軍用人工智能技術(shù)專利分析研究

柏萌嶠 董曉軍

（北京航天長(zhǎng)征科技信息研究所，北京 100076）

0 引言

根據(jù)軍用人工智能技術(shù)特點(diǎn)，通過廣泛調(diào)研相關(guān)文獻(xiàn)和比較分析，辨識(shí)和確定技術(shù)的重要性和新穎性，開展技術(shù)分解，最后形成了該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)圖譜，主要涉及無人裝備、戰(zhàn)場(chǎng)感知、指揮決策3 個(gè)分系統(tǒng)。

1 無人裝備分系統(tǒng)

1.1 技術(shù)發(fā)展路線分析

無人裝備分系統(tǒng)隨時(shí)間的演進(jìn)，可以分為萌芽探索期、技術(shù)突破期和快速發(fā)展期3 個(gè)階段。

在萌芽探索期（2011—2013 年），無人裝備分系統(tǒng)首先面臨的是如何解決飛行器系統(tǒng)電能供給問題[1]，此時(shí)，全球?qū)＠暾?qǐng)人對(duì)于該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)注點(diǎn)在于飛行器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，如西門子股份公司、歐洲空中客車股份公司相繼提出設(shè)計(jì)、安裝帶有導(dǎo)電功能的飛行器推進(jìn)系統(tǒng)，旨在解決工作狀態(tài)下飛行器的動(dòng)力問題。代表性專利名稱為“一種帶有電驅(qū)動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)的飛行器（專利號(hào)為BRPI112012018551）”。

在技術(shù)突破期（2014 年），隨著自動(dòng)通信技術(shù)的不斷發(fā)展且經(jīng)過前期的技術(shù)積累，無人裝備系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)注點(diǎn)由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的自動(dòng)通信。Auto Connect Holdings LLC 提出利用雷達(dá)探測(cè)技術(shù)，對(duì)事故車輛進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)并通過遠(yuǎn)程通信自動(dòng)發(fā)送；Carnegie Mellon University 提出通過自動(dòng)通信控制技術(shù)，建立車輛行駛的優(yōu)先管理方案。代表性專利名稱為“一種用于車輛間自動(dòng)通信系統(tǒng)（專利號(hào)為US14253078）”和“一種用于管理車輛優(yōu)先級(jí)的方法和軟件（專利號(hào)為US14214885）”。

在快速發(fā)展期（2015—2020 年），全球?qū)＠暾?qǐng)人對(duì)于無人裝備分系統(tǒng)的研發(fā)重點(diǎn)是飛行器，機(jī)器自主學(xué)習(xí)與飛行器遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理、目標(biāo)定位結(jié)合，用于識(shí)別目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)工作狀態(tài)下飛行器的實(shí)時(shí)檢測(cè)、驗(yàn)證。經(jīng)過篩選，能夠反映該階段主要技術(shù)特點(diǎn)的代表性專利有2 項(xiàng)。第一項(xiàng)專利名稱為“基于相機(jī)檢測(cè)和監(jiān)督用于飛行器上的機(jī)器學(xué)習(xí)體系結(jié)構(gòu)”，申請(qǐng)?zhí)枮閃OUS19068384，建立了一種用于飛行器的監(jiān)視系統(tǒng)，對(duì)飛行器周圍物體的進(jìn)行感測(cè)，生成推薦路線，防止飛行器與感測(cè)到的物體發(fā)生碰撞。第二項(xiàng)專利名稱為“基于計(jì)算機(jī)視覺的飛行器自主或監(jiān)督自主降落”，申請(qǐng)?zhí)枮镃A3058723，公開了一種用于機(jī)場(chǎng)跑道的飛行器裝置，該裝置將最新的姿態(tài)估計(jì)輸入飛行器的飛行控制計(jì)算機(jī)，用于在最終接近時(shí)引導(dǎo)飛行器。

1.2 技術(shù)功效矩陣分析

在軍用人工智能技術(shù)無人裝備分系統(tǒng)中，全球?qū)＠暾?qǐng)人致力于相關(guān)結(jié)構(gòu)、工藝方法和系統(tǒng)的優(yōu)化研究，提出了諸多有價(jià)值的技術(shù)方案，在該項(xiàng)技術(shù)上具有一定的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

