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    AI技术赋能国家新基建卫星互联网建设,构建新技术研发

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    发表于 2022-10-28 17:47:13 | 显示全部楼层 |阅读模式
    卫星互联网:https://www.commsat.cn/
    “人工智能之父”图灵曾在上世纪50年代初,提出了著名的图灵测试:如果一台机器能够与人类展开对话(通过电传设备)而不能被辨别出其机器身份,那么就称这台机器具备智能。从图灵测试来看,人工智能究其根本,是对人类自身智能的模拟和延伸,人工智能当前所有的理论方法也都在此基础上建立和发展。近年,航天方面也已经兴起了深度学习+航天器自主控制的热潮,那么卫星真的需要AI吗?
    实际上,早在现代计算机问世之前,科幻小说就已经大胆提出了在太空中使用 AI 的想法。许多太空任务的难度和危险性极高,确实需要 AI 的帮助。由于人工智能的技术方法和具体研究领域十分广泛,而卫星测控领域是任务导向、结果导向的工程领域,因此我们根据人工智能在卫星测控过程中的需求层面,划分为三个层次,分别为辅助分析层次、辅助决策层次、自主决策层次。以此对人工智能在卫星测控领域的应用有更提纲挈领的认识。
    辅助分析层次
    在辅助分析层次,人工智能主要定位在“人类智能增强”上,即通过其在数量、速度和多样性方面的计算处理优势,辅助人类进行信息分析处理与提取。
    卫星遥感影像是人类观测地球的主要途径,但随着无人机影像、实时视频流、气象信息、IOT数据等全新数据源的涌现,数据规模呈几何级增长。遥感卫星因运行轨迹固定,非常容易受到干扰。且受制于传输速率、与地面站联系时隙等因素,运动类信息的获取非常困难,就算获取了,时效性也很差,几乎不可用。
    在以往,数据的处理主要依赖技术分析人员进行人工识别,但人工识别最大的问题就是效率低下、错误率高、无法处理大量数据。在此前提下,美国国防部为从大量的图像信息里识别获取关键情报,最早引入人工智能解决该问题。人工智能进行图像识别主要借助机器学习算法,通过对大量图像分类经验的学习,完成对新图像的识别和分类,在训练准确性得到保证的前提下,往常航天工作人员在电脑前的煎熬,就可以由人工智能更好更快的代劳。
    如今,在遥感卫星测控过程中,卫星及地面设备的遥测、监控数据,实时精确记载了卫星和地面各设备的状态,对于其中连续变化的关键数值参数,通过回归预测,可以对设备状态、故障、寿命情况进行预警。人工智能技术可以在海量数据中精确找出故障数据,在数据质量好的情况下,甚至可以在实时数据流中提前看到故障发生的影子,从而更好的进行决策。这种深度学习算法一旦成熟,在处理图像能力速度上将远远超出人力的限度。
    辅助决策层次
    在辅助决策层次,人工智能基于“人类智能增强”的前提,与人紧密协作,在某些局部范围内提供决策方案,最终决策权仍由人类掌握。
    比较典型的应用例子,当属卫星资源的智能规划与调度。在卫星的测控应用过程中,会涉及到载荷资源的计划使用及卫星网系的规划调度问题。在智能化技术应用后,通过对历史规划调度的记录数据进行学习分析,结合一些多目标优化算法,共同形成动态学习调整的智能规划算法,在新的任务情境下进行不同目标(如资源使用率优先,用户满足个数优先等)方案的计划制定,参与卫星资源使用的决策活动。
    在过去,执行卫星管理任务时需要大量的人工操作,而现在,借助新算法,卫星可以自动进行航向校正,以避开太空垃圾和其他卫星,还可以自动进行监视和维护任务,自动与地勤人员通信,并自动对外部刺激和传感器数据做出响应。
    自主决策层次
    在自主决策层次,智能机器算法可自主完成观察、定向、决策、行动的OODA循环,独立解决问题。但在目前人工智能的发展趋势下,以无人作战集群为代表的人工智能应用在相当长的时间内仍摆脱不了自身的决策结果可靠度和决策领域受限制的问题。具体来说,智能卫星分为智能使命卫星、智能任务卫星。智能使命卫星,以完成使命任务为目标,在一定能力范围内,只需给定使命目标,无需人员介入,卫星自主规划任务层和行动层。智能任务卫星,则根据任务执行过程中的环境、目标和自身状态变化,可以自主规划任务序列和分配子任务,自适应调整系统配置和执行控制模型。
    目前航天领域最经典的案例,当属各类空间探测机器人的研制和使用,包括轨道机器人和行星机器人等。这些机器人都具备一定的自主决策的能力。
    当前的大部分人工智能技术还处于“弱人工智能”阶段,因此在现实应用中,仍以发展辅助分析和辅助决策层次的人工智能技术为主。随着未来算法、算力和云技术的进一步突破,在包括卫星测控领域在内的更多场景中,可以预见,未来的“强人工智能”终将走向自主决策的应用层次。以AI为主,人类为辅的太空技术,将是未来卫星发展研制的重要方向。
    当前,以5G、工业互联网为核心的新基建建设与投资正在进入新一轮提速期,中国商业航天迈入应用阶段。中国在“AI+卫星”领域进展迅速,特别在气象水文、国防地理领域均取得了不小的成绩和进展。预计未来5到10年,我国将发射通信、导航增强、遥感、空间试验等各类卫星达万颗量级。
    北京九天微星作为国内商业航天的头部企业,一直聚焦卫星研制和卫星应用,围绕广义卫星互联网开展端到端的关键技术研发,通过融合卫星通导遥技术的解决方案,实现天地一体的信息感知、数据传输和智能处理,服务交通、应急、农业、环保等领域的行业客户。不断推进国家新基建卫星互联网建设,构建新技术研发、产业创新和低成本批量制造能力,用AI技术赋能应用航天领域,助力中国太空数字新时代。
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