樊邦奎院士:六大方向,知悉无人机的未来

如果有人问：你认为无人机应该是什么样？你的脑子里会想到什么画面呢。搭载导弹的军用机？迷你航拍的消费机？喷洒农药的服务机......或许，你想到了更多更多。我们不得不承认，无人机的诞生正在改变人类社会，这种改变将会越来越明显。我们迫切地要知道，未来的无人机将会具有怎样的广度。那么现在，我们就来揭晓这个答案。

“低空智联网”专栏序言

2023年底召开的中央经济工作会议中提出,要“打造生物制造、商业航天、低空经济等若干战略性新兴产业”。低空经济正成为越来越多省市看准的“新赛道”。2024年2月召开的中央财经委员会第四次会议上研究了大规模设备更新和消费品以旧换新问题,研究了有效降低全社会物流成本问题;提出要优化主干线大通道,打通堵点卡点,完善现代商贸流通体系,鼓励发展与平台经济、低空经济、无人驾驶等结合的物流新模式。

大规模无人机集群通信定位一体化技术

大规模无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)集群通过部署大量低成本无人机,依靠协同感知、信息共享和分工协调完成各类复杂任务,具备高度的智慧性和自主性,已逐渐成为无人机集群技术未来的发展趋势。大规模无人机集群十分依赖高精度定位技术,以维持集群稳定、避免相互碰撞、实现目标指引。然而,在现有的主要导航定位方式中,微机电(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)惯性导航存在严重的累积误差,而复杂电磁环境下卫星导航易受到干扰,均难以实现高精度相对定位和长时间全局定位。针对这一问题,本文依靠通信测距技术,实现无人机集群内部高精度相对测距,修正惯导定位误差,为无人机集群在卫星导航拒止条件下执行任务提供高精度导航定位服务。本文建立了惯性导航定位模型和通信测距信号模型,构造了基于最大后验概率(Maximum A Posteriori,MAP)方法的融合定位问题,推导得到了该定位问题的克拉美-罗下界(Cramér-Rao Lower Bound,CRLB),并提出了一种基于高斯牛顿优化的全信息融合定位方法。针对长距离飞行中,测距精度远高于惯导定位精度的场景,本文提出了一种基于优超函数算法(Scaling-by-Majorizing-A-Complicated-Function,SMACOF)的高精度测距辅助定位方法,通过建立高精度相对坐标和最优变换参数估计,实现最优位置估计,并分析了该方法的性能改进程度。最后,通过数值仿真验证本文所提出的方法能够将融合后的定位标准差降低至惯导定位标准差的√2/N,能够渐进达到CRLB性能。

智能电网应用中的PLC最短路径及多径传输统计模型

智能电网代表未来电网的发展方向,电力线通信(PLC)技术在其中正发挥着愈来愈重要的作用。由于PLC网络存在阻抗不连续,引发多径传输,直接影响信号接收质量,多径传输特性是影响PLC通信性能优劣的关键因素,虽然之前对PLC多径传输已进行过广泛研究,但这些研究往往基于特定场合确定信息、特性已知情况下的分析,普适性不强,且未考虑多径传输中具有较少反射、较低衰减、并体现其主要特性的最短路径,本文通过构建结合最短路径的PLC多径传输统计模型,无需具体网络分析,旨在为PLC通信系统设计提供更加通用的参考。

智能电网应用中的PLC技术

智能电网已成为研究关注的热点、并代表未来电网的发展方向,信息与通信技术是其关键的促成因素,其中电力线通信(PLC)技术正发挥着愈来愈重要的作用。结合智能电网应用特点、以及近年来正交频分复用调制解调策略(OFDM)的发展,分析和阐述基于OFDM的高速窄带PLC技术,即PRIME与G3 PLC技术,包括其物理层与媒介访问控制层;同时考虑到PRIME与G3 PLC在互操作性方面的不足,论述了下一代新型窄带电力线通信技术G.hnem,包括其物理层G.9955与数据链路层G.9956;最后,总结得出相关结论。

面向智能电网应用的云计算架构研究

针对智能电网建设对信息处理等方面要求的不断提升,提出引入具有强大计算和存储能力的云计算技术,旨在克服传统电网信息平台在计算和分析等方面的不足。在阐述智能电网与云计算主要特征的基础上,论述了智能电网应用中构建云计算架构的可行性,提出了架构的结构组成,并阐述了各部分的主要功能实现。分析表明,该架构能够有效实现智能电网信息处理与应用系统的融合互动,以及能量、信息与业务流的高度一体化,为智能电网建设提供支撑。

智能电网信息安全威胁及防御策略研究

针对信息安全在智能电网发展中愈发突出的重要性,对智能电网信息安全威胁及防御策略进行研究,旨在为解决智能电网信息安全问题提供借鉴。阐述了智能电网的概念及其信息安全面临的威胁,并在此基础上,提出加密、数字签名认证、防火墙、防病毒、入侵检测、物理隔离与信息安全纵深防御7种防御策略,分析表明人为威胁是智能电网发展建设中需着重关注的信息安全威胁,7种防御策略切实可行,可为智能电网的安全稳定运行提供有效支撑。

