《無人機(jī)載荷與行業(yè)應(yīng)用》 課件 第5、6章 其他載荷、未來展望與挑戰(zhàn)

無人機(jī)載荷與行業(yè)應(yīng)用第五章 其他載荷目 錄

通信中繼載荷項(xiàng)目1項(xiàng)目2項(xiàng)目3項(xiàng)目4

航磁傳感器

氣體傳感器

其他特殊載荷隨著無人機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也變得越來越廣泛。除了前面幾章節(jié)提到的無人機(jī)載荷外，在一些特殊應(yīng)用場景下，無人機(jī)會(huì)因?yàn)槿蝿?wù)需要掛載其他載荷。為了保證無人機(jī)遠(yuǎn)程通信，在信道間存在距離遠(yuǎn)或存在障礙物的情況下，無人機(jī)可搭載通信中繼載荷，進(jìn)行信息的中繼傳輸。在航空物探方面，可采用無人機(jī)搭載航磁傳感器對地磁場精確測量，另外可采用無人機(jī)搭載氣體傳感器的方式對大氣或特殊區(qū)域快速地進(jìn)行氣體種類和濃度的測量，這也是無人機(jī)應(yīng)用的一個(gè)重要分支。在軍事運(yùn)用方面，各國使用無人機(jī)進(jìn)行通信偵察、雷達(dá)偵察和電子對抗已經(jīng)越來越頻繁，技術(shù)也愈加成熟。項(xiàng)目1通信中繼載荷無人機(jī)通信中繼載荷，是為了保證無人機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制及信息傳輸，而設(shè)置在無人機(jī)上的通信中繼基站裝備。無人機(jī)之間、無人機(jī)與地面站之間，

通常存在非視距鏈路（

NoneLine

of

Sight，NLoS），包括傳輸距離過遠(yuǎn)、傳輸節(jié)點(diǎn)之間有障礙物遮擋等，這時(shí)需要借助高空中繼平臺進(jìn)行中繼通信。任務(wù)1

通信中繼載荷任務(wù)1

通信中繼載荷隨著科技的發(fā)展，無人機(jī)在飛行高度、續(xù)航時(shí)間等方面有很大的提高。與衛(wèi)星相比，無人機(jī)具有靈活機(jī)動(dòng)、成本低、維修方便等特點(diǎn)。在無人機(jī)組網(wǎng)通信中，無人機(jī)作為中繼進(jìn)行戰(zhàn)場通信與衛(wèi)星作為中繼進(jìn)行戰(zhàn)場通信相比，具有很大的優(yōu)勢。而相較于地面中繼，首先，無人機(jī)中繼部署靈活，不受限于站址選擇；其次，無人機(jī)中繼將原始的地面中繼鏈路轉(zhuǎn)換為空對地鏈路，可充分利用空對地視距傳播優(yōu)勢，提高鏈路可靠性。在多跳無人機(jī)中繼通信中，無人機(jī)之間形成空對空的超視距傳播鏈路，在保證鏈路可靠性的同時(shí)，進(jìn)一步擴(kuò)大端到端的通信距離。目前的空中中繼平臺主要有兩種：衛(wèi)星中繼和無人機(jī)中繼。任務(wù)1

通信中繼載荷目前的空中中繼平臺主要有兩種：衛(wèi)星中繼和無人機(jī)中繼。無人機(jī)中繼的優(yōu)點(diǎn)：隨著科技的發(fā)展，無人機(jī)在飛行高度、續(xù)航時(shí)間等方面有很大的提高。與衛(wèi)星相比，無人機(jī)具有靈活機(jī)動(dòng)、成本低、維修方便等特點(diǎn)。在無人機(jī)組網(wǎng)通信中，無人機(jī)作為中繼進(jìn)行戰(zhàn)場通信與衛(wèi)星作為中繼進(jìn)行戰(zhàn)場通信相比，具有很大的優(yōu)勢。而相較于地面中繼，首先，無人機(jī)中繼部署靈活，不受限于站址選擇；其次，無人機(jī)中繼將原始的地面中繼鏈路轉(zhuǎn)換為空對地鏈路，可充分利用空對地視距傳播優(yōu)勢，提高鏈路可靠性。在多跳無人機(jī)中繼通信中，無人機(jī)之間形成空對空的超視距傳播鏈路，在保證鏈路可靠性的同時(shí)，進(jìn)一步擴(kuò)大端到端的通信距離。任務(wù)2

通信中繼載荷分類根據(jù)無人機(jī)通信方式不同，可分為：電臺移動(dòng)通信Wi-Fi通信蜂窩移動(dòng)通信電纜通信（系留）衛(wèi)星中繼通信其中蜂窩移動(dòng)通信是重點(diǎn)發(fā)展方向，這是因?yàn)榉涓C移動(dòng)通信是現(xiàn)在普遍使用的無人機(jī)通信或移動(dòng)電話通信業(yè)務(wù)，在具有一定人流量的地方均架設(shè)有蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，覆蓋面廣，適用范圍大。它是采用蜂窩無線組網(wǎng)方式，在終端和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間通過無線通道連接起來。無人機(jī)搭載基站設(shè)備，當(dāng)?shù)孛嬲竞蜔o人機(jī)都處于蜂窩移動(dòng)通信的地面基站信號覆蓋范圍內(nèi)時(shí)，就可以完成無人機(jī)與地面站之間的通信功能。任務(wù)2

通信中繼載荷分類按無人機(jī)飛行狀態(tài)不同靜態(tài)場景通信中繼載荷動(dòng)態(tài)場景通信中繼載荷靜態(tài)場景人機(jī)的靜態(tài)部署問題，即無人機(jī)部署后的位置不再發(fā)生變化，在單無人機(jī)無法滿足業(yè)務(wù)需求時(shí)，還需要部署多架無人機(jī)進(jìn)行通信覆蓋，此時(shí)又會(huì)涉及用戶分簇和無人機(jī)數(shù)量規(guī)劃。動(dòng)態(tài)場景即在大范圍目標(biāo)區(qū)域場景以及地面用戶不斷移動(dòng)的動(dòng)態(tài)場景中，無人機(jī)需要不斷地調(diào)整部署位置，來保證能覆蓋所有用戶或適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的變化，這種動(dòng)態(tài)部署需要無人機(jī)軌跡設(shè)計(jì)。任務(wù)2

通信中繼載荷分類頻分雙工通信類設(shè)備包含TDMA\CDMA-2000和WCDMA等設(shè)備。時(shí)分雙工通信類設(shè)備如中國提出和自主開發(fā)的移動(dòng)通信設(shè)備TD-SCDMA。根據(jù)移動(dòng)通信系統(tǒng)的雙工工作方式來劃分：移動(dòng)通信中繼覆蓋系統(tǒng)組成示意圖中繼基站是位于基站和移動(dòng)站之間的一個(gè)射頻中繼轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)。移動(dòng)通信中繼覆蓋系統(tǒng)組成如圖所示。中繼基站主要由施主天線、收/發(fā)雙工器、上/下行放大鏈路和覆蓋天線等組成。施主天線接收基站天線發(fā)射的無線電波信號，經(jīng)中繼基站下行鏈路放大后，由覆蓋天線輻射出去。覆蓋天線用于覆蓋基站無線電波無法覆蓋的陰影盲區(qū)，為陰影盲區(qū)中的移動(dòng)終端用戶提供無線通信傳輸鏈路。任務(wù)3

通信中繼載荷工作原理任務(wù)3

通信中繼載荷工作原理圖為某公司HEPBURN

系列無人機(jī)通信中繼設(shè)備，其基于物理層、數(shù)據(jù)鏈路層研發(fā)的自組網(wǎng)模塊，采用軟件無線電架構(gòu)，具有大帶寬、遠(yuǎn)距離、組網(wǎng)靈活等特點(diǎn)，可適配多種無線自組網(wǎng)通信需求。HEPBURN系列無人機(jī)通信中繼設(shè)備任務(wù)3

通信中繼載荷工作原理某典型應(yīng)用場景其典型應(yīng)用場景如圖所示，該場景包括

4

個(gè)自組網(wǎng)模塊，每個(gè)自組網(wǎng)模塊可與IP攝像頭、電腦、語音設(shè)備等連接，將各自的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)無線傳輸給控制中心。自主建網(wǎng)，自主尋找最優(yōu)路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)回傳或中繼，任意兩個(gè)模塊之間均可進(jìn)行通信。任務(wù)3

通信中繼載荷工作原理目前，無人機(jī)中繼載荷主要在下述三類任務(wù)類型中應(yīng)用：（1）無人機(jī)通過搭載基站等通信設(shè)備，為地面提供通信覆蓋，無人機(jī)可以通過系留等方式搭載基站等通信設(shè)備，為缺少通信覆蓋的區(qū)域提供臨時(shí)的通信服務(wù)。主要的應(yīng)用場景包括：熱點(diǎn)地區(qū)的流量卸載、災(zāi)后的緊急通信恢復(fù)等。翼龍中繼平臺發(fā)送的通信信息2021年7月21日，因?yàn)閺?qiáng)降雨鄭州下轄的鞏義市信號塔被沖毀失聯(lián)，應(yīng)急管理部發(fā)送的通信信息極大地幫助了應(yīng)急救災(zāi)。任務(wù)3

通信中繼載荷工作原理（2）任務(wù)無人機(jī)工作距離過遠(yuǎn)或超視距飛行，會(huì)出現(xiàn)無法將信號直接傳輸?shù)降孛婵刂平K端的情況，此時(shí)需要在任務(wù)無人機(jī)與地面控制終端之間設(shè)置無人機(jī)擔(dān)任中繼通信的任務(wù)。基于赤龍860（CL-860）垂直起降固定翼無人機(jī)平臺的中繼通信模型任務(wù)3

