未来无人机任务系统的自动化.docx

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1、未来无人机任务系统的自动化目录前言11 .空中侦察吊舱12 .E1bitSyStemSSkEye被配置为标准无人机有效载荷，可以与标准无人机（如该公司的Hermes450或900无人机）以及各种有人驾驶或无人驾驶飞机集成33 .宽带数据链路来发送高清传感器数据74 .神经形态计算85 .收割者无人机用敏捷秃鹰超级计算舱掌握人工智能9前言任务自主性与驾驶职能自动化并行发展。这种能力源自任务有效载荷，这些有效载荷可以更智能地收集、处理数据并将其与其他传感器流融合，并将其存储在平台上。持续广域监视（PWAS）是帮助军事和安全部队长期监视和控制广阔区域的能力的一个例子，使用最少的部队干预。1.空中侦察

2、吊舱无人机部署在监视任务中，在大面积区域“地毯式”，以多光谱和高光谱传感器为任务分析人员提供来自电子监视、雷达和图像的数据流。分析师使用这些数据来检测“特征”和“异常”，表明潜在目标的存在。为了支持此类任务，无人机被设计为携带多个有效载荷，每个有效载荷收集特定学科和光谱范围内的数据。通常，收集的数据量太大，无法使用标准数据链实时传输到地面站。因此，需要解决方案为分析师提供对无人机本身信息的访问权限。这些功能使分析人员能够挖掘最重要和最相关的事件，调查不同光谱波段中物体和轨迹的特征，在地理上绘制结果以探索现在和过去的相关事件，为情报收集和时间敏感的目标过程提供可操作的信息。RAFAE1的Recc

3、e1ite空中侦察吊舱就是为此类任务而开发的。虽然无人机和吊舱传感器遵循预先计划的任务，但它们也可以在飞行中更新，改变有效载荷转向顺序和相机方向，以便在飞行过程中提供对特定位置和目标的最有效覆盖。吊舱使用万向节高分辨率空中侦察摄像机和整体惯性测量系统（INS）,用高分辨率图像自动覆盖大面积区域，保持重访率，以提供对特定感兴趣区域的持续监视。该吊舱具有集成的大容量存储和宽带数据链路，旨在将高分辨率图像传输到地面控制中心，在那里处理图像并显示给分析人员。图IiMSAR公司的NanoSAR集成了多个装在吊舱中的SAR系统。该吊舱由无人机或有人驾驶飞机携带，包括雷达处理单元，惯性导航系统QNS）和天线

4、的机械万向节。此处显示的配置包括NSP8DKu波段SAR和超宽带NanoSAR,可提供改进的叶片穿透能力。照片：IMSAR多年来，雷达一直是广域监视的主要传感器：其中，合成孔径雷达（SAR）提供了一种有用的传感器，在白天和黑夜以及恶劣天气和有限能见度条件下都能很好地工作。SAR还可以有效检测隐藏在伪装下或埋在地下的物体。过去，SAR系统由大型飞机携带，而存储在吊舱中的小型系统需要专用战斗机才能投入战斗。今天，小型系统部署在大型中空长航时（MA1E）UAS,甚至更小的系统，安装在紧凑的翼下吊舱中，与战术UAS一起使用，使这种小型平台能够在任务中携带多个传感器。SAR依赖于在距离和时间上合成的合成

5、孔径，而不是使用真实物理孔径的EO传感器。这意味着，尽管雷达的物理足迹很小，但它以高分辨率收集图像，就好像它要大得多一样。由于微波传感器SAR“照亮”了被监视的区域，因此可以在白天和黑夜运行，选择用于操作的波长穿透散射和漫射可见光的大气障碍物，如雾，雨，雾或灰尘，以获得有效的全天候能见度。SAR图像中的每个像素代表有关目标位置特定点的数据，可以应用不同的处理来利用这些信息，自动生成复杂的服务，例如变化检测（CCD）,树叶穿透（FoPEN）和移动目标指示（MTI）。MTI是SAR雷达的一种高级功能，使用不同的算法处理SAR产生的相同微波信号，以检测和跟踪移动目标。分析和比较这些信号的多普勒效应，

