軍用人工智能技術專利分析研究

柏萌嶠 董曉軍

（北京航天長征科技信息研究所，北京 100076）

0 引言

根據軍用人工智能技術特點，通過廣泛調研相關文獻和比較分析，辨識和確定技術的重要性和新穎性，開展技術分解，最后形成了該項技術的關鍵技術圖譜，主要涉及無人裝備、戰場感知、指揮決策3 個分系統。

1 無人裝備分系統

1.1 技術發展路線分析

無人裝備分系統隨時間的演進，可以分為萌芽探索期、技術突破期和快速發展期3 個階段。

在萌芽探索期（2011—2013 年），無人裝備分系統首先面臨的是如何解決飛行器系統電能供給問題[1]，此時，全球專利申請人對于該項技術的關注點在于飛行器的結構設計方面，如西門子股份公司、歐洲空中客車股份公司相繼提出設計、安裝帶有導電功能的飛行器推進系統，旨在解決工作狀態下飛行器的動力問題。代表性專利名稱為“一種帶有電驅動推進系統的飛行器（專利號為BRPI112012018551）”。

在技術突破期（2014 年），隨著自動通信技術的不斷發展且經過前期的技術積累，無人裝備系統的技術關注點由結構設計轉向系統的自動通信。Auto Connect Holdings LLC 提出利用雷達探測技術，對事故車輛進行數據檢測并通過遠程通信自動發送；Carnegie Mellon University 提出通過自動通信控制技術，建立車輛行駛的優先管理方案。代表性專利名稱為“一種用于車輛間自動通信系統（專利號為US14253078）”和“一種用于管理車輛優先級的方法和軟件（專利號為US14214885）”。

在快速發展期（2015—2020 年），全球專利申請人對于無人裝備分系統的研發重點是飛行器，機器自主學習與飛行器遠程數據處理、目標定位結合，用于識別目標，實現工作狀態下飛行器的實時檢測、驗證。經過篩選，能夠反映該階段主要技術特點的代表性專利有2 項。第一項專利名稱為“基于相機檢測和監督用于飛行器上的機器學習體系結構”，申請號為WOUS19068384，建立了一種用于飛行器的監視系統，對飛行器周圍物體的進行感測，生成推薦路線，防止飛行器與感測到的物體發生碰撞。第二項專利名稱為“基于計算機視覺的飛行器自主或監督自主降落”，申請號為CA3058723，公開了一種用于機場跑道的飛行器裝置，該裝置將最新的姿態估計輸入飛行器的飛行控制計算機，用于在最終接近時引導飛行器。

1.2 技術功效矩陣分析

在軍用人工智能技術無人裝備分系統中，全球專利申請人致力于相關結構、工藝方法和系統的優化研究，提出了諸多有價值的技術方案，在該項技術上具有一定的競爭優勢。

從實現技術手段出發，可以將軍用人工智能技術無人裝備分系統劃分為飛行器結構設計、姿態控制、戰斗力3個子技術點。結合上述技術方案產生的技術效果分析可知，在飛行器結構設計上，研究的重點是提升動力、提高系統運行速度、提高飛行器或相關聯設備系統的可控性，盡可能降低成本[2]。例如，用于高飛行和遠距離飛行的無人飛行器推進系統，具有噴氣渦輪發動機和螺旋槳渦輪發動機，螺旋槳渦輪發動機在飛行器飛行過程中狀態穩定可控，實現無人裝備分系統精確控制。

在姿態控制、戰斗力上，專利申請人提出在保證飛行器相關設備或裝置系統可控的前提下，提升系統運行速度，進而解決無人裝備飛行過程中自動通信準確性的問題。例如，一種基于計算機視覺的無人飛行器控制方法及裝置，包括采集控制者實時的手勢信息；姿態轉換，將采集得到的手勢信息轉換為無人飛行器對應的姿態控制信號；信號發送，將姿態控制信號轉換為相對應的無人飛行器的控制信號并向無人飛行器發送，使得用戶可以快速掌握控制飛行器的飛行姿態，實現高實時性、高交互性、高可控性的飛行器控制。

