無人機(jī)在偵查與監(jiān)視領(lǐng)域的研究與展望

0 引 言

2017 年 7 月 20 日，國務(wù)院發(fā)布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》[1]，將新一代人工智能放在國家戰(zhàn)略層面部署。作為情報(bào)獲取的重要手段，光電偵查活動(dòng)的研究必然需要與時(shí)俱進(jìn)，其根本意義在于必須同時(shí)具備時(shí)效性、準(zhǔn)確度、大視野范圍，以及靈活機(jī)動(dòng)性和特殊針對性等特點(diǎn)。因此，光電偵查首先要克服受到所處環(huán)境位置地形上的障礙物等對視線的限制，又要設(shè)法規(guī)避實(shí)施過程中所需面對的危險(xiǎn)性，同時(shí)還需彌補(bǔ)偵查與監(jiān)視時(shí)信息傳輸細(xì)節(jié)和時(shí)效上的不足。

如今，隨著對人工智能技術(shù)的研究發(fā)展與應(yīng)用，搭載光電視覺系統(tǒng)的無人機(jī)可按需求靈活地執(zhí)行偵查任務(wù)—獲 取、存儲(chǔ)及傳遞信息。戰(zhàn)時(shí)偵查工作的危險(xiǎn)性和重要性并存，而無人機(jī)所擁有的隱身技術(shù)和無需人員隨機(jī)駕駛的優(yōu)勢可有效規(guī)避傷亡損失等隱患，且隨著不斷改進(jìn)，還可持續(xù)反復(fù)地工作。微電子學(xué)技術(shù)（Microelectronics）的應(yīng)用 [2] 使得無人機(jī)逐漸成為光電偵查領(lǐng)域的主力。

近年來，無人機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，這主要得益于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的空前發(fā)展，以及成像系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理手段的多維化縱深發(fā)展。人機(jī)混合智能將成為新一代具有神經(jīng)特異性環(huán)路、高速閉環(huán)腦機(jī)接口的切入點(diǎn)，進(jìn)行人機(jī)信息共享及處理數(shù)據(jù)的優(yōu)化配置，使人腦與電腦之間可進(jìn)行大帶寬直接通信，可在較大程度上提升人腦的感知、認(rèn)知、學(xué)習(xí)、記憶等主要能力，實(shí)現(xiàn)人腦對外骨骼機(jī)器人 [9] 等外部設(shè)備的自由支配，從而在光電偵查與監(jiān)視領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高級(jí)混合智能。

1 光電偵查的發(fā)展概況

19 世紀(jì) 50 年代，人們開始設(shè)法將照相機(jī)通過風(fēng)箏和氣球等帶上高空對地面進(jìn)行拍攝、繪圖，即早期的偵查平臺(tái)。20 世紀(jì)初，意大利開始采用飛機(jī)作為平臺(tái)進(jìn)行直接與間接偵查。1915 年，專用航空偵察攝像機(jī)誕生。隨著軍事設(shè)施隱蔽措施的普及與深化，地面?zhèn)刹旌涂罩心恳曇褵o法滿足戰(zhàn)時(shí)需求，空中光學(xué)偵查被正式推上了歷史舞臺(tái) [3]。光電偵查與監(jiān)控過程中的首要任務(wù)是獲取第一手信息，以成像、位置、運(yùn)動(dòng)趨勢和時(shí)刻為主，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的搜索、捕捉、鎖定與跟蹤。

2 無人機(jī)技術(shù)原理

無人機(jī)低空遙感技術(shù)系統(tǒng)組成如圖 1 所示。地面操控人員可利用無線數(shù)據(jù)信息交換控制擁有人機(jī)混合智能光電偵查平臺(tái)進(jìn)行偵查與監(jiān)視活動(dòng)。相較于以往的航空攝影測量工作，無人機(jī)升空準(zhǔn)備時(shí)間短，受所處地氣象、起飛著陸場地影響較小，對地質(zhì)條件要求不高。一個(gè)規(guī)劃科學(xué)合理的工作流程是確保無人機(jī)遙感偵查任務(wù)圓滿完成的重要條件 [4]。

3 無人機(jī)遙感的關(guān)鍵技術(shù)

無人機(jī)遙感技術(shù)主要包括傳感技術(shù)、通信技術(shù)、遙控技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)及全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù)五部分 [5]。這五種關(guān)鍵技術(shù)又可細(xì)分成八類 ：遙感平臺(tái)涉及的集成技術(shù)、專用數(shù)據(jù)涉及的處理技術(shù)、傳感器涉及的控制技術(shù)、平臺(tái)穩(wěn)定中平衡技術(shù)、相機(jī)定標(biāo)技術(shù)、相機(jī)校驗(yàn)技術(shù)、快速處理數(shù)據(jù)及 3S技術(shù)。另外，以平臺(tái)框架的類型劃分，無人機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)又可分為遙感平臺(tái)對應(yīng)的集成技術(shù)、獲取下傳數(shù)據(jù)的相關(guān)技術(shù)及地面接收與處理三種基本技術(shù)。

