作者:张行勇 严涛 来源:中国科学报 发布时间:2022/11/29 14:40:53
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李学龙:亟需构建临地安防技术体系

 

 

 

临地空间图

临地安防技术体系。

 

相干光探测。

   

稳定探测。  

多模态认知计算。

                       

 

         群体智能决策。       

                                            

涉水光学。

  

跨域侦察与联合登陆。 图片均由李学龙提供

近日,西北工业大学校学术委员会副主任、光电与智能研究院教授李学龙在中国飞行试验研究院的学术会议上作了“临地安防”的专题汇报。

2014年,我国提出了总体国家安全观的概念,如何构建新时代国家安全体系,应对国家面临的安全形势,更有效地维护国家主权、领土完整以及海洋权益,是我国必须面对的问题。 特别是随着科技的发展,在低空空域、近海水域等多个方面出现新的安全防卫问题。 临地安防也关乎民生,低空的立体交通、海洋牧场的发展、船舶和港口附近的水下监控、自然灾害的救援等等,都是临地安防体系的典型应用场景。

为此,就构建临地安防技术体系问题,《中国科学报》采访了李学龙教授。

临地安防是指面向临地空间内防卫、防护、生产、安全、救援等需求的多元化、跨域化、立体化、协同化、智能化技术体系;具体应用场景包括低空安防、水下安防以及跨域安防等。与传统临近空间或近地空间不同,临地空间主要是海平面以下100米(大陆架平均水深)到地面以上1000米(低空空域开放高度)的核心区,基本覆盖人类主要生产生活空间,以及现代战争低空超低空及水下作战空间,如图1所示。

从应用场景来看,临地安防技术体系下的低空安防、水下安防、跨域安防覆盖面十分广泛,面临的任务形态具有更加多元化、跨域化、立体化、协同化、智能化的特征,如图2所示。

“为此,可以看出,临地安防技术体系属于前沿交叉学科与技术领域,不独立于现有的众多其他学科领域/技术体系,在包含相干光探测、稳定探测、多模态认知计算、群体智能决策、涉水光学以及跨域遥感等六大研究/技术方向的同时,更广泛地涉及航空航天、深空深海、机械电子、信息/量子通讯、新材料、能源动力等众多学科与技术领域的交叉融合。”李学龙进一步强调。

相干光探测:在临地安防任务中,首要步骤是实现实时、精准的目标信息获取,而相干光探测可以实现这一目标任务。相干光探测得益于相干光源亮度高、方向性强、单色性好等特点,该项技术能够在临地安防任务中快速建立起“数据/信息优势”,从而实现临地空间更远、更清、更快的目标探测。具体而言,典型的相干光探测系统包括相干光源、相干光的大气传输以及光电探测器件三部分。李学龙简要地讲解。

稳定探测:临地空间中,如何实现在包含水下、湍流、弱光、高温、振动、高动态等大量的极端环境下,更清晰、更精准、更稳定地探测,可以说对临地安防系统的稳定性和可靠性至关重要。而稳定探测就是面向临地安防前端高质量感知,着力于建立物理先验与智能算法的互反馈机制,拓展传统光电设备的探测能力,实现极端条件下的高质量稳定成像,突破复杂条件下的高精度测量理论与技术。

多模态认知计算:在临地安防的实际应用中,通常需要处理来自光学、声学等不同传感器的大量多模态数据。根据研究导向不同,多模态认知计算可大致分为多源传感分析和通用多模态学习。

临地安防开放环境中,传感的数据、样本类别等分布往往差异较大,传统的传感数据分析方法失效。多源传感分析是一种有效的解决途径,通过分析不同传感模态数据的关联关系,实现少标注样本、零标注样本下的场景理解,对临地安防自主感知、情报侦察和灾害救援等场景具有重要意义。而通用多模态学习主要研究通用多模态数据的基础学习理论,尝试利用多种模态的一致与差异特性实现模态协同,提升机器的信息提取能力,突破经典机器学习模型的理论与性能瓶颈。

群体智能决策:主要面向临地安防任务的临地空间群体行为安全,致力于实现群体行为的精准感知与协同控制。尤其在军事领域,群体智能决策优势显著,可使由无人机、无人车、社交机器人等自主无人系统组成的群体,在通信网络的框架下,通过任务规划、智能决策和协同控制完成多种复杂行动任务,并具备高度分散、灵活机动、动态可组、自主协同等优势。群体智能决策包含自主交互和决策控制(组内协同与组外对抗)两大核心技术。

涉水光学:水覆盖了71%的地球表面。我国拥有的水域面积接近国土面积的三分之一,并且大部分水域属于海洋,是生态、资源、社会、经济、安全的重要战略发展空间。回声定位技术在第二次世界大战后得到快速发展。但是当探测一个水中动态目标时,使用声波就必须考虑时间损耗,而光波是可以忽略不计的。因此,亟须发展以水为介质的光学技术,即涉水光学。

涉水光学是涉水环境中可以采用的光学技术,在探索、研究、生产、应用过程中的研究手段主要包括涉水光学信息获取、涉水光学信息传输及处理。

跨域遥感:这是多种跨模态、跨场景、跨任务遥感手段协同探测与解译的理论与技术。临地安防场景下的跨域遥感主要关注低空无人机监测、极端灾害预警与救援、军事目标侦察等典型任务。跨域遥感主要面临三大难题:极端环境数据扰动、高维跨模态数据冗余、跨域信息的有效联合,其理论和技术的构建离不开稳定探测、多模态认知计算、群体智能决策等相关技术的支撑。

“临地安防技术体系涉及的任务具有多元化、跨域化、立体化、协同化、智能化特征。代表性的应用包括空中立体交通管控、低空/超低空对抗、极端灾害监测预警、自主智能搜寻救援、海洋牧场、全天候水域监视、港口安防以及跨域侦察与联合登陆等方面。”李学龙讲。

李学龙最后强调,临地空间是人类主要的生活和空间,在未来,临地安防技术体系的构建既是国家安全和防卫的需要,更是百姓安居乐业的保障,也能够为人类生产生活方式,科技伦理治理,以及自然环境的保护等方面提供解决方案,使得人类能够更加主动地应对各类复杂挑战。

 
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