6、可以在静止的背景上清楚地显示多个移动目标。此功能使操作员能够监控大面积区域，以立即检测可能与此类运动相关的活动。图2其他任务有效载荷，如戈尔贡凝视，是由内华达山脉公司（SNC）开发的，专门用于持续广域监视（PWAS）O该系统于2011年在美国空军的MQ-9收割者无人机上投入使用，每架无人机都携带一个双吊舱PWAS系统。在第一次迭代中，该系统覆盖了约16平方公里的区域。到2014年，第二代配备了BAE系统公司在Darpaargus-Ir计划下开发的改进传感器。该传感器阵列由368个摄像头（日光和红外）组成，可创建1亿像素的图像。此外，四个伸缩摄像头使用户能够放大感兴趣的物体。新版本占地8平方公里

7、，白天和黑夜的分辨率都是原始系统的两倍。当时，商用系统无法满足无人平台的小尺寸和低功耗的数据处理和存储。为了处理新传感器涉及的更多处理任务，BAE系统公司开发了一种先进的处理器，能够并行处理数百个单独的相机。为了存储这些数据，该公司建立了一个“空中大数据存储系统”。这些是TeraStar系统，后来演变成商业产品，提供可扩展的超高密度数据存储系统，降低每TB存储容量的总体成本。2.E1bitSystemsSkEye被配置为标准无人机有效载荷，可以与标准无人机（如该公司的Hermes450或900无人机）以及各种有人驾驶或无人驾驶飞机集成与吊舱GorgonStare不同，E1bitSystemsS

8、kEye被配置为标准无人机有效载荷，可以与标准无人机（如该公司的HermeS450或900无人机）以及各种有人驾驶或无人驾驶飞机集成。在无人机的操作高度巡航，SkEye的千兆像素有效载荷集成了多个凝视摄像头，覆盖80平方公里的区域。由于每个传感器都使用高像素摄像头，因此可以实时或从历史SkEye记录中获取该区域部分地区的特写图像。此外，无人机可以携带标准无人机有效载荷，以获得特定区域的更高放大倍率视图。图3SkEye结合了多个并行运行的高分辨率传感器，可提供大面积的连续和同步监测和记录。随着整个区域被“捕获”，不同控制中心的多个用户可以通过记录的图像独立地实时或“及时”查看多个感兴趣的区域。这

9、种性能可以防止任何事件被忽视。照片：埃尔比特系统。除了EO系统外，广域监视功能还包括合成孔径雷达（SAR）或通信监视（COMINT）,用户可以实时访问或“回溯”以查看一段时间内的相同兴趣点，以更好地了解生活模式或目标行为。为持续监视增加的一种不断发展的能力是拆卸检测雷达（DDR）,这是一种安装在吊舱上的传感器，其功能类似于地面监视雷达，安装在无人机上并覆盖大面积。这种传感器为配备万向节EO传感器的无人机提供了态势感知能力，可以吸引有效载荷操作员注意其责任范围内的可疑运动。它还可以帮助跟踪日常运动和评估生活模式，使监视系统能够了解任务区域并避免误报。这种能力也可能在搜索和救援以及国土安全应用中发

10、挥重要作用。图4空军拆卸探测雷达吊舱被绑在一架名为PrOteUS的实验飞机的腹部。该系统于22年2014月1日进行了首次试飞。位于马萨诸塞州汉斯科姆空军基地的空军生命周期管理中心团队是负责雷达开发和测试的驱动力。（美国空军照片/第一中尉马修库克）3.宽带数据链路来发送高清传感器数据无人机可以配备宽带数据链路来发送高清传感器数据，但设计不支持同时、多流，也不能提供处理能力、能源和冷却来促进这种“飞行数据仓库”服务。一些解决方案已经集成了提供此类服务所需的硬件。例如，SkEye架构维护飞机上的所有传感器数据，使任务分析人员能够访问其数据库中的实时和存储的图像数据。任务结束后，历史数据被下载并存储在

