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以AI定義無人裝備——天樞OS技術架構與智能賦能解析

作者:北京卓翼智能科技有限公司 瀏覽: 發表時間:2026-05-18 10:39:48
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以AI定義無人裝備

DRONEYEE

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2026

卓翼智能天樞OS

立足低空經濟發展大勢,深耕國產無人系統自主可控領域,北京卓翼智能科技有限公司(以下簡稱“卓翼智能”)始終秉持“以AI定義無人裝備”的理念,以技術自主創新為路徑,全力推進國產操作系統的自主研發與產業化落地,緻力於打造“國產Lattice OS”。天樞OS作為卓翼智能自主研發的核心產品,精準踐行了企業打造國產操作系統、實現技術自主可控的初心與使命,其核心競爭力既源於科學嚴謹的軟硬件架構設計,也得益於與AI技術的深度融合。

本文將聚焦系統架構、仿真工具鏈,以及AI在開發與功能實現中的雙重價值,深入解析天樞OS的技術內核,展現國產自主技術的可靠實力。

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系統軟件架構:

分層解耦,單機到集群

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天樞OS采用分層解耦的軟件架構,以分布式通信和基礎服務為支撐,通過環境感知子系統實時感知外界態勢,經由規劃決策子系統進行智能任務調度與自主決策,並依托執行控製子系統精準驅動無人機飛行與載荷操作,形成高效的'感知-規劃-決策-控製'閉環。最終通過統一用戶層賦能指揮端、雲端及第三方系統的協同交互,實現從單機智能到集群智慧的跨越。

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系統硬件架構:

機載核心,分布式集群

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天樞OS系統硬件架構以機載處理單元為核心樞紐,向上通過標準化接口承接多樣化飛機平台,向下集成與驅動各類載荷單元。它不僅作為單機的 “智能大腦”,也可通過高速組網通信形成分布式智能集群,作為空中關鍵節點與地面站保持高效穩定的通信,構建無人集群智能系統基礎

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仿真工具鏈:

天璿平台支撐全周期研發

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天樞OS圍繞'需求規劃-環境構建-算法研發-仿真測試-評估優化-應用部署'構建全周期研發閉環。以天璿集群智能開發平台為核心,在虛擬環境中實現快速測試與迭代,高效打造穩定可靠的系統,顯著降低實體測試成本與風險。持續賦能集群系統實現自主協同、智能決策與能力湧現,全面提升作業效率、安全性與可靠性,保障天樞OS能快速迭代、持續進化,高效響應多樣化的應用需求。

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天璿集群智能開發平台是面向集群智能研發的一體化開發環境,基於模型驅動(MBD, Model-Based Development)和虛實同構的核心理念,深度整合了從多類型算法研發、高保真無人系統和環境仿真、系統性能效能評估分析到一鍵式實機部署的全流程閉環,旨在通過消除仿真環境與真實世界的技術鴻溝(Sim2Real),為教育科研與工程應用提供低門檻、高置信度、穩定高效且可快速迭代的集群智能研發解決方案,支撐集群智能的迭代演化與加速落地。
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天樞OS與AI融合:

雙重賦能提效提質

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天樞OS將AI技術貫穿於系統開發與功能實現全過程,形成“AI加速開發”“AI作為系統功能”的雙重賦能模式,全方位提升系統競爭力。

一、

加速開發,提升效率


在天樞OS的研發過程中,AI已全面融入開發工作流,大幅提升團隊交付效率與代碼質量。在未來的天樞OS 2,將進一步引入AI對整個系統代碼進行托管,實現更高層次的智能化工程管理。


AI代碼托管

未來天樞OS 2將進一步引入AI對系統全量代碼進行托管,徹底改變傳統代碼開發模式。開發者無需逐行編寫代碼,隻需用自然語言描述函數的實現邏輯、輸入輸出與邊界條件,AI即可自動生成結構清晰、符合規範的可運行代碼。整個系統的代碼庫由AI執筆完成,開發者的角色從代碼編寫者轉變為邏輯設計者,將精力聚焦於業務邏輯與系統架構的設計,而非具體的代碼實現細節。這一模式不僅大幅提升開發效率,更能保障代碼風格與規範的高度一緻性,為系統的長期可維護性奠定基礎。


自動化測試用例生成與閉環測試

AI代碼托管模式下,代碼由AI大量生成,隨之而來的是更高密度的潛在缺陷需要通過測試來發現與暴露。天樞OS將AI與仿真工具鏈深度結合,構建從用例生成到結果輸出的全自動測試閉環:AI根據代碼邏輯、接口定義與邊界條件自動生成覆蓋多場景的測試用例,並驅動軟件仿真(SIL)或半實物仿真(HIL)自動執行測試任務;在仿真過程中,系統持續暴露飛行邏輯異常、邊緣場景失效、接口兼容性問題等各類缺陷;測試完成後,AI自動彙總運行數據,生成結構化的測試結果與問題報告,清晰呈現通過率、異常分布與風險等級,為開發團隊提供明確的修複方向,實現生成代碼→自動測試→問題報告→閉環修複的高效研發節奏。