通信中繼載荷工作原理（3）無人機(jī)作為移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)，采集地面?zhèn)鞲衅鞯臄?shù)據(jù)。傳感設(shè)備由于尺寸、電量等原因，很難支持長距離的通信。在缺少通信覆蓋的偏遠(yuǎn)區(qū)域，無人機(jī)可以憑借自身的高移動(dòng)性，飛行到傳感設(shè)備的上方對傳感設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，再將數(shù)據(jù)回傳到數(shù)據(jù)中心/邊緣服務(wù)器進(jìn)行進(jìn)一步的處理，克服了傳輸距離的限制。除此之外，通過縮短通信距離和減少數(shù)據(jù)傳遞的跳數(shù)，有效降低了地面無線傳感網(wǎng)絡(luò)的能耗，延長了其使用壽命。最常見的應(yīng)用場景包括：精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、設(shè)備巡檢以及智慧城市、智慧交通中的一些邊緣計(jì)算應(yīng)用。項(xiàng)目2航磁傳感器無人機(jī)航空地球物理勘查方法技術(shù)（簡稱無人機(jī)航空物探）是航空地球物理勘查（簡稱航空物探）技術(shù)領(lǐng)域中的新興技術(shù)分支。隨著無人機(jī)平臺技術(shù)的日趨成熟，無人機(jī)航空物探技術(shù)研究在國內(nèi)外受到了廣泛關(guān)注，新技術(shù)、新方法層出不窮。任務(wù)1

航磁傳感器簡介目前國內(nèi)外絕大部分的無人機(jī)航空物探測量系統(tǒng)為航磁測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)將先進(jìn)的無人機(jī)技術(shù)和航空物探技術(shù)相結(jié)合，使得無人機(jī)航空物探具有費(fèi)用低、小型化、智能化、效率高、人員安全等優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景。通常我們把進(jìn)行磁異常數(shù)據(jù)采集及測定巖石磁參數(shù)的儀器，統(tǒng)稱為磁力儀，其核心部件為航磁傳感器。為利用磁力勘探研究和勘查礦產(chǎn)資源，必須準(zhǔn)確測量磁異常的量值，這就需要有高精度的儀器。任務(wù)1

航磁傳感器簡介任務(wù)1航磁傳感器簡介中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所，從2013年開始，陸續(xù)成功將CS-VL高精度銫光泵磁力儀和AARC510航磁數(shù)據(jù)收錄及補(bǔ)償器搭載到無人機(jī)平臺上，形成了國內(nèi)首套基于長航時(shí)中型無人機(jī)的航空磁測樣機(jī)系統(tǒng)。定型系統(tǒng)航速為170～200

km/h，最大航行時(shí)間為12

h，最大航程達(dá)2

000

km，最高升限5

000m，測控定位精度優(yōu)于±5m，初步具備了高精度實(shí)用化測量能力，其系統(tǒng)如圖所示。無人機(jī)航空物探測量系統(tǒng)任務(wù)2

航磁傳感器的分類按照磁力儀的發(fā)展歷史以及它應(yīng)用的物理原理，可劃分為：①

第一代磁力儀：它應(yīng)用了永久磁鐵與地磁場之間相互力矩作用的原理，并利用了感應(yīng)線圈以及輔助機(jī)械裝置。如機(jī)械式磁力儀、感應(yīng)式航空磁力儀等。②

第二代磁力儀：它是應(yīng)用核磁共振特性，利用高磁導(dǎo)率軟磁合金，以及專門的電子線路，如質(zhì)子磁力儀、光泵磁力儀及磁通門磁力儀等。③

第三代磁力儀：它是利用低溫量子效應(yīng)，如超導(dǎo)磁力儀。任務(wù)2

航磁傳感器的分類）光泵式磁敏傳感器是高靈敏磁測設(shè)備的核心部件。它是以某些元素的原子在外磁場中產(chǎn)生的塞曼分裂為基礎(chǔ)，并用光泵和磁共振技術(shù)研制而成的。按共振元素的不同，分為氦（He光泵式磁敏傳感器（其中又分He3、He4）和堿金屬光泵式磁敏傳感器，其共振元素有銣（Rb85、Rb87）、目前，國內(nèi)外航磁測量主要是采用光泵式磁敏傳感器和磁通門式磁敏傳感器。磁通門式磁敏傳感器可以構(gòu)成多種不同用途的測磁儀器，無人機(jī)航磁測量中，主要用在磁測量和后期數(shù)據(jù)處理的磁補(bǔ)償上。銫（Cs133）、鉀（K39）、汞（Hg）等。目前無人機(jī)航磁測量主要使用氦（He4）光泵式磁敏傳感器和銫光泵式磁敏傳感器。任務(wù)3

航磁傳感器工作原理本小節(jié)主要以He4光泵式磁敏傳感器和磁通門式磁敏傳感器為例，介紹航磁傳感器的基本工作原理。1.

He4光泵式磁敏傳感器利用光泵傳感器做成的測磁儀器，是目前實(shí)際生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)應(yīng)用中靈敏度較高的一種測磁儀器。具有如下特點(diǎn)：靈敏度高，一般為0.01

nT量級，理論靈敏度高達(dá)10－2～10－4

nT；響應(yīng)頻率高，可在快速變化中進(jìn)行測量，可測量磁場的總向量T及其分量，并能進(jìn)行連續(xù)測量。任務(wù)3

航磁傳感器工作原理He4光泵式磁敏傳感器系由吸收室、氦燈、兩個(gè)透鏡、偏振片、

/4和光敏元件等元器件組成，其組成如圖所示。1—高頻激發(fā)振蕩器；2—氦燈；3—透鏡1；4—偏振片；5—

/4；6—吸收室；7—RF振蕩器；8—射頻線圈；9—透鏡2；10—光敏元件。He4光泵式磁敏傳感器的組成框圖任務(wù)3

航磁傳感器工作原理主要部件介紹如下：①

吸收室。給吸收室內(nèi)充以He4氣體。其形狀一般呈圓柱形（直徑3.5

cm，長5

cm），以便使圓偏振光通過吸收室時(shí)反射為最小，提高光的利用效率。吸收室的體積大小要綜合考慮。從原子極化的情況考慮，體積大，原子極化就多，信號也大。但體積大，又會(huì)使各點(diǎn)磁場不均勻，使共振線加寬，降低測量精度；同時(shí)，體積大，需要大功率去激發(fā)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算綜合考慮，吸收室體積約45

cm3左右為宜。任務(wù)3

航磁傳感器工作原理另外，吸收室內(nèi)氣壓大小的選擇也必須予以重視，如果氣壓太高，泵激原子增多，固然可使共振信號加強(qiáng)，但也會(huì)使馳豫時(shí)間變短，使原子碰撞次數(shù)增多，產(chǎn)生強(qiáng)烈的去取向作用，從而使共振線加寬，降低測量精度。一般認(rèn)為取0.22

mm

Hg氣壓為宜。吸收室一般采用無電極激發(fā)方式，這是一種電離過程，它可以將電子動(dòng)能傳給原子，使He4原子由基態(tài)1S，被激發(fā)到亞穩(wěn)定態(tài)23S1。即要求激發(fā)的動(dòng)能等于兩個(gè)能級之間的能量差。如果躍遷頻率不變的話，必須使外加電場E和氣壓P為正比關(guān)系。這為設(shè)計(jì)和制作高頻激發(fā)振蕩器提供了依據(jù)。另外，關(guān)于吸收室制作材料選用GG54型的派勒克斯玻璃為宜，且真空度要求在10－6

mm

Hg以上。任務(wù)3

航磁傳感器工作原理氦燈選用啞鈴形為宜，其頸部能使光集中，類似于點(diǎn)光源，能發(fā)生的光較強(qiáng)。對氦燈的要求：有足夠的光②

光源——氦燈。氦燈是發(fā)光器件。要求它能產(chǎn)生D線，照射吸收室。光的強(qiáng)度是通過燈中氣壓保證的，而一定波長的光則是由激發(fā)的強(qiáng)弱決定的。如果氣壓加大，則亮度增加，如果氣壓太高，會(huì)使原子熱碰撞增加，致使散射加大，使氦燈中譜線復(fù)雜，光敏元件接收的噪聲增加。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算得出：氣壓約等于5

mmHg為宜。強(qiáng)度發(fā)出的光具有一定波長任務(wù)3

航磁傳感器工作原理③

透鏡。透鏡1透鏡1的作用是將點(diǎn)光源（氦燈）變成平行光。透鏡2透鏡2的作用是把吸收室射出的平行光變成聚焦光，便于光敏元件的檢測。制作時(shí)可將焦距做得小些，亦能使體積小些。任務(wù)3

航磁傳感器工作原理④

圓啟偏器。圓啟偏器由偏振片和1/4

組成，其目的是將1.08

m波長的平行光變成圓周極化光。第一步是用偏振片將1.08

m波長的光變成線偏振光，也就是將正常光變?yōu)闃O化光。之后，再用1/4

波長片把線偏振光變成圓周極化光。通過物理學(xué)知識可知：右旋光為

mj左旋光為

mj線偏振光

mj

1

1

0任務(wù)3

航磁傳感器工作原理類型Cs133Rb87Rb85He4D1線8

9437

9487

948

D0:10

829.08

D:10

830.25

1

D:10

830.34

2D28

5257

8007

800⑤

光敏元件。光敏元件為光電轉(zhuǎn)換器件。要求噪聲小，響應(yīng)波長要與共振元素的波長相對應(yīng)，表列出了不同的共振元素譜線的波長，供選用光敏元件時(shí)參考。不同共振元素波長（