從實(shí)現(xiàn)技術(shù)手段出發(fā)，可以將軍用人工智能技術(shù)無人裝備分系統(tǒng)劃分為飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、姿態(tài)控制、戰(zhàn)斗力3個(gè)子技術(shù)點(diǎn)。結(jié)合上述技術(shù)方案產(chǎn)生的技術(shù)效果分析可知，在飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，研究的重點(diǎn)是提升動(dòng)力、提高系統(tǒng)運(yùn)行速度、提高飛行器或相關(guān)聯(lián)設(shè)備系統(tǒng)的可控性，盡可能降低成本[2]。例如，用于高飛行和遠(yuǎn)距離飛行的無人飛行器推進(jìn)系統(tǒng)，具有噴氣渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和螺旋槳渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，螺旋槳渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)在飛行器飛行過程中狀態(tài)穩(wěn)定可控，實(shí)現(xiàn)無人裝備分系統(tǒng)精確控制。

在姿態(tài)控制、戰(zhàn)斗力上，專利申請(qǐng)人提出在保證飛行器相關(guān)設(shè)備或裝置系統(tǒng)可控的前提下，提升系統(tǒng)運(yùn)行速度，進(jìn)而解決無人裝備飛行過程中自動(dòng)通信準(zhǔn)確性的問題。例如，一種基于計(jì)算機(jī)視覺的無人飛行器控制方法及裝置，包括采集控制者實(shí)時(shí)的手勢(shì)信息；姿態(tài)轉(zhuǎn)換，將采集得到的手勢(shì)信息轉(zhuǎn)換為無人飛行器對(duì)應(yīng)的姿態(tài)控制信號(hào)；信號(hào)發(fā)送，將姿態(tài)控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為相對(duì)應(yīng)的無人飛行器的控制信號(hào)并向無人飛行器發(fā)送，使得用戶可以快速掌握控制飛行器的飛行姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)高實(shí)時(shí)性、高交互性、高可控性的飛行器控制。

從產(chǎn)生的技術(shù)效果來看，軍用人工智能技術(shù)無人裝備分系統(tǒng)的作用是提高飛行器配套系統(tǒng)的運(yùn)行速度，增強(qiáng)系統(tǒng)安全性與可控性。然而，如何通過優(yōu)化飛行器構(gòu)件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)裝置自動(dòng)通信，如何改進(jìn)姿態(tài)控制精度的同時(shí)降低成本，全球?qū)＠暾?qǐng)人尚未研究出較為理想的技術(shù)方案[3]。

2 戰(zhàn)場(chǎng)感知分系統(tǒng)

2.1 技術(shù)發(fā)展路線分析

態(tài)勢(shì)感知分系統(tǒng)隨時(shí)間的演進(jìn)，可以分為探索期和發(fā)展期兩個(gè)階段。

在探索期（2011—2015 年），態(tài)勢(shì)感知分系統(tǒng)首先面臨的問題是如何提升無人飛行器控制性能[4]。這個(gè)階段，全球?qū)＠暾?qǐng)人對(duì)于該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)注點(diǎn)在于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方面，如北京空間技術(shù)研制試驗(yàn)中心、北京航空航天大學(xué)相繼提出基于計(jì)算機(jī)視覺的無人飛行器控制方法，旨在解決人工智能時(shí)代無人飛行器的遠(yuǎn)程控制與通信問題。代表性專利為“一種航天器測(cè)試資源優(yōu)化配置方法（專利號(hào)為CN201510937156.7）”“一種基于計(jì)算機(jī)視覺的無人飛行器控制方法與裝置（專利號(hào)為CN201511024647.9）”和“一種基于專家知識(shí)的無人機(jī)飛行指揮輔助決策系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法（專利號(hào)為CN201510270722.3）”。

在發(fā)展期（2016—2020 年），全球?qū)＠暾?qǐng)人對(duì)于態(tài)勢(shì)感知分系統(tǒng)的研發(fā)重點(diǎn)是將軟件設(shè)計(jì)與機(jī)器自主學(xué)習(xí)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互；與此同時(shí)，利用計(jì)算機(jī)深度學(xué)習(xí)功能，基于數(shù)據(jù)分析，對(duì)飛行器或地面設(shè)備的操作行為進(jìn)行實(shí)時(shí)處理與分析[5]。經(jīng)過篩選，能夠反映該階段主要技術(shù)特點(diǎn)的代表性專利有2 項(xiàng)。其中具有代表性的專利名稱為“異構(gòu)多無人機(jī)系統(tǒng)協(xié)同察打任務(wù)自組織方法”，申請(qǐng)?zhí)枮镃N201610158677.7，公開了一種異構(gòu)多無人機(jī)系統(tǒng)協(xié)同察打任務(wù)自組織方法，設(shè)計(jì)兩個(gè)異構(gòu)多無人機(jī)子系統(tǒng)，通過子系統(tǒng)間相應(yīng)的協(xié)作方式，進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃并進(jìn)行相互協(xié)作。