從產生的技術效果來看，軍用人工智能技術無人裝備分系統的作用是提高飛行器配套系統的運行速度，增強系統安全性與可控性。然而，如何通過優化飛行器構件結構實現裝置自動通信，如何改進姿態控制精度的同時降低成本，全球專利申請人尚未研究出較為理想的技術方案[3]。

2 戰場感知分系統

2.1 技術發展路線分析

態勢感知分系統隨時間的演進，可以分為探索期和發展期兩個階段。

在探索期（2011—2015 年），態勢感知分系統首先面臨的問題是如何提升無人飛行器控制性能[4]。這個階段，全球專利申請人對于該項技術的關注點在于計算機輔助設計方面，如北京空間技術研制試驗中心、北京航空航天大學相繼提出基于計算機視覺的無人飛行器控制方法，旨在解決人工智能時代無人飛行器的遠程控制與通信問題。代表性專利為“一種航天器測試資源優化配置方法（專利號為CN201510937156.7）”“一種基于計算機視覺的無人飛行器控制方法與裝置（專利號為CN201511024647.9）”和“一種基于專家知識的無人機飛行指揮輔助決策系統及其設計方法（專利號為CN201510270722.3）”。

在發展期（2016—2020 年），全球專利申請人對于態勢感知分系統的研發重點是將軟件設計與機器自主學習相結合，實現人機交互；與此同時，利用計算機深度學習功能，基于數據分析，對飛行器或地面設備的操作行為進行實時處理與分析[5]。經過篩選，能夠反映該階段主要技術特點的代表性專利有2 項。其中具有代表性的專利名稱為“異構多無人機系統協同察打任務自組織方法”，申請號為CN201610158677.7，公開了一種異構多無人機系統協同察打任務自組織方法，設計兩個異構多無人機子系統，通過子系統間相應的協作方式，進行任務規劃并進行相互協作。

2.2 技術功效矩陣分析

在軍用人工智能技術態勢感知分系統，全球專利申請人致力于采用遠程信號測量、信息數據的處理等手段，實現信息共享與控制，進而提升戰場環境下態勢感知能力。

從實現技術手段出發，可以將軍用人工智能技術態勢感知分系統劃分為信息獲取、信息共享、精確信息控制與信息資源管理能力4 個子技術點。通過對技術效果分析可知，在信息獲取技術上，對電信號進行測量，能夠提升系統運行的速度；在信息共享技術上，專利申請人提出通過一般性的電控制方法或裝置實現數據信息的共享，進而增強系統的可控性。

在精確信息控制技術上，專利申請人的關注點在于如何通過電數字信號、數據信號或圖像信息的處理，借助特定環境下的計算模型，增強無人裝備飛行過程中自動通信準確性；同時，盡可能降低成本的同時，解決精確控制的問題。例如，一種無人機數據鏈可靠性的仿真系統設計方法涉及數據鏈仿真領域，通過建立各要素模型庫，利用MFC 的交互式界面窗口，實現無人機、地面站、干擾源要素屬性的快速配置，形成動態復雜的電磁環境仿真過程，完成對無人機數據鏈所面臨的特定場景下的干擾分析，也為數據的進一步挖掘提供了有力的支撐，具有一定的靈活性和高效性。

從產生的技術效果來看，軍用人工智能技術態勢感知分系統的作用是提高飛行器系統的運行速度，增強系統安全性與可控性，信息傳輸、控制的準確性也有所提高。運用電變量測量等具體測量手段，提高系統安全性和可控性，優化飛行器構件結構，提升系統精準通信能力，利用自動通信方法或軟件改進姿態控制精度；特別是提升戰場環境下態勢感知信息的管理能力，全球專利申請人尚未研究出較為理想的技術方案[6]。因此，中國專利申請人可以抓住這個技術空白點，深入研究并提出有價值的技術方案。