）表對自激式光泵式磁傳感器，由于響應(yīng)頻率較高，應(yīng)選用響應(yīng)頻率較高的硅光敏器件為宜。對跟蹤式則應(yīng)選用與調(diào)制頻率相符合的光敏元件，對He4而言，調(diào)制頻率一般選用280

Hz或175

Hz，用Pbs光敏電阻可較好地完成光電轉(zhuǎn)換任務(wù)。任務(wù)3

航磁傳感器工作原理首先將測磁傳感器置于被測地磁場中，并使傳感器的軸向與地磁場方向平行，然后將高頻激發(fā)振蕩器打開，激發(fā)氦燈使發(fā)出D線；激發(fā)He4吸收室使其處于亞穩(wěn)定狀態(tài)。這時(shí)燈發(fā)出的D線經(jīng)過透鏡3將D線變成平行光，再經(jīng)偏振片和l/4變成圓周極化光，直射至吸收室中的亞穩(wěn)定正氦上，正氦在地磁場作用下產(chǎn)生塞曼分裂，塞曼能級2S態(tài)原子吸收D線，躍遷到2P態(tài)而產(chǎn)生光泵作用。光泵作用結(jié)果使原子磁矩取向于2S態(tài)某一磁子能級上。然后由RF振蕩器提供給的射頻能量，打亂亞穩(wěn)態(tài)中某一磁子能級上原子磁矩的取向，產(chǎn)生磁共振作用。當(dāng)測出磁共振時(shí)射頻率場的頻率

。根據(jù)公式即可計(jì)算出被測地磁場的大小。工作原理：任務(wù)3

航磁傳感器工作原理磁共振的檢測方法一般分為：大調(diào)頻法，大調(diào)場法和小調(diào)頻法三種。圖為典型的He4跟蹤式光泵磁力儀方框圖。He4跟蹤式光泵磁力儀方框圖任務(wù)3

航磁傳感器工作原理2.磁通門傳感器磁通門傳感器主要包含探頭和電路兩個(gè)組成部分。磁通門探頭是磁通門傳感器的核心，其工作原理為：以一定頻率的激勵(lì)信號驅(qū)動(dòng)磁芯周期性地處于磁導(dǎo)通和磁飽和狀態(tài)，在磁導(dǎo)通狀態(tài)下，磁芯磁導(dǎo)率較高，磁感線向磁芯處聚攏，檢測線圈內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度變大；在磁飽和狀態(tài)下，磁芯磁導(dǎo)率下降，磁感線由磁芯處向周圍散開，檢測線圈內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度變小。在一個(gè)激勵(lì)周期內(nèi)，磁芯的狀態(tài)變化四次，導(dǎo)致磁通量也變化四次，從而使得檢測線圈產(chǎn)生四個(gè)與外加磁場強(qiáng)度有關(guān)的感應(yīng)脈沖信號。由于磁通門傳感器能夠適用于高速運(yùn)動(dòng)的測試環(huán)境，尤其在弱磁場的測量方面具有優(yōu)勢，被廣泛用于物理學(xué)、金屬冶煉、醫(yī)療軍事、地球物理勘測、導(dǎo)航測姿、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域，地磁常規(guī)和地動(dòng)預(yù)兆檢測的最合適的技術(shù)是弱磁場檢測技術(shù)。任務(wù)3

航磁傳感器工作原理任務(wù)3

航磁傳感器工作原理目前無人機(jī)載荷中應(yīng)用比較廣泛的是三軸磁通門探頭，如圖所示。三軸磁通門磁力儀可以在－

50

～＋210

C的環(huán)境中工作，無故障工作時(shí)間超過2

000

h。因此它適用于可靠性要求超高的領(lǐng)域如國防、航空和航天領(lǐng)域。主要用于微型衛(wèi)星、小型無人機(jī)和旋轉(zhuǎn)彈的姿態(tài)測量、導(dǎo)航和制導(dǎo)。三軸磁通門探頭示意圖項(xiàng)目3氣體傳感器人類生活和工業(yè)發(fā)展的過程中，向環(huán)境排放出的氣體種類、數(shù)量都在日益增多。這些氣體中，許多都是易燃、易爆或者會(huì)對自然環(huán)境中的動(dòng)、植物造成危害的氣體。為了保護(hù)人類賴以生存的自然環(huán)境，需要對各種有害、可燃性氣體在環(huán)境中存在的情況進(jìn)行有效的監(jiān)控。采用“無人機(jī)＋氣體傳感器”即通過無人機(jī)搭載多種因子（如VOCs、SO2、PM2.5）的高精度氣體監(jiān)測傳感器或氣體采集裝置，在測區(qū)進(jìn)行大范圍巡查，以尋找污染特征因子的監(jiān)測方式，可實(shí)現(xiàn)大區(qū)域、精準(zhǔn)、高效快速監(jiān)測任務(wù)。任務(wù)1

氣體傳感器簡介任務(wù)1

氣體傳感器簡介氣體傳感器搭配無人機(jī)的典型應(yīng)用場景氣體傳感器是能夠感知環(huán)境中某種氣體成分及其濃度，并將氣體種類及其濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號的一種敏感器件，根據(jù)這些電信號的強(qiáng)弱就可以獲得與待測氣體在環(huán)境中存在情

況有關(guān)的信息，從而可以進(jìn)行檢測、監(jiān)控、報(bào)警，還可以通過接口電路與電子計(jì)算機(jī)或者微處理機(jī)組成自動(dòng)檢測、控制和報(bào)

警系統(tǒng)。任務(wù)1

氣體傳感器簡介任務(wù)1

氣體傳感器簡介氣敏傳感器是在暴露于各種成分的氣體環(huán)境中使用的，其使用環(huán)境溫度、濕度一般較大，且存在大量粉塵、煙霧等，工作條件惡劣氣體反應(yīng)物附著在元件表面，往往會(huì)使其性能變差。氣體傳感器通常被安裝于監(jiān)控系統(tǒng)探測頭內(nèi)，是氣體監(jiān)測系統(tǒng)的核心，對氣體檢測系統(tǒng)的工作效果起著決定性的作用。氣體濃度的表示方法主要有質(zhì)量濃度（Kg/m3）和體積濃度（PPm）。氣敏傳感器使用環(huán)境：任務(wù)1

氣體傳感器簡介穩(wěn)定性是指傳感器在整個(gè)工作時(shí)間內(nèi)基本響應(yīng)的穩(wěn)定性。（1）穩(wěn)定性：（2）靈敏度：（3）選擇性：（4）響應(yīng)時(shí)間：是指傳感器輸出變化量與被測輸入變化量之比。也被稱為交叉靈敏度，可以通過測量由某一種濃度的干擾氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)來確定。從氣敏元件接觸到一定濃度的被測氣體開始至氣敏元件的阻值達(dá)到該濃度下測量值的時(shí)間。是指傳感器暴露于高體積分?jǐn)?shù)目標(biāo)氣體中，在返回正常工作條件下，傳感器漂移和零點(diǎn)校正值應(yīng)盡可能小的能力。（5）抗腐蝕性：因此氣體傳感器必須滿足幾個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)和特性：任務(wù)1

氣體傳感器簡介圖為深圳某公司研發(fā)的一款專門為無人機(jī)飛行平臺設(shè)計(jì)的多氣體監(jiān)測系統(tǒng)——Sniffer4D靈嗅，它包含搭載于無人機(jī)上的小型輕量化監(jiān)測硬件與數(shù)據(jù)分析軟件，可對無人機(jī)飛行軌跡附近的最多9種空氣成分（大氣污染物、有毒有害氣體等）進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并在軟件中實(shí)時(shí)直觀地展示空氣成分濃度以及分布情況。Sniffer4D靈嗅氣體檢測系統(tǒng)近年來，由于工業(yè)生產(chǎn)、家庭安全、環(huán)境監(jiān)測和醫(yī)療等領(lǐng)域?qū)怏w傳感器的精度、性能、穩(wěn)定性方面的要求越來越高，氣體傳感器的研究變得越來越重要。隨著新技術(shù)、新材料的不斷涌現(xiàn)，氣體傳感器正朝著微型化、智能化和多功能化的方向發(fā)展。深入研究和掌握有機(jī)、無機(jī)、生物和各種材料的特性及相互作用，理解各類氣體傳感器的工作原理和作用機(jī)理，正確選擇各類傳感器的敏感材料，靈活運(yùn)用微機(jī)械加工技術(shù)、敏感薄膜形成技術(shù)、微電子技術(shù)、光纖技術(shù)等，使傳感器性能最優(yōu)化是氣體傳感器的發(fā)展方向。任務(wù)1

氣體傳感器簡介任務(wù)2

氣體傳感器分類半導(dǎo)體式氣體傳電化學(xué)式氣體傳固體電解質(zhì)氣體感器感器傳感器接觸燃燒式氣體光化學(xué)式氣體傳高分子氣體傳感傳感器感器器氣體傳感器是化學(xué)傳感器的一大種類，由于被測氣體的種類繁多，性質(zhì)不同，相應(yīng)地，需要采用的氣敏傳感器種類也比較多。在分類標(biāo)準(zhǔn)的問題上沒有嚴(yán)格統(tǒng)一，分類方法可以根據(jù)工作原理、特性分析、測量技術(shù)、所用材料、制造工藝、檢測對象和應(yīng)用領(lǐng)域等進(jìn)行制定。通常以氣敏特性來分類，主要可分為：任務(wù)3

氣體傳感器工作原理1.半導(dǎo)體式氣敏傳感器的工作原理半導(dǎo)體氣體傳感器以金屬氧化物半導(dǎo)體為基礎(chǔ)材料。當(dāng)被測氣體在被該半導(dǎo)體表面吸附后，會(huì)引起其電學(xué)特性（例如電導(dǎo)率）發(fā)生變化。半導(dǎo)體式氣敏傳感器可分為電阻式和非電阻式兩類，其詳細(xì)分類如圖所示。導(dǎo)體式氣敏傳感器分類任務(wù)3

