中国无人机行业控制系统发展历程及智能化需求分析.docx

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中国无人机行业控制系统发展历程及智能化需求分析

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提示：无人机（UnmannedAerialVehicle，UAV）是一种由动力系统驱动，机上无人驾驶，可重复使用的飞行器的简

?????无人机（Unmanned?Aerial?Vehicle，UAV）是一种由动力系统驱动，机上无人驾驶，可重复使用的飞行器的简称，最早出现于1917年，主要是军事化用途。20世纪90年代起，无人机逐渐出现在民用领域，并迅速发展，因其机动灵活、任务周期短、相比航空航天飞行器成本低廉、受天气和地形的限制因素小等优点而应用于各行各业。行业应用的不同特点和不断发展的军事格局对无人机系统（unManneDaIRCRaFtSySteM，UAS）提出了更高的要求。无人机系统的特点是机上无人驾驶，具有动力装置和导航模块，在一定范围内靠无线电遥控设备或计算机预编程序自主控制飞行，因此自主控制技术成为其核心关键技术。从当前阶段的发展现状来看，无人机控制系统的自动化已经解决了飞行自动控制的问题，但是还没有解决智能自主控制的问题。因此，无人机下一步产业化、全域化发展应用，必须依托人工智能技术的进步。

?????一、无人机控制系统发展历程

?????关于无人机自主控制能力划分等级，最早由美国国防部于2001年在《无人机路线图2000～2025》中提出，根据无人机的自主控制技术能力，将无人机划分为10个等级。尽管美国的研究机构后来不断从多种角度更新对无人机自主控制能力的描述，但总的来说并没有脱离这10个等级的描述范围。

表：无人机自主控制能力等级划分

?????在自主控制能力等级划分的基础上，可以从控制方式角度、类比人类神经网络活动和类比人类智能活动角度，对无人机控制系统的发展作进一步分析。

?????1、从控制方式角度

?????1）手动控制。表1中列出的等级1（遥控驾驶）是手动控制的典型能力。自20世纪初无人机诞生，至20世纪50年代左右，手动控制方式是绝大多数无人机采用的控制方式。基于这一方式，无人机完全依靠人类遥控驾驶，无人机本身仅依靠简单的陀螺稳定，不能自编程，没有自主能力。这一阶段的典型无人机包括英国的“喉咙”遥控靶机和前苏联的“拉－17”（Ла－17）型遥控靶机。

?????2）半自动或全自动控制。表1中列出的等级2（实时故障诊断）、等级3（适应故障和飞行条件）以及部分等级4（机上航线重规划）是半自动或全自动控制的典型能力。依靠惯性导航技术、卫星导航技术，以及计算机技术的快速发展，处在这一阶段的无人机系统，可以执行预编程飞行，后期能够进行航线重规划。从20世纪60年代开始，无人机的控制逐步进入了这一阶段。

?????截至21世纪初，属于这一阶段的典型无人机代表有半自动控制的“火蜂”无人机、全自动控制的“捕食者”系列无人机、“全球鹰”“影子”“苍鹭”等。3）智能控制。表1中列出的等级4（机上航线重规划），以及等级5（多机协调）至等级10（全自主蜂群）是智能控制的典型能力，具备多种手段的综合导航能力、自学习控制能力。处于这一阶段的无人机能够根据人类的目标，自动或者自主地规划、执行任务。从现在到可预见的未来，无人机会有比较长的一段时间处在这一发展阶段。但目前尚未有比较成熟的无人机系统进行作战应用，处在科研阶段的典型代表为“X－47B”“神经元”“雷神”等，以及正在发展的“蜂群”无人机系统。

?????2、类比人类神经网络活动角度

?????1）神经网络反射性行为，是指由人底层神经中枢提供反射性行为的控制，负责人体神经控制中具体行为的控制与执行。这些活动基本上不占用智能资源，活动的反应时间非常短。表1中列出的等级1（遥控驾驶）和等级2（实时故障诊断）可以类比人类的神经网络反射性行为。

?????2）神经网络程序性行为，是指由人类中层神经中枢等产生下意识智能行为，提供程序性熟练行为的神经控制行为。中层神经系统具有很高的控制精度，其行为活动占用智能资源相对较少，所需的时间尺度较小，行为活动的结果具有模式化的特点。表1中列出的等级3（适应故障和飞行条件）可以类比人类的神经网络程序性行为。

?????3）神经网络决策性行为，是指由人类大脑皮层产生前意识和显意识智能行为，提供推理、判断、决策等高层次的神经控制活动，是最主要的推理决策的执行体。这一层行为活动的特点是占用智能资源多、处理时间长。表1中列出的等级4（机上航线重规划）至等级10（全自主蜂群）可以类比为人类的神经网络决策性行为。

?????3、类比人类智能活动角度

?????从类比人类智能活