3 指揮決策分系統

3.1 技術發展路線分析

指揮決策分系統隨時間的演進，整體呈現平穩增長趨勢，其中2012 年、2016 年和2020 年出現了3 次申請高峰年。

2011—2012 年，指揮決策分系統首先在智能電控技術，特別是燃料電池系統上開展了探索性研究，從車載智能技術領域入手，提出具備更高系統可靠性的實施方案。經過篩選，能夠反映該階段主要技術特點的代表性專利有1 項。這專利名稱為“智能車載被動恢復策略”，申請號為DE102012104142，公開了一種用于燃料電池堆的可逆電壓損失的電壓恢復程序。

2013—2016 年，指揮決策分系統的重點是設計可靠的控制方法，克服不確定因素對智能技術應用效果的影響，進而實現快速、穩定響應。

2017—2020 年，全球專利申請人在指揮決策分系統的重點工作是利用計算機深度學習功能，基于數據分析，對飛行器或地面設備的操作行為進行實時處理與分析。經過篩選，能夠反映該階段主要技術特點的代表性專利有1項。這專利名稱為“用于協調通信設備的區域特定控制車輛系統和方法”，申請號為US16432722，公開了一種用于區域特定控制的方法和系統。

3.2 技術功效矩陣分析

在軍用人工智能技術指揮決策分系統中，全球專利申請人主要采用供配電以及電能轉換、信息數據處理等手段，實現各系統、各裝置之間的信息協同與共享，實現戰場環境下的指揮決策[7]。

從實現技術手段出發，可以將軍用人工智能技術指揮決策分系統劃分為故障診斷與預測技術、信息傳輸技術、協同作戰能力、信息系統管理4 個子技術點。通過對技術效果進行分析可知，在故障診斷與預測技術上，采用直接將化學能轉變為電能的方法或裝置，提升系統運行速度，同時增強其可靠性；在信息傳輸技術上，專利申請人提出使用無線鏈路進行非選擇性通信的系統，實現數據信息的傳輸與共享，增強系統可控性和安全性；在協同作戰能力上，專利申請人傾向于設計一種供電或配電的電路裝置或系統，設計可調節的變壓器，進而實現電能存儲，進一步提高系統可控性。

從產生的技術效果來看，軍用人工智能技術指揮決策分系統的作用是通過單點技術的突破，從電能儲備（或電池組能源儲備）技術入手，設計適用于工作過程中飛行器或地面設備的故障診斷與預測，進而提高飛行器系統的運行速度，增強系統安全性與可控性[8]。通過機器自主學習的方式提高系統可控性，同時降低設計成本，實現系統通用性，提升戰場環境下武器裝備體系各系統協同作戰能力，特別是武器裝備體系的整體信息系統管理，全球專利申請人尚未研究出較為理想的技術方案。因此，中國專利申請人可以抓住這個技術空白點，深入研究并提出有價值的技術方案。

4 技術研發熱點和空白點分析

對人工智能關鍵技術專利申請分布情況進行統計，結果顯示：全球專利申請人的研發熱點集中在信息控制技術和故障診斷與預測技術，分別申請專利588 件和296 件。從數量上看，信息獲取技術、信息共享技術和信息傳輸技術專利申請不多，然而如何有效提升智能化軍事裝備的信息傳輸能力，如何保證戰場環境下精確的信息獲取與共享，是未來該領域的技術發展的方向。

5 結語

從上述分析可知，人工智能技術的專利呈現3 個特點。一是專利申請集中度較高，特別是戰場環境感知和指揮決策系統，是該領域技術研發的熱點，對于技術的發展起到十分重要的作用；二是各關鍵技術專利申請數量呈現上升趨勢，說明全球專利申請人致力于該領域關鍵技術的研究，通過不斷地改進技術方案推動技術發展與創新；三是技術方案價值度高，向著智能化協同轉型，由于人工智能技術在軍事上擁有廣闊的應用前景，智能化武器裝備和智能機器人的應用對于該領域關鍵技術的發展產生重大影響，因此其專利的技術方案具有更高的參考價值，為申請人搶占目標市場奠定了堅實的基礎。