近日,西北工业大学光电与智能研究院联合中国电信人工智能研究院(TeleAI)在仿“萤火虫”通信无人机方面的研究取得进展:李学龙教授团队通过模仿萤火虫的交流方式,利用光通信和智能信息处理等技术,实现了电磁干扰下无人机间的信息传递。
近年来,无人机集群在飞行表演、快递物流、精准农业、城市交通等领域均得到广泛应用,通过感知交互、信息传递和协同工作,无人机集群能够“通力合作”,达到“1+1>2”的工作效果。
要想实现高效协同工作,集群中的无人机需要密切地“沟通交流”,然而目前无人机集群主要依靠无线电通信,电磁特征明显,容易被外界识别,也易受电磁环境影响。那么无人机集群如何应对“釜底抽薪,断链击源”的电磁干扰呢?
李学龙研究团队以萤火虫通过闪光传递信息的方式为灵感,研究提出仿“萤火虫”通信无人机,为无人机集群发展提供了创新解决思路:通过无人机上的照明设备发出光信号,并在另一架无人机利用光电传感器捕获光信号、进行智能分析,实现像萤火虫闪烁交流一样的短距离信息传递,完成无人机间基于光链路的协同飞行。
由于光信号的传输不受电磁环境的影响,不会产生互调和互扰,抗干扰能力强。此外,其发射功率较低,也几乎不产生热量,适合承载于能量受限的小型无人机。
仿“萤火虫”通信无人机信息交互过程
此外,研究团队经过大量研究论证过程,为仿“萤火虫”通信无人机“装备”了多项先进智能算法及技术,充分确保了无人机集群的智能化和稳定性。
——无人机搭载团队自研的快速动态目标智能追踪算法,通过捷联无人机云台相机和通信发射光源,使发射光源能够精准捕获待通信目标,并紧随目标转动。相机所向,光束跟随。
——为了克服环境光照对光通信链路性能的影响,研究团队采用了紫外/可见双通道LED光源,并提出了一种高冗余纠错编码技术,使通信光源更容易与环境光源区分,提升了无人机间信息传递的可靠性。
——无人机飞行过程中位置灵活多变,因而光线传递的角度也在不断发生变化,这很有可能影响光信号通信的质量。为解决此问题,研究团队提出了多角度波束发散的链路性能增强技术,显著降低了链路中断的机率,提升无人机间信息传递的稳定性。
仿萤火虫通信无人机外场试验
内容来源:西北工业大学
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