基于外观特征的无人机行为意图分类方法研究*

任沛阁，郝 鹏，唐 立

（1.国家空域管理中心，北京100094；2.西华大学 汽车与交通学院，四川 成都610000）

1916年世界上第一架无人机在美国试飞成功，此后，无人机被广泛运用于国内外的军事领域[1]。20世纪80年代，无人机D-4的出现标志着我国无人机开始向民用方向发展。在上世纪90年代后，民营企业逐步开始民用无人机的研发制造，随后无人机被逐步应用于物探、灾害监测等领域。

随着低空空域的改革，无人机产业的发展更加迅速，无人机被越来越多领域所使用，很大程度上提高了任务执行的效率和成功率，同时大大降低任务执行的成本。据研究表明，为了适应多样的任务类型，无人机一般根据任务特点，搭载相应的设备[2]。同时，根据任务类型特点的不同，无人机的运行航迹和姿态也具有一定的差异[3]。随着无人机应用领域的增加，无人机携带的设备和运动特点的多样性逐步增大，大大增加了无人机监管的难度。

为了进一步加强无人机的监管，目前行业内一般基于无人机的大小、航程和运行高度进行分类。但是，上述分类方式无法对无人机的行为意图进行判断，不能准确作出相应的应对措施。因此，为了更好的对无人机进行监管，建立无人机行为意图分类方法是必不可少的环节。但是，国内外在无人机行为意图分类方面的研究较少。因此，本文从军事领域和民用领域对无人机的行为意图进行分析，并结合无人机本身携带设备的差异对无人机行为意图进行分类。

1 无人机行为意图分类方法

1.1 侦察无人机

在军事上，侦察类型常见的无人机类型主要包括：电子侦察、察打一体、隐身侦察等三类[4-5]。电子侦察无人机一般搭载电子对抗侦察系统、通信侦察系统、合成孔径雷达、红外相机；察打一体无人机一般同时携带高清摄像机、雷达、攻击型武器等[6]；隐身侦察机一般集侦察设备和复合材料、雷达吸波材料和低噪声发动机为一体，在机身表面喷涂能够吸收红外光的涂料，减小机身表面的缝隙，减少雷达反射面[7-9]。

1.2 电子战无人机

在军事上，电子战常见的无人机类型主要包括：电子干扰、反辐射、诱饵等无人机。电子干扰无人机一般搭载侦察雷达、阻塞式干扰机；反辐射无人机一般搭载反辐射导弹、探测设备、攻击型武器；诱饵无人机一般装载有源雷达转发器、无源箔条、角反射器[10]。

1.3 攻击型无人机

在军事上，攻击型无人机主要包括：靶机、自杀型无人机、无人机战斗机等。其中，靶机一般不搭载多余的实质性的设备，配置双通道数字式飞控，能携带典型的目标增强器和诱饵弹；自杀型无人机一般搭载高精度探测系统和自动飞行系统；无人战斗机一般携带攻击型武器，并且具有较大的载荷。

根据上述分析，总结军用无人机的分类及主要特征，如图1。

图1 军用无人机的行为模式及外观特征

2 民用无人机行为意图分类方法

2.1 监测勘测无人机

监测勘测无人机一般携带高清数码摄像机、照相机、GPS定位系统、雷达通信侦察设备、雷达成像系统。

2.2 应急救援无人机

目前无人机在应急救援中的应用，主要包括：应急通信（中继）、应急照明、消防[11-12]。其中，应急通信无人机一般搭载基站设备、基站天线、机地连接设备无线收发器、通信传输模块，且一般为系留无人机；应急照明无人机一般搭载大功率的照明设备，且一般为系留无人机；消防无人机一般以旋翼式无人机为主，携带摄像机和红外热成像仪、灭火设备、载荷吊舱、高压喷射器等[13]。

2.3 运输无人机

执行运输任务的无人机，一般具有载荷吊舱。长途运输无人机一般为中大型固定翼无人机；近距离运输小件运输的无人机，一般为旋翼式无人机[14]。

2.4 农业植保无人机

执行农业植保的无人机，一般具有喷射状装置和药箱，主要以旋翼式和固定翼为主。

2.5 航拍测绘无人机

执行航拍测绘任务的无人机一般携带高分辨率CCD数码相机、轻型光学相机、红外扫描仪，激光扫描仪、磁测仪等获取信息。

根据上述分析，总结民用无人机的分类及主要特征状态，如图2。

3 数据库建立

通过上述研究，执行不同任务的无人机所携带的设备具有一定区别。同时，执行某类任务的无人机会携带若干个设备。因此，通过对无人机所携带设备特征的提取，并根据无人机所携带的设备进行分类和组合分析。

军用无人机所携带的设备主要有：雷达、高清摄像机、攻击型武器、复合材料、雷达吸波材料、红外光吸收涂料、干扰机、目标增强器、反辐射导弹、角反射器、弹仓等装置和设备，将设备以一定概率的形式与军用无人机用途进行对应，如表1。

同理，民用无人机携带设备行为模式概率分布如表2所示。

表1和表2中，根据无人机的关键外观特征，建立每个设备初始的行为意图影响概率。对于未知无人机，通过表中的初始概率判断无人机的行为模式：

其中，i为无人机的行为模式，pij为无人机携带设备用途概率，j为设备。

图2 民用无人机的行为模式及外观特征

表1 军用无人机携带设备行为模式动态概率分布表

表2 民用无人机携带设备行为模式动态概率分布表

对于已知无人机，通过对无人机所携带设备的提取，并根据公式（1）判别无人机的行为模式，并将判定结果与实际结果进行对比。若存在一定的误差，则对参数进行调整，实现数据库的动态更新，保证准确率。

4 结论

本篇论文从无人机的外观特征和行为特点进行研究，建立无人机行为模式动态数据库。研究结果可加强对间谍无人机的识别，同时对敌方无人机攻击进行提前防空预警，进一步促进我国国防科技的发展。加强我军无人机运行状态的管理，促进我国无人机作战能力的提高，增强无人机的军事打击能力。