雷鳴遠(yuǎn)

摘? ?要：在信息科技時(shí)代，無人機(jī)的使用將越來越普遍，它們能夠在實(shí)施火力打擊時(shí)提供精準(zhǔn)定位，并且深入危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行科學(xué)探查，降低了人員傷亡。目前的無人機(jī)系統(tǒng)大多需要人工操控，提升無人機(jī)的智能性，實(shí)現(xiàn)全自動化控制，將是其發(fā)展的必由之路。文章結(jié)合該行業(yè)現(xiàn)狀，進(jìn)行無人機(jī)自主控制技術(shù)及應(yīng)用實(shí)踐分析。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)系統(tǒng);自主控制技術(shù);應(yīng)用實(shí)踐分析

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

1? ? 無人機(jī)系統(tǒng)自主控制技術(shù)簡介

無人機(jī)系統(tǒng)的自主控制技術(shù)指通過提升現(xiàn)有的控制技術(shù)水平，為無人機(jī)植入一定的人工智能程序，使之具有對當(dāng)前形勢的判斷能力，能夠根據(jù)實(shí)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(jī)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(yuǎn)距離進(jìn)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(jī)數(shù)量的增多與市場的擴(kuò)大，自主控制技術(shù)的研究與應(yīng)用成為必然，全球民用無人機(jī)市場規(guī)模變化如圖1所示。

2? ? 無人機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)勢

2.1? 受天氣影響較小

無人機(jī)技術(shù)以GPS技術(shù)作為依托，其最突出的特征便是不受任何天氣影響，在進(jìn)行作業(yè)時(shí)，可以無視當(dāng)?shù)氐奶鞖庾兓瑹o論是雨雪還是雷暴天氣，都能夠按時(shí)完成任務(wù)。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(jìn)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(zhǔn)確

GPS技術(shù)最初應(yīng)用于軍方，為之提供精確的目標(biāo)位置，其精確度是非常高的。近年來，經(jīng)過了一定的改進(jìn)與完善，其精度更是大大提升，目前無人機(jī)多采用GPS技術(shù)進(jìn)行定位，可在50 km以內(nèi)將誤差控制在6～10 m，而100～500 km范圍內(nèi)的誤差也不會超過10 m。在進(jìn)行短距離測繪時(shí)，其精度更是能夠達(dá)到毫米甚至更精確級別，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人力所能達(dá)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(dāng)連續(xù)專注地進(jìn)行幾個(gè)小時(shí)測繪工作時(shí)，工作狀態(tài)便會嚴(yán)重下滑，容易出現(xiàn)誤差。采用無人機(jī)技術(shù)則可以實(shí)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(jìn)行接收和記錄即可[3]。

2.4? 設(shè)備體積小，自主性高

目前無人機(jī)設(shè)備的體積不斷在縮小，攜帶十分方便，軍用無人機(jī)的體積也在逐漸縮小，并且許多設(shè)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(jìn)行簡單的操控，省時(shí)、省力，應(yīng)用無人機(jī)技術(shù)后，對于從業(yè)人員專業(yè)素質(zhì)的要求會有相應(yīng)程度的降低[4]。

2.5? 隱蔽性好

軍用無人機(jī)隱蔽性很強(qiáng)，不容易被雷達(dá)等發(fā)現(xiàn)，將其用于戰(zhàn)場偵察可以快速獲取情報(bào)信息，而且不容易引起敵方注意，因?yàn)椴挥每紤]駕駛員問題，它的體積可以縮小許多，結(jié)構(gòu)精巧，更加便于隱藏。

3? ? 無人機(jī)系統(tǒng)自主控制技術(shù)的應(yīng)用

3.1? 地質(zhì)勘測

在進(jìn)行城市的水利工程規(guī)劃、建筑設(shè)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(zhǔn)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(yīng)當(dāng)采用無人機(jī)技術(shù)進(jìn)行勘測，再將所獲得的數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)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(shù)結(jié)合，最終呈現(xiàn)城市地形圖的3D化可視模型。在一些復(fù)雜工程中，平面圖已經(jīng)滿足不了施工的需要，采用無人機(jī)技術(shù)獲得精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)后，再應(yīng)用BIM技術(shù)繪制城市的立體地形圖，可以為城市規(guī)劃建設(shè)提供極大的便利。自動控制技術(shù)可以使無人機(jī)自行完成某一區(qū)域的全部勘測工作，并分類傳回?cái)?shù)據(jù)，省去人工操控的時(shí)間，并且很少出現(xiàn)失誤。

3.2? 信息對抗

由于無人機(jī)的特性，其可以在惡劣環(huán)境中起飛，并對光電信息可以實(shí)施對抗活動。自主控制技術(shù)的應(yīng)用可以使無人機(jī)具備判斷通信設(shè)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(shí)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(jī)。在信息時(shí)代，往往幾分鐘就能改變戰(zhàn)局，自主控制技術(shù)恰恰可以讓無人機(jī)搶得關(guān)鍵時(shí)間，幫助己方獲勝。