代碼注釋自動標注

在協作開發與持續迭代中,代碼注釋的缺失往往是新成員上手慢、接續開發困難的主要原因之一。天樞OS引入AI對代碼庫進行全面的語義理解,自動為函數、結構體、類等核心代碼單元補充規範注釋——包括功能說明、參數含義、返回值描述及使用注意事項,確保每一個模塊的設計意圖都有據可查。無論是團隊內的協作交接,還是後續開發者基於現有代碼進行功能擴展,都能快速理解代碼邏輯、降低理解成本,讓代碼庫真正成為可持續迭代的工程資產。


開發文檔自動編製

在實際工程中,開發文檔的滯後與缺失是普遍痛點——代碼寫完後往往因為時間緊張而推遲更新文檔,而一旦拖延,文檔與代碼之間的偏差就難以彌補;更現實的問題是,撰寫一份完整規範的開發文檔所花費的時間,往往遠超代碼本身的開發時間,嚴重占用開發人員的精力。天樞OS引入AI按照統一的文檔規範自動生成開發文檔,覆蓋模塊說明、接口定義、使用示例、變更記錄等關鍵內容,既快速又符合規範,開發人員無需再為文檔編寫分心,可將全部精力集中於核心功能的研發,從根本上解決代碼與文檔兩張皮的問題,全面提升團隊整體開發效率。


標準接口自動製定

協同開發中,接口定義存在歧義,是導緻聯調效率低下的常見原因——不同開發者對同一接口的理解稍有偏差,便會在並行開發完成後的聯調階段耗費大量時間反複溝通修正。天樞OS引入AI參與標準化接口的製定過程,AI根據模塊功能描述與調用關系自動生成結構清晰、語義明確的接口規範,雙方開發者以此為唯一依據對向開發,從源頭消除歧義。在接口實現完成後,AI還會自動對接口定義與實現進行一緻性校驗,提前發現參數類型不匹配、字段缺失、邊界未處理等問題,確保接口正確可靠,大幅壓縮聯調時間,讓協作開發更順暢高效。


智能Bug修複

在系統開發過程中,環境配置問題、依賴版本衝突、代碼編譯報錯等情況不可避免,這些問題看似簡單,卻往往耗費大量排查時間,嚴重拖慢開發節奏。天樞OS引入AI對開發全程的報錯信息進行實時分析——無論是編譯階段的語法錯誤與鏈接失敗,還是運行階段的環境變量缺失、依賴庫不兼容,AI均能快速定位根因,給出具體的修複步驟與配置建議,開發者無需反複搜索文檔或求助他人,即可快速完成問題修複。同時,AI還會對曆史報錯進行歸檔學習,對同類問題的處理能力持續增強,助力團隊以更快的速度完成系統開發與調試。


AI輔助算法開發(打破算法壁壘)

傳統算法開發要求開發者深入理解算法原理後才能進行適配實現,門檻較高。天樞OS引入AI輔助算法開發,通過製定封裝完善的算法接口規範,開發者隻需描述需求,AI即可生成符合規範的算法實現。由於全程遵循嚴格的開發規範,AI生成的算法代碼同時可作為標準算法接入的參考示例,有效降低生態開發門檻、加速算法創新迭代。


日誌智能分析

每一次飛行結束後,無論是仿真飛行還是實際飛行,開發人員最關心的問題都是:這架次飛得好不好?有沒有潛在的安全隱患?傳統方式下,人工翻閱海量日誌費時費力,且易遺漏關鍵異常信息。天樞OS引入AI對飛行日誌進行智能分析,自動解讀飛行姿態、控製指令響應、電機輸出、傳感器數據、鏈路質量、任務執行軌跡等多維度信息,客觀評估本次飛行的整體質量,識別軌跡偏差、響應遲滯、異常抖動等問題,並主動排查潛在安全隱患,給出明確的風險提示與參數調優建議。開發人員無需手動逐條分析,AI直接輸出結構化的飛行評估報告,讓每一次飛行都有跡可循、有據可查,持續為系統迭代優化提供數據支撐。


嵌入系統,強化功能



邊緣AI目標識別

在無人機集群作業中,感知延遲是製約系統實時響應能力的關鍵瓶頸。一旦圖像數據需要回傳地面端或雲端推理,通信時延與帶寬壓力將使目標識別結果嚴重滯後,在高動態場景下幾乎失去實用價值。天樞OS將目標檢測模型直接部署於飛機端進行邊緣推理,實現真正意義上的端側實時推理——從圖像采集到檢測結果輸出,全鏈路端側延遲控製在30ms以內,無需依賴地面算力支撐,即使在通信中斷或鏈路質量劣化的情況下,目標識別能力依然不受影響。為滿足嵌入式平台的資源約束,天樞OS對檢測模型進行系統性壓縮優化,在保證檢測精度的前提下,將模型計算量與內存占用壓縮至邊緣芯片可流暢運行的範圍。推理引擎針對目標硬件架構進行深度適配,充分發揮端側專有加速芯片的計算能力,實現高幀率下的穩定推理。識別結果實時掛載至系統感知總線,供任務決策與目標跟蹤等下遊模塊直接調用,真正實現感知即時、響應即時

