趙煦

（空軍試驗(yàn)訓(xùn)練基地）

走向智能自主的無人機(jī)控制技術(shù)

趙煦

（空軍試驗(yàn)訓(xùn)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(yàn)訓(xùn)練基地第二試驗(yàn)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(xué)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(jī)上無人、系統(tǒng)有人”的無人機(jī)系統(tǒng)正在發(fā)生巨大變革。任務(wù)復(fù)雜和動(dòng)態(tài)環(huán)境的不確定性決定了無人機(jī)必須具備很高的自適應(yīng)性和自主能力。隨著智能感知、先進(jìn)導(dǎo)航/制導(dǎo)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(qiáng)了無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的魯棒性、自主性和適應(yīng)性，為復(fù)雜環(huán)境感知、精準(zhǔn)智能決策與多機(jī)任務(wù)協(xié)同等高級智能行為奠定了重要基礎(chǔ)。

早在2002年，美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室按照“觀察、判斷、決策、行動(dòng)（oberver-orient-decide-act，OODA）”模型確立了10級無人機(jī)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(rèn)可的無人機(jī)自主控制水平評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。從目前所能夠達(dá)到的技術(shù)水平看，飛行控制系統(tǒng)已基本達(dá)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(dá)到航線機(jī)上實(shí)時(shí)重規(guī)劃等技術(shù)要求，可實(shí)現(xiàn)無人機(jī)集群中的戰(zhàn)術(shù)協(xié)同。而要進(jìn)一步突破無人機(jī)自主控制技術(shù)，就必須提高無人機(jī)系統(tǒng)的智能化水平。無人機(jī)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(jī)飛行的智能化是實(shí)現(xiàn)無人機(jī)決策智能和集群智能的基礎(chǔ)，集群協(xié)同的智能化是實(shí)現(xiàn)無人機(jī)全自主這一終極目標(biāo)的重要途徑。

無人機(jī)自主控制是當(dāng)今無人系統(tǒng)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，且近幾年已發(fā)展成為無人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)關(guān)鍵研究領(lǐng)域。由于執(zhí)行任務(wù)環(huán)境的高度動(dòng)態(tài)化、不確定性以及飛行任務(wù)的復(fù)雜性，自主飛行控制能力的提高是目前無人機(jī)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的重要目標(biāo)。國家科技部、國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、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(xué)者和廣大科研人員從無人機(jī)自主控制的基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)、工程應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)化推廣等多個(gè)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(zhǔn)顛覆性技術(shù)和重大型號應(yīng)用開展攻關(guān)。通過理論和方法上研究的突破，為無人機(jī)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(dòng)了無人機(jī)應(yīng)用的蓬勃發(fā)展?；诖?，為進(jìn)一步推動(dòng)無人機(jī)自主控制技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展，同時(shí)為廣大從事無人機(jī)自主控制研究的廣大科技工作者集中搭建一個(gè)平臺，在《科技導(dǎo)報(bào)》主編、編委和編輯們的大力支持下，北京航空航天大學(xué)段海濱教授發(fā)起并組織出版的本期“無人機(jī)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(jī)通過多機(jī)間的自主協(xié)同能夠應(yīng)對更加復(fù)雜多變的作戰(zhàn)環(huán)境，完成單無人機(jī)無法實(shí)現(xiàn)的任務(wù)。無人機(jī)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(wù)時(shí)的協(xié)同能力，這其中涉及到無人機(jī)分群、協(xié)同指揮控制、動(dòng)態(tài)自組網(wǎng)通信、任務(wù)規(guī)劃和目標(biāo)分配等關(guān)鍵技術(shù)。無人機(jī)的自主協(xié)同控制主要解決多無人機(jī)間，有人機(jī)與無人機(jī)間的協(xié)作行為問題，實(shí)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(dòng)態(tài)分配與調(diào)度，面向任務(wù)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(jī)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(jī)系統(tǒng)的協(xié)同包括無人機(jī)和無人機(jī)之間、無人機(jī)和有人機(jī)之間、無人機(jī)和其他無人系統(tǒng)之間的異構(gòu)協(xié)同。

無人機(jī)自主控制要做到智能任務(wù)，也就是無人機(jī)的任務(wù)執(zhí)行要由無人機(jī)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)。基于模式識別（語音、文字、圖像）的學(xué)習(xí)控制技術(shù)，將在無人機(jī)未來的發(fā)展過程中起到重要的作用，也是無人機(jī)理解任務(wù)、觀察環(huán)境、自主決策的技術(shù)基礎(chǔ)。無人機(jī)任務(wù)的智能還依賴于大數(shù)據(jù)環(huán)境下云計(jì)算和深度學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展，即通過對多源多粒度數(shù)據(jù)的深度學(xué)習(xí)，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(jī)的自主決策的基礎(chǔ)。

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

—— 摘自《科技導(dǎo)報(bào)》2017年第7期