耿藝萌
鄭州市第十一中學(xué) 鄭州 450000
無人機(jī)的自主與智能控制探究
耿藝萌
鄭州市第十一中學(xué) 鄭州 450000
在未來實(shí)施火力打擊、奪取信息優(yōu)勢及進(jìn)行信息對抗過程中,無人機(jī)是一項(xiàng)十分重要的手段。為自主控制無人機(jī),使其智能程度不斷提高是重要發(fā)展趨勢。本文主要對自主和智能的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行闡述,包括兩者的內(nèi)涵及相互關(guān)系,并對實(shí)現(xiàn)智能控制的方案和方法積極有效提出。
無人機(jī);自主;智能
任何事物都是與時俱進(jìn)、不斷發(fā)展著的,并不斷演變其實(shí)質(zhì)內(nèi)涵。對于無人機(jī)來說,也不斷動態(tài)完善其內(nèi)涵,遙控飛機(jī)飛行時代逐漸向無人機(jī)自動飛行階段發(fā)展變化,使得對人們認(rèn)識的提高和技術(shù)的發(fā)展有效適應(yīng),否則不利于無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展,嚴(yán)重者會對無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生阻礙作用[1]。
一般來講,自主是對行為方式的表達(dá),它通過自身決策對某行為進(jìn)行完成;智能是指對行為過程的完成能力,在各種環(huán)境中對合理的“路徑”積極尋找,從而對某項(xiàng)任務(wù)積極完成。
自主與智能二者具有相輔相成的關(guān)系。自主不一定能夠?qū)崿F(xiàn)智能,但自主對智能是有所希望的;智能對自主有效依賴,自主權(quán)的高低決定智能的等級。生成智能的過程主要為:在實(shí)現(xiàn)自主的基礎(chǔ)上,對感悟力、愛好癡迷精神、主動性及權(quán)限范圍等各方面能力綜合運(yùn)用,并不斷總結(jié)知識、積累知識、提取信息、感受信息,對相關(guān)特征積極歸納,促進(jìn)知識結(jié)構(gòu)有效提升完善,并將知識融會貫通,使其對自然規(guī)律能夠有效符合[2]。
獨(dú)立行為執(zhí)行能力、獨(dú)立自主信息決策能力和處理能力、獨(dú)立自主信息獲取能力的全面具備是無人機(jī)自主行為方式實(shí)現(xiàn)的底線和基本原則。自主的基礎(chǔ)為獨(dú)立自主信息獲取能力;對于無人機(jī)來說,若需要外界提供信息,外界一旦對信息不能提供,則無人機(jī)就會無法正常運(yùn)作;自主的核心為獨(dú)立自主信息決策能力和處理能力;獨(dú)立行為執(zhí)行能力要求任務(wù)的執(zhí)行需要按照自身能力去完成,而不是對外來命令機(jī)械地執(zhí)行[3]。因此,對于無人機(jī)來說,上述三層構(gòu)成其自主智能的完整性,三者相互依存、相互作用。
信息提取與感知的實(shí)現(xiàn)需要獨(dú)立自主能力,其主要體現(xiàn)為:(1)信息源需要具備一定的自然屬性,不能人為設(shè)置信息源的特征屬性,從而使得信息的安全性、可信性及唯一性難以保證;(2)信息源需要自主完成信息感知,不可以對其他輔助手段和外部信息進(jìn)行利用;(3)需要自主完成信息特征的提取,針對其他外部手段來說,它們提供的相關(guān)特征信息不能利用[4]。
可見,自主信息不包含數(shù)據(jù)鏈提供的信息、北斗信息及GPS等,對于這些信息來說,其傳感器不屬于自主信息傳感器的類型。常見的信息自主感知傳感器主要包括:電磁感知傳感器、天文信息感知傳感器、光學(xué)感知傳感器、地形匹配感知設(shè)備、視覺感知設(shè)備及慣性傳感器。例如,為對跑道的參數(shù)特征和機(jī)場的位置特征進(jìn)行指示,而將人為設(shè)置的標(biāo)志或反光鏡安裝在機(jī)場上的情況對自主特性是不能體現(xiàn)的,主要原因在于極易破壞或改變這些人為設(shè)置的特征,無法將其作為唯一和可信的信息屬性標(biāo)志。信息源的選擇應(yīng)為很難對其改變的跑道周圍的其他屬性特征,按照距離的遠(yuǎn)近對周圍面積大小進(jìn)行合理選擇,從遠(yuǎn)至近,逐步減小區(qū)域面積,在區(qū)域內(nèi)信息的提取應(yīng)為人們很難改變的屬性特征,例如,自然景觀、河流、高山等,從而在實(shí)現(xiàn)自主的同時,可實(shí)現(xiàn)故障重構(gòu)和故障識別,然后可提供給自主決策具有唯一特征和可信的信息。