氣體傳感器工作原理電阻式氣敏傳感器是用金屬氧化物（如：SnO2、ZnO、Fe2O3、TiO2等）制成的敏感元件，利用敏感材料接觸氣體時(shí)其電阻值的變化來測量氣體的成分和濃度。非電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器在與被測氣體接觸后，其電流或電壓會(huì)隨著氣體含量的不同而變化，主要用來檢測可燃性氣體。電阻式和非電阻式半導(dǎo)體式氣敏傳感器：構(gòu)成電阻式氣敏傳感器的核心——?dú)饷綦娮璧牟牧弦话愣际墙饘傺趸?，分為N型半導(dǎo)體（如氧化錫、氧化鋅、氧化鐵等）和P型半導(dǎo)體（如氧化鉬、氧化鉻、氧化鈷、氧化鉛、氧化銅、氧化鎳等）。有時(shí)，還會(huì)在合成材料時(shí)添加其他一些金屬元素催化劑，如鈀、鉑等。任務(wù)3

氣體傳感器工作原理任務(wù)3

氣體傳感器工作原理當(dāng)半導(dǎo)體器件被加熱到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，氣體會(huì)在接觸半導(dǎo)體表面時(shí)被吸附，被吸附的分子首先在表面自由擴(kuò)散，失去運(yùn)動(dòng)能量，期間一部分分子被蒸發(fā)掉，另一部分殘留分子會(huì)產(chǎn)生熱分解而固定在吸附處。如果電子從半導(dǎo)體中逸出的能力（即功函數(shù)）小于吸附分子的電子親和力，則吸附分子將從半導(dǎo)體中奪得電子而變成負(fù)離子吸附，半導(dǎo)體表面呈現(xiàn)電荷層，具有這種傾向的氣體（如O2和NOx）稱為氧化型或電子接收型氣體。如果半導(dǎo)體的功函數(shù)大于吸附分子的離解能，吸附分子將向半導(dǎo)體釋放電子而形成正離子吸附，常見的H2

、CO、碳?xì)浠衔?、醇類傾向于正離子吸附，稱為還原型或電子供給型氣體。任務(wù)3

氣體傳感器工作原理當(dāng)氧化型氣體吸附到N型半導(dǎo)體上，或還原型氣體吸附到P型半導(dǎo)體上時(shí)，將使半導(dǎo)體載流子減少，從而使半導(dǎo)體電阻率增大。相反，當(dāng)還原型氣體吸附到N型半導(dǎo)體上，或氧化型氣體吸附到P型半導(dǎo)體上時(shí)，將使載流子增多，半導(dǎo)體電阻率下降。由于空氣中的含氧量大體上是恒定的，器件阻值也相對固定。若氣體濃度發(fā)生變化，其阻值也會(huì)變化。根據(jù)這一特性，就可以從阻值變化情況得知被測氣體的成分和濃度。N型半導(dǎo)體氣敏器件吸附氣體時(shí)所產(chǎn)生的阻值變化為了去除附著在元件表面的油污和塵埃，以加速氣體的吸附，從而提高元件的靈敏度和響應(yīng)速度，氣敏元件在工作時(shí)都需要加熱。具體加熱溫度與氧化物材料和被測氣體有關(guān)，通常被加熱到200～400

C。任務(wù)3

氣體傳感器工作原理任務(wù)3

氣體傳感器工作原理通常，電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器主要由氣敏元件、加熱器和外殼三部分組成，如圖所示。電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器結(jié)構(gòu)示意圖任務(wù)3

氣體傳感器工作原理按結(jié)構(gòu)可分為三類：燒結(jié)型、薄膜型、厚膜型。（1）燒結(jié)型。燒結(jié)型氣敏元件是將一定配比的敏感材料和摻雜劑等用粘合劑調(diào)和，采用制陶工藝進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)時(shí)，埋入加熱絲和測量電極，制成管芯，最后將加熱絲和測量電極焊在管座上，加外殼后構(gòu)成器件，如圖所示。半導(dǎo)體傳感器的器件結(jié)構(gòu)-燒結(jié)型元件任務(wù)3

氣體傳感器工作原理（2）薄膜型。薄膜型氣敏元件制作方法簡單，是采用蒸發(fā)或?yàn)R射工藝，通過在石英基片上形成厚度約100nm氧化物半導(dǎo)體薄膜而成，如圖所示。半導(dǎo)體薄膜的氣敏特性最好，但半導(dǎo)體薄膜為物理性附著，器件間性能差較大。半導(dǎo)體傳感器的器件結(jié)構(gòu)-薄膜型元件任務(wù)3

氣體傳感器工作原理（3）厚膜型。厚膜型氣敏元件是將氣敏材料與一定比例的硅凝膠混合制成能印刷的厚膜膠，把厚膜膠用絲網(wǎng)印制到事先安裝的有鉑電極AL2O3

基片上，

在400～800

C的溫度下燒結(jié)，其結(jié)構(gòu)如圖所示。此元件一致性好、機(jī)械強(qiáng)度高、適合批量生產(chǎn)。半導(dǎo)體傳感器的器件結(jié)構(gòu)-厚膜型元件任務(wù)3

氣體傳感器工作原理2.

電化學(xué)式氣體傳感器電化學(xué)式氣體傳感器是把測量對象氣體在電極處氧化或還原后測電流，得出氣體濃度的一種探測器。工作原理：通過與被測氣體發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號來工作。氣體首先通過微小的毛管型開孔與傳感器發(fā)生反應(yīng)，通過憎水屏障，到達(dá)電極表面。穿過屏障擴(kuò)散的氣體與傳感電極發(fā)生反應(yīng)，傳感電極采用氧化或還原機(jī)理。通過電極間連接的電阻器，與被測氣體濃度成正比的電流會(huì)在正負(fù)極間流動(dòng)，測定該電流即可確定氣體濃度。任務(wù)3

氣體傳感器工作原理電化學(xué)式氣體傳感器主要的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度較高、選擇性較好。可分為原電池式、可控電位電解式、電量式和離子電極式四種類型。原電池式氣體傳感器通過檢測電流來檢測氣體的體積分?jǐn)?shù)可控電位電解式傳感器是由外界施加特定電壓，通過測量電解電流來檢測氣體的體積分?jǐn)?shù)，除了能檢測CO，NO，NO2，SO2，O2等氣體外，還能檢測血液中的氧體積分?jǐn)?shù)。電量式氣體傳感器是通過被測氣體與電解質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生的電流來檢測氣體的體積分?jǐn)?shù)。離子電極式氣體傳感器通過測量離子極化電流來檢測氣體的體積分?jǐn)?shù)。任務(wù)3

氣體傳感器工作原理恒電位電解式氣體傳感器伽伐尼電池式氣體傳感器離子電極式氣體傳感器電量式氣體傳感器濃差電池式氣體傳感器電化學(xué)式氣體傳感器主要由透氣膜、電極、電解質(zhì)、過濾器等組成。按照工作原理的不同，主要分為以下幾種類型：任務(wù)3

氣體傳感器工作原理（1）恒電位電解式氣體傳感器。其工作原理是使電極與電解質(zhì)溶液的界面保持一定電位進(jìn)行電解，通過改變其設(shè)定電位，有選擇地使氣體進(jìn)行氧化或還原，從而能定量檢測各種氣體。其結(jié)構(gòu)如圖所示：恒電位電解式氣體傳感器的基本構(gòu)造任務(wù)3

氣體傳感器工作原理①

被測氣體進(jìn)入傳感器的氣室：通過氣體擴(kuò)散或機(jī)械泵，先經(jīng)過一個(gè)過濾器，提高選擇性。③

電活性物質(zhì)在電解液中的溶解：氣體在電解液中的溶解速率在很大程度上決定了傳感器的靈敏度和響應(yīng)時(shí)間。②

反應(yīng)物從氣室到達(dá)工作電極前面的多孔膜，并向電極-電解液界面擴(kuò)散：工作電極一般不暴露在外，所以氣體先經(jīng)過多孔膜；多孔膜的作用是防止泄漏，給電極提供結(jié)構(gòu)支持，以再次提高選擇性。④電活性物質(zhì)在電極表面吸附：待測氣體擴(kuò)散到催化劑電極表面發(fā)生氧化或還原反應(yīng)，氧化或還原反應(yīng)速率的大小與氣體在電極表面的吸附密切相關(guān)。任務(wù)3

氣體傳感器工作原理⑤

擴(kuò)散速度下的電化學(xué)反應(yīng)：當(dāng)擴(kuò)散步驟為速率控制步驟時(shí)，整個(gè)反應(yīng)可以用Cottrell方程描述。⑥

產(chǎn)物的脫附：如果產(chǎn)物脫離電極速率慢，電極很可能被反應(yīng)物污染，電流信號會(huì)逐步下降，造成電極中毒。⑦

產(chǎn)物離開電極表面的擴(kuò)散：凈化電極，使電極回到初始的清潔狀態(tài)。⑧

產(chǎn)物的排除：凈化傳感器內(nèi)部空間。如果產(chǎn)物不是氣體或易溶于電解液，會(huì)使傳感器內(nèi)部成分改變，從而改變傳感器的信號響應(yīng)。任務(wù)3

氣體傳感器工作原理（2）伽伐尼電池式氣體傳感器。伽伐尼電池式氣體傳感器與上述恒電位電解式一樣，通過測量電解電流來檢測氣體濃度，其結(jié)構(gòu)如圖所示。但由于傳感器本身就是電池，所以不需要由外界施加電壓。這種傳感器主要是用于O2的檢測，用來檢測缺氧的儀器幾乎都使用這種傳感器。伽伐尼電池式氣體傳感器任務(wù)3

