒng)大多需要人工操控，提升無人機的智能性，實現(xiàn)全自動化控制，將是其發(fā)展的必由之路。文章結合該行業(yè)現(xiàn)狀，進行無人機自主控制技術及應用實踐分析。

關鍵詞：無人機系統(tǒng);自主控制技術;應用實踐分析

自控技術是無人機的根本特性，是實現(xiàn)脫離人類手動操控的關鍵。目前無人機系統(tǒng)的智能化和全自動化尚未實現(xiàn)，控制方式仍然以人類遙控為主，為了提升無人機系統(tǒng)的性能，勢必大力發(fā)展自主控制技術[1]。

1? ? 無人機系統(tǒng)自主控制技術簡介

無人機系統(tǒng)的自主控制技術指通過提升現(xiàn)有的控制技術水平，為無人機植入一定的人工智能程序，使之具有對當前形勢的判斷能力，能夠根據(jù)實際形勢出某些決策，從而提高其自主性能[2]。在軍工方面，主要是使無人機能夠自發(fā)處理某些突發(fā)情況，例如突然的通信中斷，并且使其不受距離限制，能夠在超遠距離進行偵查和軍事打擊等作業(yè)。在民用方面，則是提升其工作效率、減少人工投入、降低成本。隨著無人機數(shù)量的增多與市場的擴大，自主控制技術的研究與應用成為必然，全球民用無人機市場規(guī)模變化如圖1所示。

2? ? 無人機系統(tǒng)的優(yōu)勢

2.1? 受天氣影響較小

無人機技術以GPS技術作為依托，其最突出的特征便是不受任何天氣影響，在進行作業(yè)時，可以無視當?shù)氐奶鞖庾兓?，無論是雨雪還是雷暴天氣，都能夠按時完成任務。另外，在人類不方便靠近的地區(qū)，例如深山、河流、深林，它也可以暢通無阻地進行查探，為探測工作帶來巨大的便利。

2.2? 精度較高，數(shù)據(jù)來源準確

GPS技術最初應用于軍方，為之提供精確的目標位置，其精確度是非常高的。近年來，經(jīng)過了一定的改進與完善，其精度更是大大提升，目前無人機多采用GPS技術進行定位，可在50 km以內將誤差控制在6～10 m，而100～500 km范圍內的誤差也不會超過10 m。在進行短距離測繪時，其精度更是能夠達到毫米甚至更精確級別，遠遠超出人力所能達到的范疇。

2.3? 全天候工作

人工測繪的主體是人類，而人類精力有限，當連續(xù)專注地進行幾個小時測繪工作時，工作狀態(tài)便會嚴重下滑，容易出現(xiàn)誤差。采用無人機技術則可以實現(xiàn)全天候作業(yè)，24 h不停工作，只需幾名監(jiān)測人員輪流對數(shù)據(jù)進行接收和記錄即可[3]。

2.4? 設備體積小，自主性高

目前無人機設備的體積不斷在縮小，攜帶十分方便，軍用無人機的體積也在逐漸縮小，并且許多設備智能化程度較高、操作簡便、便于掌握，擁有很高的自主工作性，操作人員只需進行簡單的操控，省時、省力，應用無人機技術后，對于從業(yè)人員專業(yè)素質的要求會有相應程度的降低[4]。

2.5? 隱蔽性好

軍用無人機隱蔽性很強，不容易被雷達等發(fā)現(xiàn)，將其用于戰(zhàn)場偵察可以快速獲取情報信息，而且不容易引起敵方注意，因為不用考慮駕駛員問題，它的體積可以縮小許多，結構精巧，更加便于隱藏。

3? ? 無人機系統(tǒng)自主控制技術的應用

3.1? 地質勘測

在進行城市的水利工程規(guī)劃、建筑設施規(guī)劃、鋪就公路之前，都需要建立城市的整體或局部地形圖，人工繪圖效率低下、準確度低，在稍有疏漏便可能產(chǎn)生極大安全隱患的水利工程中，人工繪圖的誤差是致命的。因此，應當采用無人機技術進行勘測，再將所獲得的數(shù)據(jù)通過計算機軟件加以整合和處理，最終繪制出完整的地形圖。另外，它可以和建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術結合，最終呈現(xiàn)城市地形圖的3D化可視模型。在一些復雜工程中，平面圖已經(jīng)滿足不了施工的需要，采用無人機技術獲得精準的數(shù)據(jù)后，再應用BIM技術繪制城市的立體地形圖，可以為城市規(guī)劃建設提供極大的便利。自動控制技術可以使無人機自行完成某一區(qū)域的全部勘測工作，并分類傳回數(shù)據(jù)，省去人工操控的時間，并且很少出現(xiàn)失誤。

3.2? 信息對抗

由于無人機的特性，其可以在惡劣環(huán)境中起飛，并對光電信息可以實施對抗活動。自主控制技術的應用可以使無人機具備判斷通信設備種類的功能和評估重要性的能力，自主尋找敵方重要偵查基地并實行信息阻隔，擾亂對方的指揮系統(tǒng)，阻斷偵查能力，為己方搶得先機。在信息時代，往往幾分鐘就能改變戰(zhàn)局，自主控制技術恰恰可以讓無人機搶得關鍵時間，幫助己方獲勝。