人使用的工具包括無人機(jī),可劃分其智能處理為不同的等級和層次。按照優(yōu)先級的原則,劃分無人機(jī)為3個智能等級,主要為:其個體安全飛行等級為第一等級,“高可靠活著”是其定義:能夠?qū)崿F(xiàn)飛行安全,且保持安全的姿態(tài)、速度及高度;具有一定的防撞能力,能夠?qū)拥奈矬w或靜止的物體自主安全的進(jìn)行有效規(guī)避;在空中具備一定的加油能力,促進(jìn)飛行能量有效保證,特情安全著陸能力、自修復(fù)能力和故障重構(gòu)能力等。對小組特定的工作積極完成是其第二等級,“高品質(zhì)工作”是其定義:四維導(dǎo)航能夠?qū)崿F(xiàn);態(tài)勢認(rèn)知和感知能夠?qū)崿F(xiàn);路徑規(guī)劃能夠?qū)崿F(xiàn);任務(wù)規(guī)劃能夠?qū)崿F(xiàn);不認(rèn)知無意識信息。對機(jī)群協(xié)同任務(wù)有效實(shí)現(xiàn)是第三等級,主要包括:編隊(duì)飛行;無人和有人狀態(tài)的協(xié)同作戰(zhàn);態(tài)勢共享和群體感知;機(jī)群聯(lián)合作戰(zhàn)[5]。
總而言之,為使自主智能控制的3個等級有效實(shí)現(xiàn),促進(jìn)完善、完整的無人機(jī)有效“創(chuàng)造”,需要對“創(chuàng)造”原則積極遵循:在對智能和自主有效保證的基礎(chǔ)上,為對一切可用的信息充分利用和獲取,需要對其他傳感器及手段有效借助,從而取得顯著效果。自主與智能需對底線有效確保,為促進(jìn)這一原則有效實(shí)現(xiàn),無人機(jī)需對3個信息環(huán)有效具備,主要包括:權(quán)限信息環(huán)、非自主信息環(huán),即外來輔助信息環(huán)、自主信息環(huán);需要自主完成任務(wù)決策、信息的應(yīng)用、信息的處理和信息的獲取,為實(shí)現(xiàn)這一任務(wù),需要對“代理機(jī)構(gòu)”積極構(gòu)造,需要至少存在兩個“代理”,分為地面上的“代理”和飛機(jī)上的“代理”兩種,地面上的“代理”是對人的指令分發(fā)與構(gòu)造的積極完成,飛機(jī)上的“代理”是對完善的自主智能管控的積極實(shí)現(xiàn),兩者中后者具有十分關(guān)鍵的作用,存在核心功能,若此“代理”不存在,就會無法實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的自主智能使命。
對于無人機(jī)來說,其自主智能控制系統(tǒng)主要組成部分包括:硬件載體、載體所承載的控制邏輯、控制律、行為決策及信息獲取等功能靈魂,且硬件載體相互作用于功能靈魂,對于不同的載體來說,它會對不同的功能靈魂進(jìn)行承載,高性能的載體承載高智能的靈魂,兩者具有相輔相成的關(guān)系,無人機(jī)自主智能控制系統(tǒng)進(jìn)行積極“創(chuàng)造”的過程中,需要同時考慮二者,使二者做到相互協(xié)調(diào)[6]。
為促進(jìn)無人機(jī)自主智能控制有效實(shí)現(xiàn),需要做到完善自修復(fù)能力、故障重構(gòu)、提升智能水平、有效擴(kuò)展功能、有效擴(kuò)充載體,將分布式系統(tǒng)運(yùn)用于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中,并運(yùn)用相對獨(dú)立的指令執(zhí)行部件、決策計(jì)算單元、信息處理分析、信息獲取的傳感器及信息感知的傳感器,進(jìn)行有效的分布式配置,且分布式配置主要包括兩方面含義:(1)分布式配置功能控制,主控制中心和副控制中心兩者均有;(2)分布配置硬件載體。
綜上所述,在反復(fù)研究的前提下,重新梳理無人機(jī)本質(zhì)內(nèi)涵,針對自主與智能來說,分析兩者的本質(zhì)內(nèi)涵及關(guān)系,使得實(shí)現(xiàn)無人機(jī)自主智能控制的基本思路和理念初步形成,將實(shí)現(xiàn)自主智能控制系統(tǒng)工程架構(gòu)積極構(gòu)建,且相關(guān)結(jié)果已經(jīng)運(yùn)用于實(shí)際飛機(jī)控制系統(tǒng)中;對于自主智能控制來說,雖然它具有很長的研究歷史,但存在嚴(yán)重不足的研究深度,多數(shù)情況在理論層面上停留,從工程應(yīng)用層面來看,它還為萌芽狀態(tài)。對于自主智能來說,還需要深入研究其實(shí)現(xiàn)方法、智能決策策略及信息感知方法等方面的內(nèi)容。
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