氣體傳感器工作原理（3）離子電極式氣體傳感器。離子電極式氣體傳感器的工作原理是：氣態(tài)物質(zhì)溶解于電解質(zhì)溶液并離解，離解生成的離子作用于離子電極產(chǎn)生電動(dòng)勢，電動(dòng)勢的大小代表氣體的濃度。離子電極式氣體傳感器的構(gòu)造（以檢測氨氣的傳感器為例）任務(wù)3

氣體傳感器工作原理（4）電量式氣體傳感器。電量式氣體傳感器的原理是被測氣體與電解質(zhì)溶液反應(yīng)生成電解電流，將此電流作為傳感器輸出來檢測氣體濃度，其作用電極、對比電極都是

Pt電極。（5）濃差電池式氣體傳感器。濃差電池式氣體傳感器是基于固體電解質(zhì)產(chǎn)生的濃差電勢來進(jìn)行測量的。濃差式

ZrO2

氧傳感器是比較成熟的產(chǎn)品，已被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。任務(wù)3

氣體傳感器工作原理3.光學(xué)式氣體傳感器光學(xué)式氣體傳感器包括紅外吸收型、光譜吸收型、熒光型、光纖化學(xué)材料型等。主要以紅外吸收型氣體分析儀為主，由于不同氣體的紅外吸收峰不同，可通過測量和分析紅外吸收峰來檢測氣體。目前的最新動(dòng)向是研制開發(fā)了流體切換式、流程直接測定式和傅里葉變換式在線紅外分析儀。該傳感器具有高抗震能力和抗污染能力，與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，能連續(xù)測試和分析氣體，具有自動(dòng)校正、自動(dòng)運(yùn)行的功能。任務(wù)3

氣體傳感器工作原理光纖氣敏傳感器的主要部分是兩端涂有活性物質(zhì)的玻璃光纖?；钚晕镔|(zhì)中含有固定在有機(jī)聚合物基質(zhì)上的熒光染料，當(dāng)VOC與熒光染料發(fā)生作用時(shí)，染料極性發(fā)生變化，使其熒光發(fā)射光譜發(fā)生位移。用光脈沖照射傳感器時(shí)，熒光染料會(huì)發(fā)射不同頻率的光，檢測熒光染料發(fā)射的光，并可識別VOC。任務(wù)3

氣體傳感器工作原理4.接觸燃燒式氣體傳感器接觸燃燒式氣體傳感器可分為直接接觸燃燒式和催化接觸燃燒式。工作原理：氣敏材料（如Pt電熱絲等）在通電狀態(tài)下，可燃性氣體氧化燃燒或者在催化劑作用下氧化燃燒，電熱絲由于燃燒而生溫，從而使其電阻值發(fā)生變化。任務(wù)3

氣體傳感器工作原理接觸燃燒式氣體傳感器的特點(diǎn)：（1）對不燃燒氣體不敏感，例如在鉛絲上涂敷活性催化劑Rh和Pd等制成的傳感器，具有廣譜特性，即能檢測各種可燃?xì)怏w。（2）這種傳感器有時(shí)被稱為熱導(dǎo)性傳感器，普遍適用于石油化工廠、造船廠、礦井隧道和浴室廚房的可燃性氣體的監(jiān)測和報(bào)警。（3）在環(huán)境溫度下非常穩(wěn)定，并能對處于爆炸下限的絕大多數(shù)可燃性氣體進(jìn)行檢測。項(xiàng)目4其他特殊載荷任務(wù)1

通信偵察載荷通信偵察：搜索并截獲目標(biāo)輻射的電磁信號，檢測其出現(xiàn)和結(jié)束的時(shí)間、工作頻率、比特率、調(diào)制方式、功率電平等信號特征和技術(shù)參數(shù)；通過對信號特征和技術(shù)參數(shù)的分析、處理和對通話內(nèi)容解調(diào)監(jiān)聽，識別敵通信網(wǎng)（臺）的組成、指揮關(guān)系和聯(lián)通規(guī)律；查明目標(biāo)的產(chǎn)品類型、數(shù)量、部署和變化情況，形成戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)通信情報(bào)，必要時(shí)引導(dǎo)通信干擾設(shè)備對目標(biāo)進(jìn)行干擾。通信偵察載荷系統(tǒng)組成任務(wù)1通信偵察載荷通信偵察是實(shí)施通信對抗的前提和基礎(chǔ)，是實(shí)施通信對抗戰(zhàn)術(shù)的重要一環(huán)。其核心設(shè)備為通信偵察接收機(jī)。通信偵察載荷（COMINT）為不主動(dòng)輻射電磁信號的無源探測設(shè)備，具有一定的隱蔽性且探測距離較遠(yuǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，通信偵察載荷可針對通信電臺、手機(jī)等常用的通信手段進(jìn)行偵察并有效地支持其他火力單元進(jìn)行打擊。因此，無人機(jī)載通信偵察系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展已越來越多地受到用戶方的重視。任務(wù)1

通信偵察載荷通信偵察分系統(tǒng)通常覆蓋的頻段是30～3000MHz。通信偵察任務(wù)載荷用于截獲無線電信號以及分析所截獲的信號參數(shù)，并能對相應(yīng)的無線電發(fā)射機(jī)進(jìn)行測向和交叉定位。通常與雷達(dá)偵察載荷、光電偵察載荷等偵察打擊載荷協(xié)同工作。任務(wù)1

通信偵察載荷任務(wù)1

通信偵察載荷無人機(jī)通信載荷分類豐富，按照偵察任務(wù)分類，可分為：（1）通信支援偵察：通信支援偵察屬于戰(zhàn)術(shù)情報(bào)偵察，其任務(wù)是監(jiān)視當(dāng)前戰(zhàn)場上敵方通信輻射源的位置、工作參數(shù)、技術(shù)參數(shù)和變化態(tài)勢，并且判斷其威脅程度，為指揮員和有關(guān)的作戰(zhàn)系統(tǒng)提供技術(shù)情報(bào)，作為指揮系統(tǒng)的輔助決策依據(jù)。通信支援偵察需要測量的信號特征和技術(shù)參數(shù)有工作頻率、調(diào)制方式、電平、方位、網(wǎng)臺屬性等。任務(wù)1

通信偵察載荷（2）通信情報(bào)偵察：通信情報(bào)偵察屬于戰(zhàn)略情報(bào)偵察，它通過長期和連續(xù)地監(jiān)測某個(gè)地區(qū)的通信輻射源的戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)參數(shù)和情報(bào)信息，獲得廣泛、全面、準(zhǔn)確的技術(shù)和軍事情報(bào)，提供給高級決策機(jī)關(guān)和指揮中心的數(shù)據(jù)庫，為指揮中心的戰(zhàn)略或者戰(zhàn)役決策提供依據(jù)。通信情報(bào)偵察在平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)都要進(jìn)行，通信偵察情報(bào)的形成，通常需要長期的觀測和積累，然后經(jīng)過自動(dòng)分析和處理，才能得到比較準(zhǔn)確、系統(tǒng)和翔實(shí)的情報(bào)。通信情報(bào)偵察還需要獲取對通信信號解調(diào)后的內(nèi)容，即傳送的信息真諦，包括語音、數(shù)據(jù)、圖像、文字信息等。任務(wù)1

通信偵察載荷（3）通信干擾引導(dǎo)偵察：通信干擾引導(dǎo)偵察設(shè)備對通信干擾設(shè)備提供實(shí)時(shí)引導(dǎo)，向干擾設(shè)備提供威脅通信輻射源的方向、頻率、調(diào)制方式、調(diào)制參數(shù)、威脅程度等相關(guān)信息，以便干擾設(shè)備的干擾資源配置，合理地選擇干擾對象、最佳干擾樣式和干擾時(shí)機(jī)。（4）反輻射武器引導(dǎo)偵察：反輻射武器引導(dǎo)偵察提供對通信輻射源進(jìn)行截獲和分析識別，引導(dǎo)反輻射武器跟蹤威脅輻射源，并且進(jìn)行攻擊。同時(shí)在干擾過程中，需要不斷監(jiān)視通信輻射源環(huán)境和信號參數(shù)的變化，動(dòng)態(tài)地調(diào)整干擾參數(shù)和管理干擾資源。任務(wù)1

通信偵察載荷無線電監(jiān)測系統(tǒng)對給定頻譜范圍內(nèi)的輻射源信號進(jìn)行實(shí)時(shí)偵收，分析輻射源信號特征，統(tǒng)計(jì)輻射源信號占用度，對輻射源信號進(jìn)行測向，為無線電頻譜分配和管理提供技術(shù)信息，為有效的頻譜管理提供有力的保障。在上述幾種偵察類型中，情報(bào)偵察的實(shí)時(shí)性要求最低，但需要獲得的參數(shù)多；支援偵察的實(shí)時(shí)性要求次之，干擾引導(dǎo)和反輻射引導(dǎo)的實(shí)時(shí)性要求最高。（5）電磁頻譜監(jiān)測：無線電頻譜監(jiān)測是通信偵察的重要任務(wù)之一。無線電頻譜監(jiān)測分為民用無線電監(jiān)測和軍用無線電監(jiān)測。任務(wù)1