3.1 無人機(jī)遙感平臺(tái)對應(yīng)的集成技術(shù)的研究進(jìn)展

通過將無人機(jī)駕駛、遙感傳感器、遙測遙控、通信、GPS 差分定位和遙感應(yīng)用等技術(shù)的大規(guī)模集成，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化、專用化，快速獲取所需偵查區(qū)域的空間遙感信息。通過遙感數(shù)據(jù)處理、建模及應(yīng)用分析等工作，得到需獲取的偵查結(jié)果 [6]。

3.2 無人機(jī)獲取數(shù)據(jù)和下傳數(shù)據(jù)的相關(guān)技術(shù)的研究進(jìn)展

利用無人機(jī)進(jìn)行航空攝影即按照事先設(shè)計(jì)好的航線，通過相機(jī)傳感器與 POS 系統(tǒng)在空中采用主動(dòng)定點(diǎn)拍攝和記錄的方式實(shí)現(xiàn)。無人機(jī)依據(jù)預(yù)定路線飛抵目標(biāo)區(qū)域，相機(jī)啟動(dòng)按預(yù)定要求執(zhí)行拍攝任務(wù)，同時(shí)搭載的 POS 系統(tǒng)按要求記錄無人機(jī)的姿態(tài)信息及位置參數(shù)，結(jié)合航線數(shù)據(jù)和飛行數(shù)據(jù)，將共同存儲(chǔ)到飛行系統(tǒng)的存儲(chǔ)器內(nèi)，再通過無線電移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)將相關(guān)數(shù)據(jù)傳回地面控制中心 [7]。

3.3 無人機(jī)地面接收與處理技術(shù)的研究進(jìn)展

隨著微電子學(xué)技術(shù)與無人機(jī)遙感技術(shù)的日趨成熟，國內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)爭相對無人機(jī)遙感系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取及處理進(jìn)行了研究，研究成果大多集中在非量測的數(shù)碼相機(jī)畸變差檢測、無人機(jī)搭載的組合寬角相機(jī)、GPS 輔助空中三角測量、POS 系統(tǒng)關(guān)于無人機(jī)遙感圖像融合方法、無人機(jī)遙感圖像拼接技術(shù)、大重疊度的無人機(jī)遙感影像三維建模方法、基于實(shí)時(shí)差分 GPS 技術(shù)，以及微型慣性導(dǎo)航類無人機(jī)等關(guān)鍵技術(shù) [8]。

4 無人機(jī)在偵查與監(jiān)視領(lǐng)域研究中的發(fā)展趨勢

無人機(jī)偵查與監(jiān)視信息獲取技術(shù)最長遠(yuǎn)的發(fā)展趨勢或?qū)?span style="line-height:1.5;">是包括目標(biāo)聲音、外形及運(yùn)動(dòng)趨勢等的多信息同步視頻模式。在人和光電偵查與監(jiān)視系統(tǒng)搭載平臺(tái)機(jī)器間實(shí)現(xiàn)信息的高效互通，且最大限度地結(jié)合人腦與電腦的優(yōu)勢，形成“自然人的智能”和“人工智能”與機(jī)器間的深度混合。這種技術(shù)將成為未來一段時(shí)間的主流偵查技術(shù)，也將給未來光電偵查與監(jiān)視等領(lǐng)域的應(yīng)用帶來根本性變革。

5 結(jié) 語

光電偵查與監(jiān)視系統(tǒng)無人機(jī)需適應(yīng)的環(huán)境條件較多。例 如，強(qiáng)光、自然光、弱光及微光等光照條件，高溫、室溫、低溫等溫度條件，目標(biāo)所處的地形地貌等。在未來的無人機(jī)偵查中，不僅要看得清，還要看得遠(yuǎn)，甚至需要實(shí)時(shí)傳遞信 息。基于無人機(jī)在光電偵查與監(jiān)視領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，本文就

如何進(jìn)一步提升光電偵查與監(jiān)視系統(tǒng)無人機(jī)未來發(fā)展的競爭力，提出以下建議 ： 

（1）加強(qiáng)成像傳感器、高保真?zhèn)刹榕c監(jiān)視拾音器，無人機(jī)與移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的硬件及軟件方面的創(chuàng)新能力 ； 

（2）改進(jìn)偵查用無人機(jī)環(huán)境適應(yīng)能力 ； 

（3）在偵查用無人機(jī)的隱身技術(shù)上加大研發(fā)力度 ； 

（4）重點(diǎn)開發(fā)國產(chǎn)人工智能系統(tǒng)，逐漸擺脫對國外技術(shù)的依賴，避免戰(zhàn)時(shí)光電偵查與監(jiān)視活動(dòng)受限。