11、任务控制中心，使用户能够按需访问历史任务记录。为了支持类似的功能，美国空军与SRC签订了合同，以提供“敏捷秃鹰”高性能嵌入式计算架构，该架构可在遥控飞机（RPA）上实现高性能嵌入式计算（HPEC）。每个吊舱都有一个内部机箱，带有一台由标准商用现货（COTS）单元构建的超级计算机，包括单板计算机（SBC）、图形处理单元（GPU）、现场可编程门阵列（FPGA）和固态存储设备（SSD）。目前，该机箱利用基于开放行业标准的模块化分布式处理器和协处理器网络，以优于每瓦7gigaf1ops的速度提供超过5.15teraf1ops的计算能力。吊舱外壳基于现有的飞行认证设计，专门修改为使用环境空气冷却对嵌入式

12、电子设备进行热管理。这种可升级的架构支持快速的技术更新，从而降低生命周期成本，减少系统停机时间，并确保系统的持续可用性。图5MQ-9配备了多个机翼下挂载点，携带武器和有效载荷。这些可以是吊舱传感器和系统,如敏捷秃鹰高性能计算平台，或者只是油箱，延长任务耐力。照片：GA-ASI图6来自SRC的敏捷秃鹰高性能计算舱。照片：SRC4.神经形态计算敏捷秃鹰还可以使用“神经形态计算”来增强无人机的态势感知能力，这是一种仿生处理方案，可以分析类似于人脑的信息，提高态势感知能力。根据敏捷Condor开发商SRC的说法，此类系统将来将成为任务系统经理，处理来自船上多个传感器的数据，并使用机器学习有选择地为特定

13、场景排队传感器。无人机不是用所有传感器测量大面积区域，而是通过仅使用最适合检测大面积特定异常的传感器来节省电力。当发现一个兴趣点时，系统将提示其他传感器，如摄像头，以收集更多信息，并通知人类任务分析师进行进一步的审查和检查。这种选择性的“检测和通知”过程可释放带宽并提高传输速度，同时减少数据收集和分析之间的延迟。SRC计划在2017年底前向空军交付第一个敏捷秃鹰吊舱。5.收割者无人机用敏捷秃鹰超级计算舱掌握人工智能通用原子航空系统公司己获得美国空军（USAF）的合同，使用GA-ASI拥有的MQ-9遥控飞机（RPA）展示空军研究实验室的“敏捷秃鹰”能力。敏捷秃鹰是一种高性能计算架构，将用于演示人

14、工智能和机器学习技术。图7敏捷秃鹰是由SRC根据空军研究实验室（AFR1）合同开发的。GA-AS1将从本月开始在10个月内整合敏捷CondOr功能。飞行演示阶段将用于试验敏捷秃鹰有效载荷，以确定最佳的人工智能和机器学习方法，以查找、识别和跟踪选定的目标。“自主融合和解释传感器数据以确定感兴趣目标的能力处于无人系统技术的最前沿，GA-AS1总裁DaVidR.A1exander说。“敏捷秃鹰项目将进一步提高RPA的有效性，特别是允许MQ-9监视大面积的行动，自主识别预定义的感兴趣目标并传输其位置。敏捷秃鹰功能还具有显着降低卫星带宽需求的潜力，因为它能够自动识别、分类和指定感兴趣的目标。如果在完全自主模式下运行，则可能仅使用SATCOM连接或其他数据链路通道来传播这些目标的图像和位置。通过将一流的人工智能进步与GA-ASI对其自动化和用户体验集团的投资所开发的技术相结合，这种能力将成为可能，该集团专门从事作战人员的自动化和人工智能。