2.2 技術(shù)功效矩陣分析

在軍用人工智能技術(shù)態(tài)勢(shì)感知分系統(tǒng)，全球?qū)＠暾?qǐng)人致力于采用遠(yuǎn)程信號(hào)測(cè)量、信息數(shù)據(jù)的處理等手段，實(shí)現(xiàn)信息共享與控制，進(jìn)而提升戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下態(tài)勢(shì)感知能力。

從實(shí)現(xiàn)技術(shù)手段出發(fā)，可以將軍用人工智能技術(shù)態(tài)勢(shì)感知分系統(tǒng)劃分為信息獲取、信息共享、精確信息控制與信息資源管理能力4 個(gè)子技術(shù)點(diǎn)。通過對(duì)技術(shù)效果分析可知，在信息獲取技術(shù)上，對(duì)電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，能夠提升系統(tǒng)運(yùn)行的速度；在信息共享技術(shù)上，專利申請(qǐng)人提出通過一般性的電控制方法或裝置實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享，進(jìn)而增強(qiáng)系統(tǒng)的可控性。

在精確信息控制技術(shù)上，專利申請(qǐng)人的關(guān)注點(diǎn)在于如何通過電數(shù)字信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)或圖像信息的處理，借助特定環(huán)境下的計(jì)算模型，增強(qiáng)無人裝備飛行過程中自動(dòng)通信準(zhǔn)確性；同時(shí)，盡可能降低成本的同時(shí)，解決精確控制的問題。例如，一種無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈可靠性的仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法涉及數(shù)據(jù)鏈仿真領(lǐng)域，通過建立各要素模型庫，利用MFC 的交互式界面窗口，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)、地面站、干擾源要素屬性的快速配置，形成動(dòng)態(tài)復(fù)雜的電磁環(huán)境仿真過程，完成對(duì)無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈所面臨的特定場(chǎng)景下的干擾分析，也為數(shù)據(jù)的進(jìn)一步挖掘提供了有力的支撐，具有一定的靈活性和高效性。

從產(chǎn)生的技術(shù)效果來看，軍用人工智能技術(shù)態(tài)勢(shì)感知分系統(tǒng)的作用是提高飛行器系統(tǒng)的運(yùn)行速度，增強(qiáng)系統(tǒng)安全性與可控性，信息傳輸、控制的準(zhǔn)確性也有所提高。運(yùn)用電變量測(cè)量等具體測(cè)量手段，提高系統(tǒng)安全性和可控性，優(yōu)化飛行器構(gòu)件結(jié)構(gòu)，提升系統(tǒng)精準(zhǔn)通信能力，利用自動(dòng)通信方法或軟件改進(jìn)姿態(tài)控制精度；特別是提升戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下態(tài)勢(shì)感知信息的管理能力，全球?qū)＠暾?qǐng)人尚未研究出較為理想的技術(shù)方案[6]。因此，中國(guó)專利申請(qǐng)人可以抓住這個(gè)技術(shù)空白點(diǎn)，深入研究并提出有價(jià)值的技術(shù)方案。

3 指揮決策分系統(tǒng)

3.1 技術(shù)發(fā)展路線分析

指揮決策分系統(tǒng)隨時(shí)間的演進(jìn)，整體呈現(xiàn)平穩(wěn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，其中2012 年、2016 年和2020 年出現(xiàn)了3 次申請(qǐng)高峰年。

2011—2012 年，指揮決策分系統(tǒng)首先在智能電控技術(shù)，特別是燃料電池系統(tǒng)上開展了探索性研究，從車載智能技術(shù)領(lǐng)域入手，提出具備更高系統(tǒng)可靠性的實(shí)施方案。經(jīng)過篩選，能夠反映該階段主要技術(shù)特點(diǎn)的代表性專利有1 項(xiàng)。這專利名稱為“智能車載被動(dòng)恢復(fù)策略”，申請(qǐng)?zhí)枮镈E102012104142，公開了一種用于燃料電池堆的可逆電壓損失的電壓恢復(fù)程序。

2013—2016 年，指揮決策分系統(tǒng)的重點(diǎn)是設(shè)計(jì)可靠的控制方法，克服不確定因素對(duì)智能技術(shù)應(yīng)用效果的影響，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)快速、穩(wěn)定響應(yīng)。

