隨著美軍對(duì)空中無(wú)人機(jī)進(jìn)行監(jiān)視和偵察的依賴增加，一個(gè)有趣的戰(zhàn)術(shù)問(wèn)題出現(xiàn)了：無(wú)人機(jī)的電池不可避免地耗盡，限制了它們的用途，甚至更糟的是，它們無(wú)法完成任務(wù)。一種正在尋求的解決方案是使用陸基自動(dòng)駕駛汽車，可以將其派出給戰(zhàn)場(chǎng)空中無(wú)人機(jī)的耗盡電池充電。美國(guó)陸軍正在資助正在進(jìn)行的研究，這將使小型無(wú)人飛機(jī)系統(tǒng)（sUAS）小組下降到無(wú)人地面車輛（UGV）進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)給，以便他們繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)。

美國(guó)陸軍作戰(zhàn)能力發(fā)展司令部（CCDC）陸軍研究實(shí)驗(yàn)室（ARL）正在與伊利諾伊州芝加哥大學(xué)進(jìn)行為期四年，價(jià)值800萬(wàn)美元的合作協(xié)議，以開(kāi)發(fā)關(guān)鍵的推進(jìn)力和動(dòng)力技術(shù)，為未來(lái)的UAAS提供動(dòng)力。

贊助|如何避免HPC數(shù)據(jù)流量阻塞

工作的一部分包括開(kāi)發(fā)人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)（AI / ML）算法，以使sUAS能夠找到最佳路線規(guī)劃，以自動(dòng)返回到UGV進(jìn)行充電。軍事上采用AI / ML的原因是需要對(duì)通向UGV的無(wú)人機(jī)路線進(jìn)行自主控制，這包括擴(kuò)大作戰(zhàn)范圍和任務(wù)時(shí)間。

項(xiàng)目經(jīng)理Mike Kweon博士說(shuō)，目前的挑戰(zhàn)是，采用當(dāng)前電池技術(shù)的sUAS大約有26分鐘的時(shí)間執(zhí)行飛行任務(wù)并在斷電之前返回家中，這將需要士兵攜帶數(shù)千枚電池進(jìn)行任務(wù)ARL的多功能戰(zhàn)術(shù)動(dòng)力和推進(jìn)基本研究計(jì)劃。

Kweon說(shuō)：“如果不解決如何滿足能源需求，使用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的所有其他先進(jìn)技術(shù)將對(duì)陸軍毫無(wú)用處。”“在戰(zhàn)場(chǎng)上，我們沒(méi)有奢侈地更換數(shù)百個(gè)無(wú)人機(jī)的電池并將其充電數(shù)小時(shí)。”

小型無(wú)人機(jī)

研究人員目前正在研究充電選項(xiàng)，并開(kāi)發(fā)了幾種AI / ML算法，以使諸如四旋翼飛行器之類的小型無(wú)人機(jī)能夠找到最佳路線以及監(jiān)視和改善電源管理。

工作原理：小型無(wú)人機(jī)將使用電池電量傳感器來(lái)響應(yīng)電池電量的狀態(tài)來(lái)打開(kāi)三個(gè)LED燈（綠色，黃色和紅色）之一。綠燈將指示無(wú)人機(jī)的電池處于最佳電量范圍內(nèi)。當(dāng)電源降至最佳水平以下時(shí)，黃燈將亮起，紅燈將指示無(wú)人機(jī)將在幾秒鐘或幾分鐘內(nèi)沒(méi)有電。

當(dāng)電池傳感器降到最佳水平以下時(shí)，無(wú)人機(jī)將自動(dòng)下降并懸停在UGV的充電端口上以進(jìn)行無(wú)線充電。

研究人員正在使用諸如光譜診斷和數(shù)據(jù)科學(xué)之類的先進(jìn)技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)用于UAS的傳感器和控制系統(tǒng)。（資料來(lái)源：美國(guó)陸軍CCDC陸軍研究實(shí)驗(yàn)室）

Kweon說(shuō)，可以同時(shí)從同一個(gè)UGV無(wú)線充電的無(wú)人機(jī)數(shù)量取決于平臺(tái)外無(wú)線功率傳輸技術(shù)的功能。

他解釋說(shuō)：“平臺(tái)外的無(wú)線充電意味著sUAS可以從UGV充電。”“距離也是設(shè)計(jì)參數(shù)。”

Kweon指出，研究人員正在對(duì)許多UAS進(jìn)行運(yùn)營(yíng)影響分析，以便在不同任務(wù)情況下進(jìn)行充電。

他們還考慮了各種充電選項(xiàng)。Kweon說(shuō)：“在短期內(nèi)，我們將使用經(jīng)過(guò)改進(jìn)的鋰離子電池，以便快速充電六分鐘。”

這些無(wú)人機(jī)將攜帶用于情報(bào)，監(jiān)視和偵察（ISR）的攝像頭（這是美國(guó)陸軍中小型無(wú)人機(jī)的常見(jiàn)任務(wù)），并用于救援任務(wù)。所有圖像都可以發(fā)送到命令控件，以進(jìn)行態(tài)勢(shì)感知和決策。