通信偵察載荷按照偵察設(shè)備作用范圍和作戰(zhàn)級別的不同可分為戰(zhàn)術(shù)通信偵察和戰(zhàn)略通信偵察按工作頻段不同可分為短波通信偵察、超短波通信偵察、微波通信偵察等按被偵察對象屬性不同可分為常規(guī)通信偵察、跳頻通信偵察、直擴(kuò)通信偵察等習(xí)慣上還常常使用另外一些不同的分類方法，如：雷達(dá)對抗偵察裝備是搜索、截獲被偵察目標(biāo)的各種雷達(dá)信號，測定其戰(zhàn)術(shù)技術(shù)參數(shù)，并對其進(jìn)行識別和定位的一種電子對抗偵察裝備。其本身并不發(fā)射電磁波，具有偵察目標(biāo)距離遠(yuǎn)、獲取目標(biāo)信息多、自身隱蔽性好等優(yōu)點(diǎn)，使得其在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中有重要的地位。任務(wù)2

雷達(dá)偵察載荷任務(wù)2

雷達(dá)偵察載荷雷達(dá)偵察是現(xiàn)代無人機(jī)進(jìn)行電子戰(zhàn)中重要的任務(wù)載荷。雷達(dá)偵察系統(tǒng)通常由天線、天線控制設(shè)備、接收機(jī)和終端設(shè)備等四部分組成。根據(jù)任務(wù)類型的不同，雷達(dá)偵察可以分為：電子情報(bào)偵察（ELINT）電子支援偵察（ESM）雷達(dá)尋的和告警（RHAW）引導(dǎo)干擾武器引導(dǎo)殺傷武器任務(wù)2

雷達(dá)偵察載荷雷達(dá)偵察系統(tǒng)的工作原理：偵察天線和測頻接收機(jī)實(shí)現(xiàn)脈沖信號檢測和脈沖載頻（測量，偵察天線與測向接收機(jī)實(shí)現(xiàn)脈沖信號到達(dá)角（DOA）測量；信號處理分系統(tǒng)首先對輸入的脈沖序列信號進(jìn)行脈沖信號到達(dá)時(shí)間（TOA）、脈沖寬度（PW）、脈沖幅度（PA）等時(shí)域參數(shù)測量，并與之前的RF、DOA組合成脈沖描述字（PDW），然后對交錯(cuò)的脈沖字序列并行地進(jìn)行分選、脈內(nèi)調(diào)制特征分析、輻射源識別。最后將結(jié)果顯示、存儲和實(shí)時(shí)提交給其他系統(tǒng)使用。任務(wù)2

雷達(dá)偵察載荷某雷達(dá)偵察系統(tǒng)的基本組成由圖可見，雷達(dá)偵察系統(tǒng)由接收分系統(tǒng)和信號處理分系統(tǒng)兩部分組成，接收分系統(tǒng)包括天線陣、微波前端、中頻處理、測頻接收機(jī)和測向接收機(jī)。信號處理分系統(tǒng)主要包括雷達(dá)輻射源信號參數(shù)測量、信號分選、脈內(nèi)調(diào)制特征分析，輻射源識別等。傳統(tǒng)的雷達(dá)偵察接收技術(shù)主要采用晶體視頻偵察接收機(jī)，其特點(diǎn)是瞬時(shí)帶寬較寬，雖然通過檢波能提高信號的截獲概率，但自身存在著靈敏度低的固有缺陷。為了滿足現(xiàn)代雷達(dá)、通信技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代雷達(dá)偵察系統(tǒng)正向著寬帶數(shù)字化方向發(fā)展。任務(wù)2

雷達(dá)偵察載荷任務(wù)2

雷達(dá)偵察載荷在數(shù)字接收機(jī)中通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將信號轉(zhuǎn)換為離散數(shù)字序列，利用大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字信號處理，充分發(fā)揮數(shù)字化接收機(jī)在信號處理方面的優(yōu)勢，提高接收系統(tǒng)的靈敏度和對信號參數(shù)精確提取和詳細(xì)分析的能力，從而提供給雷達(dá)信號更為精確的多種參數(shù)特征。下圖展示了某種中頻數(shù)字接收機(jī)的結(jié)構(gòu)組成。某中頻數(shù)字接收機(jī)的構(gòu)成任務(wù)2

雷達(dá)偵察載荷數(shù)字接收機(jī)中采集的數(shù)據(jù)便于保存，可以在后續(xù)的處理過程中使用各種算法進(jìn)行詳盡的分析，因此它還具有信號檢測靈敏度高、參數(shù)估計(jì)精度高、分辨力高、信號細(xì)微特征檢測能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)使得數(shù)字接收機(jī)在雷達(dá)對抗領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前較為成功的應(yīng)用主要有數(shù)字測頻、數(shù)字測向和脈內(nèi)調(diào)制分析等。測頻接收機(jī)是雷達(dá)偵察系統(tǒng)中必不可少的。測頻接收機(jī)包括超外差接收機(jī)、瞬時(shí)測頻（IFM）接收機(jī)、信道化接收機(jī)、壓縮（微掃）接收機(jī)和布萊格（Bragg）接收機(jī)、數(shù)字測頻接收機(jī)。任務(wù)2

雷達(dá)偵察載荷隨著現(xiàn)在無人機(jī)技術(shù)發(fā)展和智能化程度的提升，現(xiàn)代雷達(dá)偵察系統(tǒng)需要滿足更高的要求和性能指標(biāo)：（1）截獲概率：截獲概率是指偵察系統(tǒng)在空域、頻域和時(shí)域截獲輻射信號的概率。（2）頻率覆蓋范圍：現(xiàn)代高性能雷達(dá)偵察系統(tǒng)的頻率覆蓋范圍可達(dá)0.5～40

GHz。（3）分析帶寬：分析帶指接收機(jī)檢波前的瞬時(shí)帶寬。（4）動(dòng)態(tài)范圍：衡量系統(tǒng)處理同時(shí)到達(dá)的弱信號和強(qiáng)信號能力的一個(gè)指標(biāo)。（5）靈敏度：保證偵察系統(tǒng)終端設(shè)備正常工作時(shí)需要偵察接收機(jī)輸入端提供的最小信號功率。現(xiàn)代靈敏度小于－70

dBm。（6）頻率分辨率：雷達(dá)偵察接收機(jī)能將頻率上互相靠近的兩個(gè)信號區(qū)分開的最小頻率間隔信號參數(shù)的檢測、分選和能力。任務(wù)3

電子對抗載荷首先，電子干擾機(jī)要通過機(jī)載偵察接收機(jī)等設(shè)備，對作戰(zhàn)區(qū)域電磁環(huán)境進(jìn)行偵察、分析和識別，分選出需要干擾的目標(biāo)信號，并對其輻射源測向、定位并上報(bào)系統(tǒng)；然后，系統(tǒng)根據(jù)各個(gè)目標(biāo)的威脅等級分配干擾資源，對目標(biāo)信號進(jìn)行采集、調(diào)制，按需產(chǎn)生不同樣式的干擾信號；最后，系統(tǒng)將這些干擾信號送到發(fā)射機(jī)放大后，通過天線向目標(biāo)輻射出去，從而達(dá)到干擾目的。電子對抗載荷是無人機(jī)進(jìn)行電子對抗作戰(zhàn)任務(wù)而攜帶的電子對抗設(shè)備，電子對抗載荷系統(tǒng)的工作原理為：現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，制信息權(quán)已經(jīng)成為贏得戰(zhàn)爭勝利的關(guān)鍵，電子戰(zhàn)特種機(jī)是奪取制信息權(quán)的重要。電子對抗作戰(zhàn)任務(wù)的專用無人機(jī)這一領(lǐng)域的競爭必將進(jìn)一步加劇，主要有電子對抗偵察無人機(jī)、電子干擾無人機(jī)和反輻射無人機(jī)。任務(wù)3

電子對抗載荷任務(wù)3

電子對抗載荷電子干擾載荷的分類：在具體戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用上，又可以分為遠(yuǎn)距支援干擾、近距支援電子干擾、隨行電子干擾和自衛(wèi)電子干擾等裝備。電子防御裝備包括電子偵察、反電子干擾和對反輻射導(dǎo)彈的防御等。有源電子干擾無源電子干擾壓制性電子干擾欺騙性電子干擾無線電通信干擾無線電導(dǎo)航干擾雷達(dá)干擾無線電遙控遙測干擾紅外干擾激光干擾任務(wù)3

電子對抗載荷電子干擾無人機(jī)中應(yīng)用最廣泛的是誘餌無人機(jī)，是在無人機(jī)上安裝角反射器、龍伯透鏡等無源干擾裝置，模擬被掩護(hù)的目標(biāo)；或安裝有源干擾設(shè)備，轉(zhuǎn)發(fā)敵方雷達(dá)信號，使其具有與被掩護(hù)目標(biāo)相似的信號特征和運(yùn)動(dòng)特性，對敵方雷達(dá)實(shí)施欺騙。電子對抗偵察無人機(jī)由無人機(jī)載體及所攜帶的電子對抗偵察設(shè)備組成，執(zhí)行偵察任務(wù)時(shí)，通過對一定頻域和空域范圍內(nèi)的各種電磁信號進(jìn)行搜索、測量和分析，獲取電子情報(bào)。電子干擾無人機(jī)可飛臨敵方防護(hù)嚴(yán)密的要地上空或在一定空域巡航，對敵方雷達(dá)和無線電通信實(shí)施抵近式干擾。誘餌無人機(jī)也可用于誘使敵方雷達(dá)開機(jī)，協(xié)同其他電子對抗偵察設(shè)備遂行電子對抗偵察任務(wù)。任務(wù)3

