无惧电磁干扰的仿“萤火虫”通信无人机实现协同飞行

夜幕低垂，无数勇敢追爱的萤火虫以不同的节奏和频率发出“闪光”，用一种只有它们之间才能理解的方式传达着信息。如果无人机集群也以这种形式进行交流，会产生怎样的效果？

图1中国电信人工智能研究院TeleChat生成的萤火虫场景

近日，中国电信李学龙联合西北工业大学光电与智能研究院在仿“萤火虫”通信无人机方面的研究取得进展：通过模仿萤火虫的交流方式，利用光通信和智能信息处理等技术，实现了电磁干扰下的无人机间的信息传递。

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无人机集群已然成为科技领域最为前沿的话题，在科幻电影和实战中屡屡出现。然而，无人机集群有一个致命的弱点，其主要依靠无线电通信，电磁特征明显，容易被外界识别，也易受电磁环境影响。有试验表明大功率的电磁干扰压制和导航诱骗对无人机集群打击效果明显。无人机表演秀失控坠机事故乃至俄罗斯驻叙利亚部队能多次挫败敌方无人机集群袭击，原因也在于无人机通信链路被干扰或斩断。

那无人机集群如何应对“釜底抽薪，断链击源”的电磁干扰呢？

李学龙研究团队提出了一种创新性的解决思路：通过调制无人机上照明设备，发出每秒百万次明暗变化的光信号，并在另一架无人机上利用光电传感器捕获光信号并智能分析，实现像萤火虫闪烁交流一样的短距离信息传递，完成无人机间基于光链路的协同飞行。由于光信号的传输不受电磁环境的影响，不会产生互调和互扰，抗干扰能力强。此外，其发射功率较低，也几乎不产生热量，适合承载和能量受限的小型无人机。

图2 仿萤火虫通信无人机信息交互过程

仿“萤火虫”通信无人机主要具有三项技术特点：智能化、可靠性和稳定性。

首先，为了建立和维持稳定的光通信链路，研究团队通过捷联无人机云台相机和通信发射光源，采用团队自研的快速动态目标智能追踪算法捕获待通信目标，发射光源跟随相机转动。相机所向，光束跟随。

其次，为了克服环境光照对光通信链路性能的影响，研究团队提出了一种高冗余纠错编码技术，来降低信息传输的误码率，提升无人机间信息传递的可靠性。

最后，针对无人机飞行时通信收发端相对位置变化对信息传递质量的影响，研究团队提出了多角度波束发散的链路性能增强技术，降低了链路中断的机率，提升无人机间信息传递的稳定性。

图3 仿萤火虫通信无人机外场试验

仿“萤火虫”通信无人机是在普遍采用无线电进行通信交流背景下的一种尝试和发展。在未来，研究团队将继续在仿“萤火虫”通信无人机通信距离、速率、稳定性和环境适应性等方面进行研究，并在以“低空经济”为代表的临地安防场景中开展应用。

团队负责人介绍：

李学龙，中国电信首席技术官（CTO）、首席科学家，西北工业大学校学术委员会副主任。主要关注人工智能、临地安防、图像处理、成像。