3.3? 軍事打擊

應(yīng)用無人機(jī)的自主控制技術(shù)可以使無人機(jī)自動尋找和鎖定重要軍事目標(biāo)，并自發(fā)進(jìn)行信息反饋。作戰(zhàn)無人機(jī)攜帶有不同種類的作戰(zhàn)單元，可以在發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后第一時(shí)間做出判斷并實(shí)施軍事打擊，不會因來回傳播信息和命令延誤戰(zhàn)機(jī)，可以大大提升部隊(duì)的作戰(zhàn)能力。戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)在某些特定環(huán)境下可以直接作為導(dǎo)彈的替代品，用于摧毀敵方雷達(dá)和重要通信設(shè)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(yán)重干擾。另外，軍用小型無人機(jī)大多造價(jià)低廉，可用作自殺式襲擊的道具，自控技術(shù)可以使其自主判斷當(dāng)前戰(zhàn)局形勢，從而決定是否發(fā)起攻擊。大型無人機(jī)則可以實(shí)現(xiàn)全球快速打擊，可代替巡航機(jī)，一旦發(fā)現(xiàn)可疑目標(biāo)，在警告無果后自動發(fā)起攻擊，防止其在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到偵測等目的。

3.4? 環(huán)境監(jiān)測

在我國經(jīng)濟(jì)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(yán)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(zhì)和進(jìn)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(jī)可以對大氣或者水源中的污染物質(zhì)含量進(jìn)行檢測，并能夠自動判定風(fēng)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(hù)和野生動物研究

在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)建設(shè)的同時(shí)，必須注重對環(huán)境的保護(hù)，決不能本末倒置、罔顧生態(tài)。實(shí)際上，在人類聚居地的建設(shè)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(jī)技術(shù)可以將影響降到最低。具體操作：先投放應(yīng)用同位素進(jìn)行標(biāo)記的食物，附近動物食用后則會被標(biāo)記，然后，可應(yīng)用無人機(jī)進(jìn)行自動追蹤，在不驚擾野生動物的前提下確認(rèn)其位置，經(jīng)過一段時(shí)間的觀察后，可大致確定不同動物種群的活動范圍。在進(jìn)行城市規(guī)劃時(shí)，盡量避開動物聚集區(qū)域，或是將該地區(qū)的樹木等進(jìn)行移植，讓動物隨之遷徙，而在進(jìn)行旅游地劃分時(shí)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(jī)可以對野生動物進(jìn)行自動跟拍，這對于生物學(xué)家研究生物的棲息環(huán)境和習(xí)慣等具有十分重要的意義。

3.6? 攝影

在體育領(lǐng)域，某些極限運(yùn)動很難做到跟拍攝影，例如蹦極、滑雪等，而利用無人機(jī)可以全程跟拍，并自動調(diào)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(jī)系統(tǒng)可以方便地記錄整個(gè)過程。

4? ? 無人機(jī)系統(tǒng)自主控制技術(shù)發(fā)展要點(diǎn)

4.1? 擴(kuò)頻通信技術(shù)

由于無人機(jī)采用的微波通信技術(shù)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(zhì)，同頻段的電磁波之間也會進(jìn)行干涉和疊加，干擾現(xiàn)象十分嚴(yán)重。因此無人機(jī)需要在干擾較強(qiáng)時(shí)自主采用擴(kuò)頻技術(shù)，有效減少和防止干擾，提升通信質(zhì)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(jī)的協(xié)調(diào)工作

在許多復(fù)雜的作戰(zhàn)環(huán)境下，操作人員會與無人機(jī)失去聯(lián)系，此時(shí)就需要無人機(jī)根據(jù)當(dāng)前形勢自主決定撤退或是繼續(xù)工作，但單個(gè)無人機(jī)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(shí)現(xiàn)多臺無人機(jī)協(xié)調(diào)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(zhǔn)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(jī)進(jìn)行跟拍，若是它們能夠協(xié)同工作，可以減少重復(fù)拍攝的情況，提升所得數(shù)據(jù)的有效性。

5? ? 結(jié)語

自主控制技術(shù)對于無人機(jī)的發(fā)展而言，具有無與倫比的意義，提升無人機(jī)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(shù)在無人機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用與能夠帶來的收益，并對其未來發(fā)展提出設(shè)想。

[參考文獻(xiàn)]

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

[2]謝豇宇，金印.無人機(jī)系統(tǒng)自主控制的關(guān)鍵技術(shù)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(jī)系統(tǒng)自主控制技術(shù)及應(yīng)用實(shí)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(jī)系統(tǒng)自主控制的關(guān)鍵技術(shù)[J].中國軍轉(zhuǎn)民，2016（12）：41-43.