電子對抗載荷反輻射無人機(jī)可按預(yù)編的航線在戰(zhàn)區(qū)上空長時(shí)間巡航待機(jī)，一旦搜索到敵方目標(biāo)雷達(dá)的信號，就會(huì)立即向雷達(dá)進(jìn)行攻擊；若雷達(dá)關(guān)機(jī)，反輻射無人機(jī)可以拉升，繼續(xù)盤旋搜索，伺機(jī)再行攻擊。2. 反輻射無人機(jī)裝有反輻射導(dǎo)引頭和戰(zhàn)斗部，主要用于壓制和攻擊敵方地面雷達(dá)，削弱防空系統(tǒng)作戰(zhàn)能力，掩護(hù)己方作戰(zhàn)飛機(jī)進(jìn)行作戰(zhàn)任務(wù)。任務(wù)3

電子對抗載荷20世紀(jì)60年代，美國就成功研制了電子偵察無人飛機(jī)。20世紀(jì)70年代中東戰(zhàn)爭中，以色列研制出誘餌無人機(jī)用于作戰(zhàn)。20世紀(jì)90年代以后，隨著無人機(jī)的飛速發(fā)展，美國、俄羅斯、以色列、南非等許多國家紛紛開始研制不同類型的電子對抗無人機(jī)。美國“獵犬”無人機(jī)無人機(jī)電子對抗的發(fā)展將會(huì)朝著精確化智能化干擾方向發(fā)展，朝著體系組網(wǎng)作戰(zhàn)方向發(fā)展，朝著分布式無人化方向發(fā)展。提高無人機(jī)載電子對抗裝備的模塊化、小型化程度，以提高電子對抗無人機(jī)的作戰(zhàn)能力。任務(wù)3

電子對抗載荷謝謝觀看！無人機(jī)載荷與行業(yè)應(yīng)用第六章 未來展望與挑戰(zhàn)目 錄

基于載荷數(shù)據(jù)的AI識別項(xiàng)目1項(xiàng)目2項(xiàng)目3項(xiàng)目4

載荷數(shù)據(jù)的深化應(yīng)用5G網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)的機(jī)遇

無人機(jī)載荷數(shù)據(jù)仿真項(xiàng)目1基于載荷數(shù)據(jù)的AI識別無人機(jī)可以搭載的載荷十分豐富，包括光電吊艙、正射相機(jī)、傾斜相機(jī)、多拼相機(jī)、熱成像相機(jī)、多光譜/高光譜、激光雷達(dá)和合成孔徑雷達(dá)等。這些載荷獲取的數(shù)據(jù)形式多樣，并且包含了不同的對地觀測信息，具有數(shù)據(jù)量大、價(jià)值密度低等特點(diǎn)。如何利用新興的人工智能技術(shù)，結(jié)合傳統(tǒng)的遙感數(shù)據(jù)處理方法，對多種多樣的無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，高效地識別出關(guān)鍵信息，是基于無人機(jī)載荷數(shù)據(jù)的AI識別相關(guān)技術(shù)要解決的重要問題。任務(wù)1

基于可見光數(shù)據(jù)的AI識別無人機(jī)可見光載荷獲取的數(shù)據(jù)包括常見原始RGB圖像和正射影像常見原始RGB圖像是光電吊艙或其他可見光相機(jī)直接獲取得到，一般構(gòu)成無人機(jī)視頻圖像和無人機(jī)相片集正射影像一般是指利用相片集或視頻圖像進(jìn)行初步拼接或鑲嵌，得到更大范圍的對地觀測可監(jiān)管數(shù)據(jù)要完成指定的監(jiān)管任務(wù)，首先要提取上述兩種載荷數(shù)據(jù)中的感興趣目標(biāo)（包括但是不限于人、車、道路、河流、山峰、樹木、土地類型等），然后按照一定的業(yè)務(wù)邏輯對獲取到的感興趣目標(biāo)做進(jìn)一步的處理。利用無人機(jī)圖像提取到感興趣目標(biāo)，結(jié)合無人機(jī)平臺和載荷的相關(guān)數(shù)據(jù)如地理坐標(biāo)和位姿，計(jì)算得到目標(biāo)的實(shí)際地理位置和范圍，可以實(shí)現(xiàn)各類應(yīng)用，比如目標(biāo)偵測和定位、地面感興趣要素提取等，在區(qū)域監(jiān)控、應(yīng)急測繪、自然資源管理、農(nóng)業(yè)管理等行業(yè)都具備巨大的應(yīng)用價(jià)值。任務(wù)1

基于可見光數(shù)據(jù)的AI識別任務(wù)1基于可見光數(shù)據(jù)的AI識別從常見無人機(jī)RGB圖像中提取感興趣目標(biāo)的方法有多種，目前主流的方法是基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的三大計(jì)算機(jī)視覺基礎(chǔ)任務(wù)——分類、檢測、分割，分別對應(yīng)圖像級、對象級、像素級的感興趣目標(biāo)提取。（a）圖像分類（b）目標(biāo)分類

（c）語義分割目標(biāo)分類、檢測、分割（d）實(shí)例分割任務(wù)1

基于可見光數(shù)據(jù)的AI識別基于分類任務(wù)的感興趣目標(biāo)提取方法由一個(gè)卷積網(wǎng)絡(luò)（結(jié)構(gòu)可根據(jù)需求設(shè)計(jì)）提取特征，后接一個(gè)全連接層組成（如AlexNet、ResNet、GoogleNet等），輸出圖像級的感興趣目標(biāo)分類結(jié)果，通常應(yīng)用于場景分類（無人機(jī)場景下此類應(yīng)用較少）基于檢測任務(wù)的感興趣目標(biāo)提取方法可分為以R-CNN系列為代表的一階段目標(biāo)檢測思路和以YOLO系列為代表的兩階段目標(biāo)檢測思路，輸出對象級的感興趣目標(biāo)定位與分類結(jié)果（在圖像中用一個(gè)矩形框定位感興趣目標(biāo)的位置），可應(yīng)用于公路巡檢、海洋巡檢、環(huán)境監(jiān)測等多個(gè)無人機(jī)的行業(yè)應(yīng)用場景。任務(wù)1

基于可見光數(shù)據(jù)的AI識別基于分割任務(wù)的感興趣目標(biāo)提取方法根據(jù)是否區(qū)分同類目標(biāo)個(gè)體，可分為語義分割與實(shí)例分割，但無論是語義分割網(wǎng)絡(luò)還是實(shí)例分割網(wǎng)絡(luò)，大多都采用encoder-decoder結(jié)構(gòu)（如U-Net、deeplab等），輸出像素級的感興趣目標(biāo)像素分類結(jié)果（將圖像中屬于感興趣目標(biāo)的像素與其他像素作區(qū)分），可以看作是更精細(xì)的檢測結(jié)果，一般用于對檢測結(jié)果要求更為細(xì)致的場景（如裸露土地分割、農(nóng)作物面積統(tǒng)計(jì)等）。正射影像由相片集或視頻圖像拼接而成，其分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常見的RGB圖像。因此正射影像不能直接用上述基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法提取感興趣目標(biāo)，而是需要按需制定某種裁剪策略，將正射影像裁剪為分辨率較小的圖片塊，分別提取圖片塊中感興趣的目標(biāo)，將所有圖像塊的提取結(jié)果進(jìn)行取冗余處理，以得到最終的正射影像感興趣目標(biāo)提取結(jié)果。任務(wù)1

氣體傳感器簡介與地面通用感興趣目標(biāo)提取相比，基于無人機(jī)影像的感興趣目標(biāo)提取具有目標(biāo)占比更小、外觀與地面相差大、背景更為復(fù)雜的難點(diǎn)。因此，地面通用目標(biāo)提取的數(shù)據(jù)集和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與無人機(jī)場景并不是十分契合，且無人機(jī)采集的影像數(shù)據(jù)相比于地面采集的影像數(shù)據(jù)，具有更大的自由度，給訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的采集、標(biāo)注、劃分帶來了更多挑戰(zhàn)。任務(wù)1

氣體傳感器簡介任務(wù)2

基于熱成像數(shù)據(jù)的AI識別因此，若將熱成像數(shù)據(jù)與可見光數(shù)據(jù)融合，利用不同數(shù)據(jù)間的特性互補(bǔ)，可以有效改善單個(gè)數(shù)據(jù)源的影像信息不足的缺點(diǎn)。選擇合適的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及方法，對融合后的影像進(jìn)行感興趣目標(biāo)提取能夠取得更好的效果?？梢姽鈧鞲衅鳎嚎梢垣@得目標(biāo)的顏色、紋理等信息，但成像效果易受到天氣、光照等因素的影響。紅外傳感器：接收熱輻射，不受光照影響，且不受電磁干擾，其成像效果更穩(wěn)定，但紅外傳感器靠溫差成像，圖像通常對比度低，細(xì)節(jié)模糊。任務(wù)2

基于熱成像數(shù)據(jù)的AI識別按照融合的方式不同像素級融合理方式，不同圖像像素是融合后像素的一維信息特征級融合特征級融合，即需要先提前特征，然后再通過合理方式進(jìn)行融合決策級融合決策級融合需要先分別提取不同圖像的感興趣目標(biāo)，再對提取的結(jié)果進(jìn)行融合按照融合的方式不同，圖像的融合可分為像素級融合、特征級融合以及決策級融合。像素級融合如同數(shù)字多通道的圖像處光譜數(shù)據(jù)作為一種集光譜和空間信息于一體的數(shù)據(jù)源，使得識別和區(qū)分各類地物的能力大大提高，對光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)分類是獲取地物信息的一種主要途徑，在農(nóng)作物預(yù)估產(chǎn)、病蟲害防治、地球環(huán)境監(jiān)測、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警、國防軍事偵察等方面都具有重要的研究價(jià)值和意義。任務(wù)3