2017—2020 年，全球?qū)＠暾?qǐng)人在指揮決策分系統(tǒng)的重點(diǎn)工作是利用計(jì)算機(jī)深度學(xué)習(xí)功能，基于數(shù)據(jù)分析，對(duì)飛行器或地面設(shè)備的操作行為進(jìn)行實(shí)時(shí)處理與分析。經(jīng)過篩選，能夠反映該階段主要技術(shù)特點(diǎn)的代表性專利有1項(xiàng)。這專利名稱為“用于協(xié)調(diào)通信設(shè)備的區(qū)域特定控制車輛系統(tǒng)和方法”，申請(qǐng)?zhí)枮閁S16432722，公開了一種用于區(qū)域特定控制的方法和系統(tǒng)。

3.2 技術(shù)功效矩陣分析

在軍用人工智能技術(shù)指揮決策分系統(tǒng)中，全球?qū)＠暾?qǐng)人主要采用供配電以及電能轉(zhuǎn)換、信息數(shù)據(jù)處理等手段，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)、各裝置之間的信息協(xié)同與共享，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下的指揮決策[7]。

從實(shí)現(xiàn)技術(shù)手段出發(fā)，可以將軍用人工智能技術(shù)指揮決策分系統(tǒng)劃分為故障診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、協(xié)同作戰(zhàn)能力、信息系統(tǒng)管理4 個(gè)子技術(shù)點(diǎn)。通過對(duì)技術(shù)效果進(jìn)行分析可知，在故障診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)上，采用直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿姆椒ɑ蜓b置，提升系統(tǒng)運(yùn)行速度，同時(shí)增強(qiáng)其可靠性；在信息傳輸技術(shù)上，專利申請(qǐng)人提出使用無線鏈路進(jìn)行非選擇性通信的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳輸與共享，增強(qiáng)系統(tǒng)可控性和安全性；在協(xié)同作戰(zhàn)能力上，專利申請(qǐng)人傾向于設(shè)計(jì)一種供電或配電的電路裝置或系統(tǒng)，設(shè)計(jì)可調(diào)節(jié)的變壓器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電能存儲(chǔ)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)可控性。

從產(chǎn)生的技術(shù)效果來看，軍用人工智能技術(shù)指揮決策分系統(tǒng)的作用是通過單點(diǎn)技術(shù)的突破，從電能儲(chǔ)備（或電池組能源儲(chǔ)備）技術(shù)入手，設(shè)計(jì)適用于工作過程中飛行器或地面設(shè)備的故障診斷與預(yù)測(cè)，進(jìn)而提高飛行器系統(tǒng)的運(yùn)行速度，增強(qiáng)系統(tǒng)安全性與可控性[8]。通過機(jī)器自主學(xué)習(xí)的方式提高系統(tǒng)可控性，同時(shí)降低設(shè)計(jì)成本，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)通用性，提升戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下武器裝備體系各系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)能力，特別是武器裝備體系的整體信息系統(tǒng)管理，全球?qū)＠暾?qǐng)人尚未研究出較為理想的技術(shù)方案。因此，中國(guó)專利申請(qǐng)人可以抓住這個(gè)技術(shù)空白點(diǎn)，深入研究并提出有價(jià)值的技術(shù)方案。

4 技術(shù)研發(fā)熱點(diǎn)和空白點(diǎn)分析

對(duì)人工智能關(guān)鍵技術(shù)專利申請(qǐng)分布情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示：全球?qū)＠暾?qǐng)人的研發(fā)熱點(diǎn)集中在信息控制技術(shù)和故障診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)，分別申請(qǐng)專利588 件和296 件。從數(shù)量上看，信息獲取技術(shù)、信息共享技術(shù)和信息傳輸技術(shù)專利申請(qǐng)不多，然而如何有效提升智能化軍事裝備的信息傳輸能力，如何保證戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下精確的信息獲取與共享，是未來該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展的方向。

5 結(jié)語

從上述分析可知，人工智能技術(shù)的專利呈現(xiàn)3 個(gè)特點(diǎn)。一是專利申請(qǐng)集中度較高，特別是戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境感知和指揮決策系統(tǒng)，是該領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)的熱點(diǎn)，對(duì)于技術(shù)的發(fā)展起到十分重要的作用；二是各關(guān)鍵技術(shù)專利申請(qǐng)數(shù)量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，說明全球?qū)＠暾?qǐng)人致力于該領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)的研究，通過不斷地改進(jìn)技術(shù)方案推動(dòng)技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新；三是技術(shù)方案價(jià)值度高，向著智能化協(xié)同轉(zhuǎn)型，由于人工智能技術(shù)在軍事上擁有廣闊的應(yīng)用前景，智能化武器裝備和智能機(jī)器人的應(yīng)用對(duì)于該領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生重大影響，因此其專利的技術(shù)方案具有更高的參考價(jià)值，為申請(qǐng)人搶占目標(biāo)市場(chǎng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。