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

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(duì)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(duì)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(duì)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(shí)俱進(jìn)、不斷發(fā)展著的，并不斷演變其實(shí)質(zhì)內(nèi)涵。對(duì)于無人機(jī)來說，也不斷動(dòng)態(tài)完善其內(nèi)涵，遙控飛機(jī)飛行時(shí)代逐漸向無人機(jī)自動(dòng)飛行階段發(fā)展變化，使得對(duì)人們認(rèn)識(shí)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(huì)對(duì)無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生阻礙作用[1]。

1 分析自主與智能兩者的本質(zhì)內(nèi)涵及關(guān)系

一般來講，自主是對(duì)行為方式的表達(dá)，它通過自身決策對(duì)某行為進(jìn)行完成；智能是指對(duì)行為過程的完成能力，在各種環(huán)境中對(duì)合理的“路徑”積極尋找，從而對(duì)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(duì)智能是有所希望的；智能對(duì)自主有效依賴，自主權(quán)的高低決定智能的等級(jí)。生成智能的過程主要為：在實(shí)現(xiàn)自主的基礎(chǔ)上，對(duì)感悟力、愛好癡迷精神、主動(dòng)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(shí)、積累知識(shí)、提取信息、感受信息，對(duì)相關(guān)特征積極歸納，促進(jìn)知識(shí)結(jié)構(gòu)有效提升完善，并將知識(shí)融會(huì)貫通，使其對(duì)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(duì)于無人機(jī)來說，若需要外界提供信息，外界一旦對(duì)信息不能提供，則無人機(jī)就會(huì)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(duì)外來命令機(jī)械地執(zhí)行[3]。因此，對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)其改變的跑道周圍的其他屬性特征，按照距離的遠(yuǎn)近對(duì)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(shí)，可實(shí)現(xiàn)故障重構(gòu)和故障識(shí)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(jí)和層次。按照優(yōu)先級(jí)的原則，劃分無人機(jī)為3個(gè)智能等級(jí)，主要為：其個(gè)體安全飛行等級(jí)為第一等級(jí)，“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)?dòng)的物體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(duì)小組特定的工作積極完成是其第二等級(jí)，“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(shí)信息。對(duì)機(jī)群協(xié)同任務(wù)有效實(shí)現(xiàn)是第三等級(jí)，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(gè)等級(jí)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(duì)“創(chuàng)造”原則積極遵循：在對(duì)智能和自主有效保證的基礎(chǔ)上，為對(duì)一切可用的信息充分利用和獲取，需要對(duì)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(duì)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(duì)3個(gè)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(duì)“代理機(jī)構(gòu)”積極構(gòu)造，需要至少存在兩個(gè)“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(duì)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(duì)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(huì)無法實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的自主智能使命。

2 分析無人機(jī)控制的自主智能實(shí)現(xiàn)方法

對(duì)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(duì)于不同的載體來說，它會(huì)對(duì)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(shí)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(duì)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。

3 結(jié)語

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(duì)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(duì)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(duì)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。

[1]胡睿,張小邨,李建，等.小型無人機(jī)航拍研究之鏡頭運(yùn)用淺析[J].現(xiàn)代電視技術(shù)，2016,(3):126-130.

[2]史泰源.無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)技術(shù)研究[J].探索科學(xué)，2016,(5):171.

[3]戴永偉,錢志娟,董茂科，等.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的無人機(jī)飛行智能控制技術(shù)研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2012,(7):10.

[4]蓋文東,張婧,李玉霞，等.基于分布式仿真的智能控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2016,33(3):134-137,158.

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[6]彭志紅,孫琳,陳杰，等.基于改進(jìn)差分進(jìn)化算法的無人機(jī)在線低空突防航跡規(guī)劃[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2012,34(1):96-101.

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