對(duì)于UGV，它們是小型的多功能運(yùn)輸工具（SMET），“將具有由發(fā)動(dòng)機(jī)或混合動(dòng)力系統(tǒng)提供動(dòng)力的推進(jìn)系統(tǒng)”以及充電板，Kweon解釋說(shuō)。他指出，有關(guān)UGV的更多細(xì)節(jié)無(wú)法討論。

AI / ML算法

研究人員團(tuán)隊(duì)正在研究幾種AI / ML算法。伊利諾伊州芝加哥大學(xué)正在開(kāi)發(fā)的算法將主要側(cè)重于找到通往UGV的最佳（最短）充電路徑。該算法使用無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)來(lái)收集路線數(shù)據(jù)并在無(wú)人監(jiān)督的情況下從中學(xué)習(xí)。

CCDC陸軍研究實(shí)驗(yàn)室正在與伊利諾伊州芝加哥大學(xué)合作，開(kāi)發(fā)小型無(wú)人機(jī)的算法，這將導(dǎo)致軟件幫助sUAS自主地從軍事任務(wù)返回?zé)o人地面車輛進(jìn)行充電。（來(lái)源：伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校）

Kweon的計(jì)劃還負(fù)責(zé)能源和電力管理，包括自動(dòng)充電。路由算法的類似功能將應(yīng)用于能量/功率管理算法。

“ [能源/電源管理]算法將具有多個(gè)子模型，” Kweon說(shuō)。“算法的目的是監(jiān)視能量水平；結(jié)合任務(wù)概況，環(huán)境和其他因素，預(yù)測(cè)任務(wù)所需的能量/功率，并與無(wú)人飛行器進(jìn)行通信，以找到最佳時(shí)機(jī)和返回路線進(jìn)行充電。”

他補(bǔ)充說(shuō)，準(zhǔn)確度對(duì)于有效執(zhí)行任務(wù)以及不損失資產(chǎn)都很重要。

Kweon說(shuō)：“這些算法將被編程并集成到廣泛的自治堆棧中，以進(jìn)行自治操作。”

ARL還正在開(kāi)發(fā)支持AI的算法，以在無(wú)人機(jī)被鳥(niǎo)和其他飛行物體擊中時(shí)自動(dòng)操縱無(wú)人機(jī)。無(wú)人機(jī)在空中時(shí)必須能夠快速返回原始路徑或采取替代路線。

此外，陸軍實(shí)驗(yàn)室研究的“機(jī)動(dòng)與機(jī)動(dòng)性人工智能基礎(chǔ)研究計(jì)劃（AIMM ERP）”的主要目標(biāo)之一是開(kāi)發(fā)用于UGV的自動(dòng)越野行駛算法。

當(dāng)無(wú)人機(jī)需要充電以繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)時(shí)，無(wú)人機(jī)需要找到一條通往UGV的優(yōu)化路徑。在有爭(zhēng)議的地區(qū)，路徑可能很復(fù)雜。” Kweon說(shuō)。“無(wú)人機(jī)還需要找到最佳路徑，同時(shí)將回程期間的能源消耗降至最低。”

大型無(wú)人機(jī)

對(duì)于大型無(wú)人機(jī)（包括“未來(lái)戰(zhàn)術(shù)無(wú)人飛機(jī)系統(tǒng)”，RQ-7“影子”無(wú)人機(jī)和MQ-1C“灰鷹”（中空長(zhǎng)壽命無(wú)人機(jī)），與小型無(wú)人機(jī)相比，其推進(jìn)和動(dòng)力要求不同，陸軍-獲資助的研究將集中在多燃料混合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)中的燃料傳感器的小型化上。

“實(shí)現(xiàn)多種燃料運(yùn)行的關(guān)鍵領(lǐng)域包括點(diǎn)火，燃料輸送和空氣管理，這是任何發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中的典型要素，” Kweon說(shuō)。“主要區(qū)別在于要求與商業(yè)和地面應(yīng)用完全不同。對(duì)于新的設(shè)計(jì)，材料，傳感和控制方法，必須了解基本物理原理。同時(shí)，這些技術(shù)需要通過(guò)與行業(yè)合作來(lái)加速技術(shù)開(kāi)發(fā)。”

無(wú)人機(jī)將使用多燃料傳感器，“以檢測(cè)輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料的性質(zhì)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)可以更可靠地利用任何類型的燃料運(yùn)行，” Kweon說(shuō)。“與商業(yè)部門不同，陸軍需要使用噴氣燃料（其主要著火特性從汽油到柴油的特性）以及國(guó)外的任何本地可用燃料。”

Kweon指出，非常重要的一點(diǎn)是，大型UAS可以使用任何類型的燃料運(yùn)行，同時(shí)降低組件故障的風(fēng)險(xiǎn)。“我們要確保我們的UAS在任何類型的燃料上都能可靠運(yùn)行，并且主要部件不會(huì)出現(xiàn)故障，以便我們能夠繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)（提高準(zhǔn)備狀態(tài)）并減少部件故障（提高可持續(xù)性）。”

他補(bǔ)充說(shuō)，長(zhǎng)期目標(biāo)是擁有一個(gè)“可以實(shí)時(shí)檢測(cè)關(guān)鍵燃料特性而與燃料類型無(wú)關(guān)的傳感器”。
編輯：hfy