楊珂

摘 要 隨著信息時代的到來，無人機(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，能夠及時感知戰(zhàn)場，奪取信息優(yōu)勢，進(jìn)行信息對抗和火力打擊，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，是無人機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。本文就對無人機(jī)系統(tǒng)自主控制技術(shù)研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并展望無人機(jī)系統(tǒng)自主控制技術(shù)的未來趨勢。

關(guān)鍵詞 無人機(jī)系統(tǒng)；自主控制技術(shù)；研究現(xiàn)狀；未來趨勢

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

社會經(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)了無人機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展。但是目前無人機(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單遙控進(jìn)行控制，難以準(zhǔn)確了解戰(zhàn)場環(huán)境的變化，無法對各種突發(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 無人機(jī)系統(tǒng)自主控制技術(shù)概述

對于自主控制而言，其定義相對模糊，沒有統(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控制，主要強(qiáng)調(diào)的是沒有人工干預(yù)，但是忽視了綜合分析環(huán)境感知等一系列問題。由于自主控制缺乏人的直接控制，其多是對自我控制和自我決策加以強(qiáng)調(diào)，是以知識和信息驅(qū)動為基礎(chǔ)，具有較高的智能化程度，能夠應(yīng)對新的控制任務(wù)與意外情況。而無人機(jī)系統(tǒng)自主控制主要指的是系統(tǒng)在無人干預(yù)的情況下利用信息處理與在線環(huán)境感知，對優(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)。一般要想對無人機(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，但是由于自主控制等級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個等級：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，美國空軍研究所于2002年確立了無人機(jī)系統(tǒng)自主控制水平（ACL），并將其分為11個等級，被廣泛應(yīng)用在空軍中。

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

在無人機(jī)系統(tǒng)的自主控制技術(shù)方面，國外的研究取得了良好的進(jìn)展，部分學(xué)者提出了無人作戰(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)勢感知與提高UAV自主水平的預(yù)測控制模型。就無人機(jī)系統(tǒng)方面來說，美國的“全球鷹”和“捕食者”實(shí)現(xiàn)了2～3級ACL；無人戰(zhàn)斗武裝旋翼機(jī)將實(shí)現(xiàn)7～9級ACL，能夠在低空復(fù)雜的環(huán)境中自主執(zhí)行任務(wù)；聯(lián)合無人空戰(zhàn)系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)5～6級ACL，能保證多架無人機(jī)協(xié)同執(zhí)行目標(biāo)打擊任務(wù)。我國對無人機(jī)系統(tǒng)自主控制技術(shù)的研究尚處于初級階段，平臺缺乏較強(qiáng)的自主能力，只能對飛行控制問題加以解決，無法執(zhí)行相對復(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題，如無人機(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)劃等問題，我國部分學(xué)者對此進(jìn)行了一系列的研究，并提出了無人戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)分層式智能控制結(jié)構(gòu)以及無人作戰(zhàn)飛機(jī)可變權(quán)限自主的方法及結(jié)構(gòu)等。

總體而言，國內(nèi)外在無人機(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人機(jī)自主控制系統(tǒng)[3]。不過隨著科技的發(fā)展，無人機(jī)系統(tǒng)也在逐步完善，現(xiàn)已經(jīng)開始向“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 無人機(jī)自主控制技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

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

首先可對無人機(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。無人機(jī)的集群自組織技術(shù)主要是以高度對抗的戰(zhàn)場環(huán)境為依據(jù)，利用無人機(jī)集群來理解動態(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)勢相當(dāng)明顯。同時，其能夠以自然界的自主機(jī)制為基礎(chǔ)，在無法集中控制條件下利用信息的交換來控制多架具有自主能力的無人機(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，對于復(fù)雜通信以及不確定的戰(zhàn)場環(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)載程序的無縫連接，保證不同的控制平臺兼容穩(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)剖面的自動控制；而控制權(quán)能夠無縫遷移機(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，可開展無人機(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。對于無人機(jī)系統(tǒng)智能發(fā)育機(jī)制而言，其主要研究無人機(jī)對發(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)理來建立無人機(jī)系統(tǒng)的智能發(fā)育機(jī)制，從而強(qiáng)化無人機(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)主要是對控制系統(tǒng)與操作人員之間的協(xié)作問題加以支持，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，是開展基于故障預(yù)測的任務(wù)規(guī)劃技術(shù)和不確定環(huán)境下多無人機(jī)協(xié)調(diào)控制技術(shù)的研究。要想提高無人機(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)前診斷與檢測技術(shù)較為成熟，但是壽命預(yù)測尚未完善，只對突發(fā)情況的任務(wù)有較好的規(guī)劃，因此以故障預(yù)測為基礎(chǔ)的實(shí)時任務(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，單平臺的作戰(zhàn)能力畢竟有限，因此，無人機(jī)系統(tǒng)的單平臺作戰(zhàn)也需要向多無人機(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，因此無法對環(huán)境進(jìn)行直接感知。所以需要進(jìn)一步的系統(tǒng)開發(fā)、技術(shù)驗證和理論研究多平臺多源和單平臺機(jī)載的傳感器圖像融合，從而實(shí)現(xiàn)全源情報信息的有效融合，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，無人機(jī)系統(tǒng)自主控制技術(shù)作為一項全新的技術(shù)，其在未來信息戰(zhàn)爭中具有重要的作用。目前由于相關(guān)技術(shù)的缺乏，無人機(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。本文就對無人機(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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