低载噪比条件下小型无人机直扩信号的快速粗同步设计

在小型侦察型无人机军事应用领域,一般扩频信号的粗同步技术已经难以达到目前低速低动态低载噪比的作战需求,本文针对该应用需求,设计了一种适用于小型侦察无人机直扩信号粗同步的二次FFT与自相关累积结合的方法,在低载噪比条件下相关峰明显,不受残留载波和累积时间影响,底噪干扰小,频偏估计准确,有效保障小型无人机低载噪比军事应用上的信号接收稳定性。

无人机系统与人工智能

随着人工智能技术的迅猛发展,无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)的发展在21世纪将迎来新的爆发。首先从历史发展的角度出发,综述和分析了无人机控制系统发展的各个阶段的特点;其次,着重分析无人机和无人机系统对人工智能技术的需求;最后,探讨了无人机系统对未来的潜在影响和适用性。

浅析低空智联网与无人机产业应用

无人机正处于技术快速突破与应用快速增长的重要时期,将成为低空经济发展的重要推手。低空智联网是无人机产业发展的基石,是在低空空域实现"人—机—物"三元融合万物智能互联的重要基础设施。低空智联网体系架构就是依托天空地海网络基础设施,实现传统互联网络向万物智能互联网络演进,形成适合低空业务数字化、智能化运营的实体网络空间,可为无人机产业发展提供一个网络化、数字化、智能化的运营环境,对促进低空经济发展具有重要意义。

中国无人机遥感技术突破与产业发展综述

无人机是未来网络环境下一种数据驱动的空中移动智能体,而无人机遥感则是无人机应用最重要的引领性产业。本文首先以国内外无人机遥感发展现状为背景,重点概述了中国无人机遥感21世纪以来"十五"到"十三五"所获得的具有代表性的国家支持与推动的发展历程,阐述了无人机遥感定标场,航空航天定标场的建立以及应用验证,包括无人机遥感系统的载荷与系统技术发展;然后,进一步阐述了以遥感定标场、地物参量引导载荷性能、系统模型为代表的中国无人机遥感的相关技术跨越;接着,概略介绍了无人机遥感在国防反恐安全以及跨国应急救援,国土测绘与海洋岛礁测绘应用,地质灾害应用以及国家应急救援等领域的产业应用;最后,介绍了中国在无人航空遥感领域展开的跨越性的工作,包括组网智能控制、精度和实时性度量基础、载荷平台自组织冗余容错、遥感大数据云处理技术和无人机遥感组网实用化等内容。未来无人机遥感发展的总体目标是建立起具备迅捷信息获取能力的无人航空器组网观测系统,实现无人航空器组网技术由项目层面跨越到遥感领域,同时也为中国成为世界遥感强国的国家战略跨越奠定基础。

多源异构数据关联技术构建公共安全大数据一体化

随着5G等信息技术发展和“高分对地观测专项”等重大科研工程推进,数据获取渠道日趋多样化,数据体量呈几何级数增长,从多源异构观测数据中及时、准确地提炼出关注事件和目标的有用信息,已成为后信息时代社会发展的热点。多源异构数据主要包括来自航天、航空、地面和网络等多渠道、多手段获取的各类数据资源。其中,职能部门掌握各类卫星遥感、边海防视频监控等数据资源,公安民警掌握网络、电磁、地理信息和视频监控等数据资源,民用数据则包括各类低空遥感数据、无人机实时对地观测数据、各专业业务领域数据以及内部区域视频数据等。

智能群系统的衍化与协同——第252期双清论坛学术综述

基于国家自然科学基金委员会第252期"双清论坛",本文总结了人工智能、无人系统、复杂系统近年来所取得的主要进展和发展趋势,并在此基础上提出了智能群系统的新概念,阐述了智能群系统在解决社会治理和公共卫生事件应急管理所面临的国家重大需求中的重要作用,定义了智能群系统的内涵与外延,凝炼了智能群系统的衍化与协同等重要基础科学问题以及相应的跨学科资助模式,研讨今后5~10年的基础研究重点资助方向,力争进一步推动我国智能群系统理论、方法和技术实质性发展和应用。

遥感信息质量提升的源端方法及其地学-光电参量关联物理基础

遥感信息质量提升是高分辨率遥感定量化发展的基础和追求目标.本文提出了一种从成像系统源端提升遥感信息质量的新方法,实现了地学-光电参量的相互转换,通过连续调整成像传感器光电参量使得地物观测影像误差最小化,即提升遥感信息质量.具体是通过外场定标实验获得的影像DN值,利用地物L的校正模型DN=kL+g,调整光电参量使得真实拟合系数k逼近1和偏差g逼近0,此时影像DN值接近地物真值L.进一步地,当k偏离1, g偏离0时,地物观测误差增大,仪器退化.然后根据光电参量分解方程可得到仪器退化的具体部件,得以跟踪仪器性能并进行改进.以此建立的地学-光电参量转换遥感成像载荷品质度量、研发新机制,建立地表参量与成像系统光电参量有效关联,从光电成像系统源头破解遥感成像误差难以等效度量的难题.理论和实验证明其有效可行.