走向智能自主的無人機控制技術(shù)

趙煦

（空軍試驗訓練基地）

走向智能自主的無人機控制技術(shù)

趙煦

（空軍試驗訓練基地）

趙煦 湖南瀏陽人，無人駕駛飛行器專家，中國工程院院士。曾任空軍某試驗訓練基地第二試驗站總工程師，專業(yè)技術(shù)少將（專業(yè)技術(shù)一級）。主要從事航空器飛行力學與自主控制方向的研究。

隨著信息技術(shù)的飛躍發(fā)展，作為“機上無人、系統(tǒng)有人”的無人機系統(tǒng)正在發(fā)生巨大變革。任務復雜和動態(tài)環(huán)境的不確定性決定了無人機必須具備很高的自適應性和自主能力。隨著智能感知、先進導航/制導與飛行控制等關(guān)鍵支撐技術(shù)的快速發(fā)展，極大地增強了無人機飛行控制系統(tǒng)的魯棒性、自主性和適應性，為復雜環(huán)境感知、精準智能決策與多機任務協(xié)同等高級智能行為奠定了重要基礎。

早在2002年，美國空軍研究實驗室按照“觀察、判斷、決策、行動（oberver-orient-decide-act，OODA）”模型確立了10級無人機系統(tǒng)自主控制水平（autonomous control level，ACL），從遙控駕駛（1級）到完全自主（10級），是行業(yè)內(nèi)廣泛認可的無人機自主控制水平評價標準。從目前所能夠達到的技術(shù)水平看，飛行控制系統(tǒng)已基本達到ACL-6級的部分水平，即具備了部件級的故障診斷與重構(gòu)，達到航線機上實時重規(guī)劃等技術(shù)要求，可實現(xiàn)無人機集群中的戰(zhàn)術(shù)協(xié)同。而要進一步突破無人機自主控制技術(shù)，就必須提高無人機系統(tǒng)的智能化水平。無人機自主控制的智能化主要體現(xiàn)在3方面，即飛行的智能、決策的智能和集群的智能。無人機飛行的智能化是實現(xiàn)無人機決策智能和集群智能的基礎，集群協(xié)同的智能化是實現(xiàn)無人機全自主這一終極目標的重要途徑。

無人機自主控制是當今無人系統(tǒng)領(lǐng)域的研究熱點，且近幾年已發(fā)展成為無人機技術(shù)領(lǐng)域的一個關(guān)鍵研究領(lǐng)域。由于執(zhí)行任務環(huán)境的高度動態(tài)化、不確定性以及飛行任務的復雜性，自主飛行控制能力的提高是目前無人機系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的重要目標。國家科技部、國家自然科學基金委員會、軍委科技委、裝發(fā)、總參、空裝、海裝、陸航、火箭軍等支持下，我國學者和廣大科研人員從無人機自主控制的基礎理論、關(guān)鍵技術(shù)、工程應用、產(chǎn)業(yè)化推廣等多個層面展開全面系統(tǒng)研究，并取得了很多高水平成果，目前正瞄準顛覆性技術(shù)和重大型號應用開展攻關(guān)。通過理論和方法上研究的突破，為無人機系統(tǒng)的自主化、綜合化和智能化供了重要技術(shù)支撐，也推動了無人機應用的蓬勃發(fā)展?；诖?，為進一步推動無人機自主控制技術(shù)及應用發(fā)展，同時為廣大從事無人機自主控制研究的廣大科技工作者集中搭建一個平臺，在《科技導報》主編、編委和編輯們的大力支持下，北京航空航天大學段海濱教授發(fā)起并組織出版的本期“無人機自主控制”專題具有特別重要的意義。

戰(zhàn)場環(huán)境瞬息萬變，無人機通過多機間的自主協(xié)同能夠應對更加復雜多變的作戰(zhàn)環(huán)境，完成單無人機無法實現(xiàn)的任務。無人機的自主協(xié)同首先是信息的協(xié)同，利用共享跨領(lǐng)域傳感器傳輸信息，提高執(zhí)行任務時的協(xié)同能力，這其中涉及到無人機分群、協(xié)同指揮控制、動態(tài)自組網(wǎng)通信、任務規(guī)劃和目標分配等關(guān)鍵技術(shù)。無人機的自主協(xié)同控制主要解決多無人機間，有人機與無人機間的協(xié)作行為問題，實現(xiàn)信息不完全、不確定條件下異構(gòu)平臺分布式資源的動態(tài)分配與調(diào)度，面向任務需求的多平臺協(xié)同路徑規(guī)劃，分布式系統(tǒng)的協(xié)同管理、決策與控制等，無人機集群自主協(xié)同還需解決態(tài)勢共享以及語義模型統(tǒng)一問題。無人機系統(tǒng)的協(xié)同包括無人機和無人機之間、無人機和有人機之間、無人機和其他無人系統(tǒng)之間的異構(gòu)協(xié)同。

無人機自主控制要做到智能任務，也就是無人機的任務執(zhí)行要由無人機自主判斷，這將極大改變現(xiàn)有的以地面站為中心的體系結(jié)構(gòu)?；谀Ｊ阶R別（語音、文字、圖像）的學習控制技術(shù)，將在無人機未來的發(fā)展過程中起到重要的作用，也是無人機理解任務、觀察環(huán)境、自主決策的技術(shù)基礎。無人機任務的智能還依賴于大數(shù)據(jù)環(huán)境下云計算和深度學習技術(shù)的發(fā)展，即通過對多源多粒度數(shù)據(jù)的深度學習，挖掘影響決策要素間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)關(guān)系，這是無人機的自主決策的基礎。

無人機自主控制是一項前沿性關(guān)鍵技術(shù)。一旦有了人工智能這個突破性技術(shù)的植入，必將會對無人機的發(fā)展帶來重大影響，特別是基于仿生學的無人機自主控制，無疑會給帶來顛覆性的技術(shù)突破，必將引領(lǐng)我國無人機自主控制技術(shù)由“跟跑者”向“并跑者”甚至“領(lǐng)跑者”邁進。

—— 摘自《科技導報》2017年第7期