无人机自主控制技术发展与挑战 杨华中

无人机自主控制技术发展与挑战杨华中

发表时间：2020-04-14T13:39:33.530Z 来源：《建筑模拟》2020年第2期作者：杨华中

[导读] 在信息科技时代，无人机的使用将越来越普遍，它们能够在实施火力打击时提供精准定位，并且深入危险区域进行科学探查，降低了人员伤亡。目前的无人机系统大多需要人工操控，提升无人机的智能性，实现全自动化控制，将是其发展的必由之路。文章结合该行业现状，进行无人机自主控制技术及发展分析。

中国电子科技集团公司第三十八研究所安徽省合肥市 230000

摘要：在信息科技时代，无人机的使用将越来越普遍，它们能够在实施火力打击时提供精准定位，并且深入危险区域进行科学探查，降低了人员伤亡。目前的无人机系统大多需要人工操控，提升无人机的智能性，实现全自动化控制，将是其发展的必由之路。文章结合该行业现状，进行无人机自主控制技术及发展分析。

关键词：无人机；自主控制技术；发展；挑战

1无人机系统自主控制技术简介

无人机系统的自主控制技术指通过提升现有的控制技术水平，为无人机植入一定的人工智能程序，使之具有对当前形势的判断能力，能够根据实际形势出某些决策，从而提高其自主性能。在军工方面，主要是使无人机能够自发处理某些突发情况，例如突然的通信中断，并且使其不受距离限制，能够在超远距离进行侦查和军事打击等作业。在民用方面，则是提升其工作效率、减少人工投入、降低成本。随着无人机数量的增多与市场的扩大，自主控制技术的研究与应用成为必然。

2无人机系统自主控制技术的应用

2.1地质勘测

在进行城市的水利工程规划、建筑设施规划、铺就公路之前，都需要建立城市的整体或局部地形图，人工绘图效率低下、准确度低，在稍有疏漏便可能产生极大安全隐患的水利工程中，人工绘图的误差是致命的。因此，应当采用无人机技术进行勘测，再将所获得的数据通过计算机软件加以整合和处理，最终绘制出完整的地形图。另外，它可以和建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术结合，最终呈现城市地形图的3D化可视模型。在一些复杂工程中，平面图已经满足不了施工的需要，采用无人机技术获得精准的数据后，再应用BIM技术绘制城市的立体地形图，可以为城市规划建设提供极大的便利。

2.2信息对抗

由于无人机的特性，其可以在恶劣环境中起飞，并对光电信息可以实施对抗活动。自主控制技术的应用可以使无人机具备判断通信设备种类的功能和评估重要性的能力，自主寻找敌方重要侦查基地并实行信息阻隔，扰乱对方的指挥系统，阻断侦查能力，为己方抢得先机。在信息时代，往往几分钟就能改变战局，自主控制技术恰恰可以让无人机抢得关键时间，帮助己方获胜。

2.3军事打击

应用无人机的自主控制技术可以使无人机自动寻找和锁定重要军事目标，并自发进行信息反馈。作战无人机携带有不同种类的作战单元，可以在发现目标后第一时间做出判断并实施军事打击，不会因来回传播信息和命令延误战机，可以大大提升部队的作战能力。战术无人机在某些特定环境下可以直接作为导弹的替代品，用于摧毁敌方雷达和重要通信设备，以及直接切断对方通信联系等，对其指挥系统造成严重干扰。另外，军用小型无人机大多造价低廉，可用作自杀式袭击的道具，自控技术可以使其自主判断当前战局形势，从而决定是否发起攻击。大型无人机则可以实现全球快速打击，可代替巡航机，一旦发现可疑目标，在警告无果后自动发起攻击，防止其在短时间内达到侦测等目的[2]。

2.4环境监测

在我国经济组成中，第二产业仍然占据很高的比重，尤其是各种重工业，会产生对环境有严重污染的废弃物，处理这些产物将大大增加企业的生产成本，因此许多企业选择在半夜偷偷排放有毒物质和进行其他非法活动，人工监测成本极高，并且难度大。自动控制的无人机可以对大气或者水源中的污染物质含量进行检测，并能够自动判定风向和水流方向，寻找其源头、获取证据，从而有效减少此类现象的发生。