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協同態勢感知

在集群協同作業場景中,多架無人機從不同視角、不同時序對場景內的目標進行識別與鎖定,極易出現'多機鎖定同一目標'的重複識別問題——若處理不當,將導緻資源的浪費。天樞OS在地面端構建跨無人機目標融合判斷機製:當集群中任意一架無人機鎖定目標後,將目標的外觀特征向量與目標的估計位置同步上報至地面端融合節點。地面端接收來自多機的目標上報後,對每一對目標進行雙重判斷:一是特征相似度比對,計算外觀描述子之間的餘弦相似度,判斷兩個目標在視覺語義上是否屬於同一類實體;二是位置一緻性校驗,判斷兩架飛機上報的目標估計坐標是否在合理的誤差範圍內重合。兩項判斷同時滿足閾值條件時,系統將兩條目標記錄合並為同一目標實例。通過這一機製,天樞OS在不依賴集中式感知硬件的前提下,實現了跨無人機的態勢共享與目標去重,為集群的協同分工、資源調度與效果評估提供統一可信的目標認知基礎。

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邊緣側端到端避障飛行

在動態複雜環境中實現自主安全飛行,是無人機系統工程化落地的核心難題之一。傳統基於規則或分層模塊的導航方案,因泛化能力有限、參數調優繁瑣,在面對動態障礙物、非結構化場景時往往捉襟見肘。深度強化學習為這一問題提供了新的解決路徑,但其工程化應用仍面臨三重挑戰:仿真與真實環境之間的遷移鴻溝、神經網絡'黑箱'決策帶來的安全隱患,以及單智能體串行訓練效率低下的瓶頸。天樞OS規劃構建一套基於深度強化學習的端側導航框架,以近端策略優化(PPO)算法為核心,系統性地應對上述挑戰。

在感知層,框架以RGB圖像、深度圖像及無人機自身狀態作為輸入,對動態與靜態障礙物分路處理:動態障礙物通過輕量級檢測與跟蹤模塊實時估計其位置與速度;靜態障礙物則通過實時構建與更新的三維占據體素地圖進行建模。將兩路障礙物特征與無人機自身狀態(目標方向、距離、相對速度)相融合,構成完整的決策狀態向量,輸入至 Critic-Actor 結構的策略網絡,由策略網絡生成導航動作,價值網絡並行評估狀態價值。

為實現從仿真到實境的零樣本遷移,框架設計了一組與具體環境無關的狀態與動作表示規範,使策略在仿真中習得的泛化能力可直接遷移至真實飛行,無需重新采樣或微調。訓練階段借助開發工具鏈平台構建大規模並行訓練環境,疊加課程學習策略,從簡單場景逐步過渡到高密度動態複雜場景,顯著加速策略收斂。

在安全性保障上,框架在策略網絡輸出端集成基於速度障礙理論(Velocity Obstacle)的安全防護層:系統實時計算每個運動障礙物在速度空間中對應的危險區域,將策略網絡輸出的原始速度向量向最近安全速度子空間進行在線投影,以最小幅度的修正將指令移出碰撞風險區,實現對策略輸出的實時兜底校驗。這一機製將深度學習的泛化能力與經典控製理論的可解釋安全保障有機結合,在保留強化學習靈活決策優勢的同時,為系統提供可靠的硬安全邊界,使端側自主避障在動態場景中兼具自主性、高效性與工程可靠性。

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技術賦能未來,創新引領發展。天樞OS以分層解耦的軟硬件架構為骨架,以天璿仿真工具鏈為支撐,以AI雙重賦能為靈魂,打破傳統無人系統技術壁壘,實現研發效能與場景能力的全面躍升。

面向未來,卓翼智能將始終堅持“以AI定義無人裝備”的理念,持續深化技術創新、加速天樞OS迭代升級,不斷開放平台接口、完善產業生態布局,以更強的自主可控技術能力賦能低空經濟高質量發展,為全球具身智能產業貢獻中國方案與中國智慧,攜手廣大合作夥伴共築智能協同新生態,共啟無人裝備智能化新時代。

以AI定義無人裝備——天樞OS技術架構與智能賦能解析
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卓翼智能創立於2015年,專注於智能無人系統的研發、生產及行業應用,核心團隊來自於北京航空航天大學。業務覆蓋無人智能裝備系統和飛思實驗室兩大板塊,核心產品包括單機無人裝備系統、集群無人系統,無人機仿真平台等,應用涵蓋國防、教育科研、應急消防、林草水利、電力、石油與天然氣等領域。

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