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永不着陆的智能飞行器！西北工业大学光动无人机研究取得新突破
深夜时分，几架无人机仍在山地争分夺秒地执行任务，它们负责搜索在突然爆发的山洪中受困的游客。突然，电量告急！但无人机对区域的搜索只进行了一半，返回充电或派出新机都将极大地耽误救援时间，该怎么办？
近日，西北工业大学光电与智能研究院李学龙教授和同事们在“光动无人机”（Optics-driven Drone，ODD）方面的研究取得突破性进展：利用智能信息传输处理和高能激光等技术，成功实现了对无人机的全天时智能视觉跟瞄和自主远程能量补充，开启了我国无限续航无人机的探索，实现了光电与智能学科的交叉融合，是“临地安防”的典型应用之一。
随着我国低空空域逐步开放，旋翼无人机、固定翼无人机等低空飞行器大量普及，目前已在灾害预警、智能救援等临地安防任务中发挥着重要作用。在未来，大型无人机还能够变身空中巴士，实现低空立体交通出行，为我们的生产生活和安全保障带来极大的便利。
光动无人机（ODD）系统整体示意图
然而，受限于目前化学电池的功率密度，大多数无人机的续航时间仅在1小时之内，工作效率低，也难以在复杂耗时的任务中发挥作用。
为解决此类问题，西北工业大学光电与智能研究院李学龙教授和同事们开展了光动无人机（Optics-driven Drone，ODD）的研究。该项研究使用高能激光对无人机进行远程供能，并在无人机上搭载特制机载光电转换模块，将光能转换为电能。该研究结合了智能信号传输与处理技术，实现了远程供能的自主化，使无人机具备了无限续航能力，实现了光学工程和人工智能的学科交叉，是“临地安防”的典型应用之一。
光动无人机（ODD）设计图
光动无人机主要具有三点技术优势：智能化、自适应和安全性。
首先，为了稳定精准地跟瞄和预测无人机目标，课题组提出了一种面向复杂变化目标的智能视觉追踪算法，具备良好的光照、尺度、旋转自适应性，使视觉追踪具有更强的环境适应性，实现精准定位无人机的作用。
其次，为了消除大气的流动与密度变化对激光束的影响，课题组提出了一种自适应光束赋形技术，能够实现对光束强度分布的自主动态调节，提高长距离激光能量传输的有效性和可靠性。
最后，为了确保光束路径范围的安全，课题组提出了障碍物判定和激光功率自主调节的方法，能够根据目标物的反射特征等判定方法及时发现障碍物，并将激光功率自主调节至安全范围。
光动无人机（ODD）实验展示
近年来，中国无人机行业快速发展，无人机应用场景不断拓展加深。光动无人机作为光学工程与人工智能学科交叉所诞生的产物，摆脱了续航限制，将为无人机行业提供新的发展及应用思路。
首先，无人机可以飞得更高更远。借助高功率激光束供能，无人机能够实现超大范围巡航，其执行任务的自由度与可能性都将极大提升，甚至实现“低空卫星”“人造月亮”等作用。其次，无人机集群组织更为便利。通过自主的地对空、一对多无线充电，无人机集群协同的优势和效率将进一步放大。
光动无人机将有望深度参与社会治理，如交通管控、治安巡逻、灾害救援、无接触式物流配送等。在未来，这种具有无限续航能力的无人机还可能在我们对空天地海的探索与遨游中发挥重要作用。
资料：
西北工业大学光电与智能研究院（iOPEN）在李学龙教授带领下主要开展临地安防（Vicinagearth Security）技术体系的人才培养、科研与工程，依托两个理论：“信容（Information Capacity，信息与数据的比值）”与“正激励噪声（Positive-incentive Noise，Pi/π-Noise，有用的噪声，通过增加噪声或利用噪声让任务做得更好）”，面向低空安防、水下安防、跨域安防，进行多模态认知计算、跨域遥感、稳定探测、涉水光学、群体智能决策、相干光探测的技术创新，服务于高水平人才培养和国家重大战略需求。
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