2.5生态环境保护和野生动物研究

在进行经济建设的同时，必须注重对环境的保护，决不能本末倒置、罔顾生态。实际上，在人类聚居地的建设过程中，对于周围生物生存环境的影响是无法避免的，而采用无人机技术可以将影响降到最低。具体操作：先投放应用同位素进行标记的食物，附近动物食用后则会被标记，然后，可应用无人机进行自动追踪，在不惊扰野生动物的前提下确认其位置，经过一段时间的观察后，可大致确定不同动物种群的活动范围。在进行城市规划时，尽量避开动物聚集区域，或是将该地区的树木等进行移植，让动物随之迁徙，而在进行旅游地划分时也可尽量避免破坏野生动物聚居区。同样地，拥有自动控制功能的无人机可以对野生动物进行自动跟拍，这对于生物学家研究生物的栖息环境和习惯等具有十分重要的意义。

2.6摄影

在体育领域，某些极限运动很难做到跟拍摄影，例如蹦极、滑雪等，而利用无人机可以全程跟拍，并自动调整焦距、拍摄角度等，获取珍贵的视频和照片。另外，在某些大型活动中，例如婚礼、阅兵等，采用无人机系统可以方便地记录整个过程。

3无人机系统自主控制技术发展要点

3.1扩频通信技术

由于无人机采用的微波通信技术的普及，空气中各种频段的电磁波泛滥，障碍物也较多，波具有干涉和衍射的性质，同频段的电磁波之间也会进行干涉和叠加，干扰现象十分严重。因此无人机需要在干扰较强时自主采用扩频技术，有效减少和防止干扰，提升通信质量，如此一来，无论是军用还是民用都能得到极大的便利。

3.2不确定环境下多台无人机的协调工作

在许多复杂的作战环境下，操作人员会与无人机失去联系，此时就需要无人机根据当前形势自主决定撤退或是继续工作，但单个无人机所能获取的信息有限，因此做出的分析可能较为片面。若能实现多台无人机协调工作和信息共享，则能够较为全面地了解环境，从而做

出最为准确的判断。此外，在民用方面，某些大型活动的记录工作往往由多台无人机进行跟拍，若是它们能够协同工作，可以减少重复拍摄的情况，提升所得数据的有效性。

4军用无人机自主控制技术发展前景

4.1兼具有人机与无人机的双重优点

虽然我国航空工业体系起步较晚，但我国重工业发展十分迅速，特别是近几年以来，我国综合国力与科技水平的不断提高，军用无人机开始正式投入到各部队布置中。由中国自主研发的无人机，更是将无人机的应用环境拓展到高原领域，打破了“中国无人机不能高原使用”的谬论，并横向往民用领域拓展，为部队物资运输、经济支持等方面提供了有力保障。但从目前军用无人机发展情况来看，我国无人机仍然存在致命的缺陷，它太过偏重于人的干预与判断，也就是说，驾驶员需要依赖无人机反馈的信息做出相应的判断，但图像与现实存在一定的误差，这使得驾驶员极容易受到干扰，为此兼具有人机与无人机双重优点的智能无人机成为我国航空工业无人机领域的重要研究方向。

4.2微型化与实时化的双重发展

在无人机自主控制技术研究之初，便是作为一种专门应用于战场、普及性较高的常规武器单位，这也就意味着无人机与尖端武器构造不同，它一定要尽可能地降低成本、尽全力地提高部队普及度，才能尽最大化地为己方提供全面信息。而在沙漠风暴行动中，美军更是将无人机应用到信息干扰中，通过诱导敌方雷达、诱骗防空系统，从而有效掩护了作战意图，在这一时期，无人机开始趋向微型化发展；而在二十一世界的阿富汗战争中，美军更是投入了微型无人机，并为美方提供实时的情报反馈，使得美军在单人作战领域取得了极大的作战成果。

结束语

自主控制技术对于无人机的发展而言，具有无与伦比的意义，提升无人机系统的智能化和自主性是科技发展的必然追求。本文分析了自主控制技术在无人机系统中的应用与能够带来的收益，并对其未来发展提出设想。

参考文献：

[1]刘茂汉，徐芳芳.基于直线-圆弧混合导引的无人机自主返航控制技术[J].飞机设计，2019，39（04）：5-8.

[2]任广山，常晶，陈为胜.无人机系统智能自主控制技术发展现状与展望[J].控制与信息技术，2018（06）：7-13.