3.3? 軍事打擊

應用無人機的自主控制技術可以使無人機自動尋找和鎖定重要軍事目標，并自發(fā)進行信息反饋。作戰(zhàn)無人機攜帶有不同種類的作戰(zhàn)單元，可以在發(fā)現(xiàn)目標后第一時間做出判斷并實施軍事打擊，不會因來回傳播信息和命令延誤戰(zhàn)機，可以大大提升部隊的作戰(zhàn)能力。戰(zhàn)術無人機在某些特定環(huán)境下可以直接作為導彈的替代品，用于摧毀敵方雷達和重要通信設備，以及直接切斷對方通信聯(lián)系等，對其指揮系統(tǒng)造成嚴重干擾。另外，軍用小型無人機大多造價低廉，可用作自殺式襲擊的道具，自控技術可以使其自主判斷當前戰(zhàn)局形勢，從而決定是否發(fā)起攻擊。大型無人機則可以實現(xiàn)全球快速打擊，可代替巡航機，一旦發(fā)現(xiàn)可疑目標，在警告無果后自動發(fā)起攻擊，防止其在短時間內達到偵測等目的。

3.4? 環(huán)境監(jiān)測

在我國經(jīng)濟組成中，第二產(chǎn)業(yè)仍然占據(jù)很高的比重，尤其是各種重工業(yè)，會產(chǎn)生對環(huán)境有嚴重污染的廢棄物，處理這些產(chǎn)物將大大增加企業(yè)的生產(chǎn)成本，因此許多企業(yè)選擇在半夜偷偷排放有毒物質和進行其他非法活動，人工監(jiān)測成本極高，并且難度大。自動控制的無人機可以對大氣或者水源中的污染物質含量進行檢測，并能夠自動判定風向和水流方向，尋找其源頭、獲取證據(jù)，從而有效減少此類現(xiàn)象的發(fā)生。

3.5? 生態(tài)環(huán)境保護和野生動物研究

在進行經(jīng)濟建設的同時，必須注重對環(huán)境的保護，決不能本末倒置、罔顧生態(tài)。實際上，在人類聚居地的建設過程中，對于周圍生物生存環(huán)境的影響是無法避免的，而采用無人機技術可以將影響降到最低。具體操作：先投放應用同位素進行標記的食物，附近動物食用后則會被標記，然后，可應用無人機進行自動追蹤，在不驚擾野生動物的前提下確認其位置，經(jīng)過一段時間的觀察后，可大致確定不同動物種群的活動范圍。在進行城市規(guī)劃時，盡量避開動物聚集區(qū)域，或是將該地區(qū)的樹木等進行移植，讓動物隨之遷徙，而在進行旅游地劃分時也可盡量避免破壞野生動物聚居區(qū)。同樣地，擁有自動控制功能的無人機可以對野生動物進行自動跟拍，這對于生物學家研究生物的棲息環(huán)境和習慣等具有十分重要的意義。

3.6? 攝影

在體育領域，某些極限運動很難做到跟拍攝影，例如蹦極、滑雪等，而利用無人機可以全程跟拍，并自動調整焦距、拍攝角度等，獲取珍貴的視頻和照片。另外，在某些大型活動中，例如婚禮、閱兵等，采用無人機系統(tǒng)可以方便地記錄整個過程。

4? ? 無人機系統(tǒng)自主控制技術發(fā)展要點

4.1? 擴頻通信技術

由于無人機采用的微波通信技術的普及，空氣中各種頻段的電磁波泛濫，障礙物也較多，波具有干涉和衍射的性質，同頻段的電磁波之間也會進行干涉和疊加，干擾現(xiàn)象十分嚴重。因此無人機需要在干擾較強時自主采用擴頻技術，有效減少和防止干擾，提升通信質量，如此一來，無論是軍用還是民用都能得到極大的便利。

4.2? 不確定環(huán)境下多臺無人機的協(xié)調工作

在許多復雜的作戰(zhàn)環(huán)境下，操作人員會與無人機失去聯(lián)系，此時就需要無人機根據(jù)當前形勢自主決定撤退或是繼續(xù)工作，但單個無人機所能獲取的信息有限，因此做出的分析可能較為片面。若能實現(xiàn)多臺無人機協(xié)調工作和信息共享，則能夠較為全面地了解環(huán)境，從而做出最為準確的判斷。此外，在民用方面，某些大型活動的記錄工作往往由多臺無人機進行跟拍，若是它們能夠協(xié)同工作，可以減少重復拍攝的情況，提升所得數(shù)據(jù)的有效性。

5? ? 結語

自主控制技術對于無人機的發(fā)展而言，具有無與倫比的意義，提升無人機系統(tǒng)的智能化和自主性是科技發(fā)展的必然追求。本文分析了自主控制技術在無人機系統(tǒng)中的應用與能夠帶來的收益，并對其未來發(fā)展提出設想。

[參考文獻]

[1]任廣山，常晶，陳為勝.無人機系統(tǒng)智能自主控制技術發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].控制與信息技術，2018（6）：7-13.

[2]謝豇宇，金印.無人機系統(tǒng)自主控制的關鍵技術分析[J].中國新通信，2018（12）：79-80.

[3]黃波，詹金棍，謝林峰，等.無人機系統(tǒng)自主控制技術及應用實踐分析[J].科技資訊，2018（3）：65-66.

[4]李棟，李明，高啟坤.淺析無人機系統(tǒng)自主控制的關鍵技術[J].中國軍轉民，2016（12）：41-43.