我国仿萤火虫通信无人机研究取得新突破
2024-05-12 09:49:11 来源: 科技日报 作者: 史俊斌 王禹涵 6park.com
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科技日报记者 史俊斌 王禹涵
萤火虫尾部的点点闪光，是它们交流沟通的方式，不同频率的荧光可以帮助萤火虫向同伴传递识别、预警和指引方向等信号。
近日，模仿萤火虫利用发光传递信息，西北工业大学李学龙科研团队利用光通信和智能信息处理等技术，解决了无人机易受电磁干扰的难题，使无人机群突破更多严苛条件限制，实现高效协同工作。
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视频来源：西北工业大学

捕捉光的密码
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，通过感知交互和信息传递，无人机集群能够通力合作，高效协同。
目前，人们多使用无线电通信技术实现对无人机的控制，这种利用无线电磁波在空间传输信息的通信方式，容易受到电磁干扰的影响。西北工业大学光电和智能研究院首席科学家李学龙表示，“仿萤火虫通信无人机的创新突破，关键在于应用光通信技术使无人机群开展通信联络，从而避免了电磁干扰。”
5月初，记者在实验室看到，仿萤火虫通信无人机的四条“腿”上各搭载有LED发光源，看似平稳的光芒实际正在高频“闪烁”。“另一架无人机上的光电传感器捕获到光信号后，对其开展智能分析，就可以实现像萤火虫发光交流一样的短距离信息传递，从而完成无人机间基于光链路的协同飞行。”西北工业大学光电和智能研究院副教授黄举解释说。
据了解，仿萤火虫通信无人机已开展了多次实验飞行，充分验证了其体积小、重量轻、低功耗、抗电磁干扰能力强、照明兼具通信等优点，此项技术适合承载于各种能量形式、不同类型的无人机。
人工智能守护安稳
成立于2021年的光电与智能研究院，是西北工业大学在人工智能和光电工程领域的前瞻布局。依托学科优势，李学龙科研团队为仿萤火虫通信无人机“装备”了多项先进智能算法及技术，确保无人机集群的智能化和稳定性。
记者观察到，伴随位置变化，一台无人机上搭载的耀眼光源正跟随另一台无人机上的光电传感器变换发射位置。“我们研发了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，能够使发射光源精准捕获待通信目标，并紧随目标转动。”黄举说。
为克服环境光照对光通信链路性能的影响，李学龙科研团队还采用了紫外/可见双通道LED光源，并开发出一种高冗余纠错编码技术，来区分通信光源和环境光源，大大提升了无人机间信息传递的可靠性。
无人机在飞行过程中位置灵活多变，光线发射的角度也在不断变化，这很有可能影响光信号的通信质量。为此，李学龙科研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，提升了无人机间信息传递的稳定性。
李学龙表示，团队将继续在仿萤火虫通信无人机的飞行高度、气候环境、距离、速率和稳定性等方面进行深入研究，以期未来在以“低空经济”为代表的临地安防场景中开展广泛应用。