基于光譜數(shù)據(jù)的AI識別任務(wù)3

基于光譜數(shù)據(jù)的AI識別與普通圖像不同，光譜數(shù)據(jù)是三維的立方數(shù)據(jù)，廣泛應(yīng)用于普通圖像的二維卷積網(wǎng)絡(luò)在處理三維光譜數(shù)據(jù)時(shí)存在一定的局限性，不能充分利用聯(lián)合的光譜和空間信息。由于光譜數(shù)據(jù)與視頻數(shù)據(jù)同為相似的三維數(shù)據(jù)，在視頻的應(yīng)用和分析上取得優(yōu)越性能的三維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)成為更有效提取光譜-空間聯(lián)合特征、進(jìn)行光譜數(shù)據(jù)分類的可行方法。光譜數(shù)據(jù)示意圖任務(wù)4

基于激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的AI識別激光雷達(dá)掃描技術(shù)被用來實(shí)時(shí)快速采集地形表面的三維信息，通常來說機(jī)載

LIDAR系統(tǒng)由激光掃描系統(tǒng)、全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（GNSS）和慣性測量單元（IMU）組成。首先通過激光掃描系統(tǒng)獲得反射點(diǎn)到掃描儀的距離及方位角信息，得到反射點(diǎn)在激光坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)，然后將反射點(diǎn)的三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到慣性參考坐標(biāo)系下，接著結(jié)合IMU測得的姿態(tài)信息以及GNSS測得的定位信息，獲得反射點(diǎn)在當(dāng)?shù)貐⒖甲鴺?biāo)系下的三維坐標(biāo)，最后將其顯示在地面站成圖系統(tǒng)中，便得到了三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，點(diǎn)云數(shù)據(jù)中每個(gè)點(diǎn)至少應(yīng)包含空間坐標(biāo)信息，此外還可包含顏色、反射強(qiáng)度等信息。任務(wù)4

基于激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的AI識別由于 LIDAR 系統(tǒng)具有受天氣影響小、自動(dòng)化度高、成圖快速精確等優(yōu)點(diǎn)，在地形掃描測繪、城市三維重建等眾多方面具有廣泛應(yīng)用。在點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理中，主要包含的任務(wù)有：3D點(diǎn)云分類與2D圖像的任務(wù)目標(biāo)相似，3D點(diǎn)云分類是指識別出點(diǎn)云所屬的對象類別3D點(diǎn)云目標(biāo)檢測與跟蹤3D點(diǎn)云目標(biāo)檢測與跟蹤是指在點(diǎn)云中定位對象的具體位置并在連續(xù)幀中識別出同一對象（使用點(diǎn)云中豐富的幾何信息，有望克服基于2D圖像跟蹤所面臨的遮擋、照明、比例變化等缺點(diǎn)）任務(wù)4

基于激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的AI識別3D點(diǎn)云分割3D點(diǎn)云分割則是給每個(gè)點(diǎn)預(yù)測一個(gè)類別標(biāo)簽，表明它所屬的對象類別，本質(zhì)上是一種對點(diǎn)云中每個(gè)點(diǎn)的分類（注意與3D點(diǎn)云分類任務(wù)做區(qū)分，3D點(diǎn)云分類任務(wù)是對整個(gè)點(diǎn)云分類）3D點(diǎn)云配準(zhǔn)點(diǎn)云配準(zhǔn)指的是輸入兩個(gè)點(diǎn)云，輸出一個(gè)變換矩陣，使得經(jīng)過變換后的兩個(gè)點(diǎn)云的重合程度盡可能高。任務(wù)4

基于激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的AI識別一是基于點(diǎn)（point-based）的處理模式（如SqueezeSeg、RangeNet＋＋）優(yōu)勢：基于點(diǎn)的處理模式直接操縱原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)，能最大限度地利用點(diǎn)云的空間信息缺點(diǎn)：但該模式下點(diǎn)的數(shù)量眾多，計(jì)算量龐大二是基于投影（projection-based）的處理模式（如PointNet、RandLA-Net）優(yōu)勢：投影到2D平面后，可以利用二維圖像領(lǐng)域成熟的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及方法對其進(jìn)行處理缺點(diǎn)：將3D點(diǎn)云投影到2D平面，不可避免地將損失點(diǎn)云的空間信息在現(xiàn)有的深度學(xué)習(xí)點(diǎn)云處理方法中，有兩大主流模式：人工智能在SAR

數(shù)據(jù)上的應(yīng)用主要集中在目標(biāo)檢測（Object Detection）、抑斑降噪（Despeckling）、自動(dòng)目標(biāo)識別（Automatic

Target

Recognition，ATR）、圖像分類（Image Classification）、相位解纏（Phase Unwrapping，PU）、成像仿真（Imaging

Simulation）等領(lǐng)域。任務(wù)5

基于SAR數(shù)據(jù)的AI識別任務(wù)5

基于SAR數(shù)據(jù)的AI識別在SAR圖像的目標(biāo)檢測方面，目前主要集中于基于SSDD等數(shù)據(jù)集進(jìn)行SAR圖像船舶檢測的研究。多尺度快速R-CNN、深度CNNs、輕量級CNN、YOLO-V4和YOLO-V5等深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，在SAR圖像船舶檢測上都有良好應(yīng)用并且，船舶檢測的定位框已經(jīng)從軸向包圍盒（Axis-aligned

BoundingBox，AABB）發(fā)展為有向包圍盒（Oriented

Bounding

Box，OBB）或旋轉(zhuǎn)包圍盒（Rotatable

Bounding

Box，RBB），例如SDOE、DRBOXV1和DRBOX

V2等。任務(wù)5

基于SAR數(shù)據(jù)的AI識別SAR這種相干系統(tǒng)易受到乘性噪聲的影響，在圖像上形成相干斑點(diǎn)噪聲，嚴(yán)重影響人眼判讀以及計(jì)算機(jī)的自動(dòng)目標(biāo)檢測和識別等應(yīng)用。在SAR圖像的抑斑降噪方面，學(xué)界主要應(yīng)用CNN進(jìn)行相關(guān)研究，例如NeighCNN、Nonlocal CNN、Contourlet-CNN、Multi-Objective

CNN和ID-CNN等。任務(wù)5

基于SAR數(shù)據(jù)的AI識別在SAR圖像的自動(dòng)目標(biāo)識別方面，學(xué)界主要基于MSTAR等數(shù)據(jù)集進(jìn)行SAR圖像軍事目標(biāo)自動(dòng)識別的研究，主要使用的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)為CNN和GAN。例如以下幾種方法，都是針對MSTAR的軍事目標(biāo)自動(dòng)識別任務(wù)研發(fā)而成的。一種無損輕量化的CNN設(shè)計(jì)一種基于CNN的Self-Matching

CAM方法一種基于CN-GAN和CNN的復(fù)雜環(huán)境ATR方法一種極限學(xué)習(xí)機(jī)（ELM：Extreme

LearningMachine）和CNN相結(jié)合的方法一種在GAN上發(fā)展起來的基于多任務(wù)學(xué)習(xí)的開放集識別方法（OSR：OpenSet

Recognition）一種基于條件變量自動(dòng)編碼器（CVAE）和GAN的CVAE-GAN模型MSTAR是在20世紀(jì)90年代中期，由美國國防高等研究計(jì)劃署（DARPA）推出，通過高分辨率的聚束式合成孔徑雷達(dá)采集多種蘇聯(lián)目標(biāo)軍事車輛的SAR圖像。MSTAR計(jì)劃進(jìn)行了SAR實(shí)測地面目標(biāo)試驗(yàn)，包括目標(biāo)遮擋、偽裝、配置變化等擴(kuò)展性條件，形成了較為系統(tǒng)、全面的實(shí)測數(shù)據(jù)庫。目前MSTAR數(shù)據(jù)集在SAR圖像目標(biāo)識別研究上得到了廣泛應(yīng)用。任務(wù)5

基于SAR數(shù)據(jù)的AI識別任務(wù)5基于SAR數(shù)據(jù)的AI識別在SAR圖像分類方面，學(xué)界將CNN廣泛地應(yīng)用在極化SAR圖像分類領(lǐng)域，如圖所示。例如，一個(gè)完全無監(jiān)督的模型融合卷積自動(dòng)編碼器（CAE）和矢量量化（VQ）與CNN結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了無監(jiān)督的極化SAR圖像分類。引自《ADeepVector

Quantization

Clustering

Method

forPolarimetric

SARImages》項(xiàng)目2載荷數(shù)據(jù)的深化應(yīng)用任務(wù)1

正射相機(jī)數(shù)據(jù)正射影像圖是一種新型數(shù)字測繪產(chǎn)品，是有著廣闊應(yīng)用前景的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)。其作用如下：a.它可用于更新數(shù)字線劃地圖數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性，加快地形圖的更新速度，也可作為背景圖直接應(yīng)用于城市各種地理信息系統(tǒng)b.它不僅廣泛應(yīng)用于城市規(guī)劃、土地管理、環(huán)境分析、綠地調(diào)查、地籍測量等方面，也可以與線劃圖、文字注記進(jìn)行疊加，形成影像地圖，豐富地圖的形式，增加地圖的信息量任務(wù)1

正射相機(jī)數(shù)據(jù)c.利用數(shù)字正射影像與數(shù)字地面模型或者建筑結(jié)構(gòu)模型可建立三維立體景觀圖，豐富城市管理、規(guī)劃的手段與方法數(shù)字正射影像地圖增量式生成任務(wù)1

正射相機(jī)數(shù)據(jù)（1）修測數(shù)字線劃圖：數(shù)字線劃圖上高層建筑存在投影誤差，但對于4層樓以下的建筑物來說，投影誤差較小，可以忽略不計(jì)，而對于高層建筑可以先在建筑頂部采集其形狀、大小，再根據(jù)建筑可見的地面上的點(diǎn)確定其位置。（2）應(yīng)用于城市規(guī)劃：正