有關(guān)無人機(jī)集群偵察的思考-文庫吧
2025-06-10 03:02 本頁面
【正文】 arm（集群）。在這次會(huì)議上，他指出集群技術(shù)將會(huì)是以后用于解決無人化作戰(zhàn)的突破口，也是未來無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向。無人機(jī)集群技術(shù)借鑒自然界的自組織機(jī)制，使具備有限自主能力的多架無人機(jī)在沒有集中指揮控制的情況下，通過相互信息交互產(chǎn)生整體效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)較高程度的自主協(xié)作，從而能在盡量少的人員干預(yù)下完成預(yù)期的任務(wù)目標(biāo)[6]。集群技術(shù)能使集群內(nèi)的無人機(jī)避免相互沖突，并針對(duì)不同任務(wù)或請(qǐng)求，計(jì)算出最佳的無人機(jī)派遣方案。 無人機(jī)集群技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀2000美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）啟動(dòng)了無人機(jī)集群空中戰(zhàn)役研究計(jì)劃[7]，這是第一次將無人機(jī)和集群技術(shù)相結(jié)合。2002年，美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）的Bruce 等通過研究證明了無人機(jī)集群的優(yōu)越性[8]。2005年8月，美國國防部發(fā)布了《無人機(jī)系統(tǒng)路線圖20052030》[9]。如圖1所示，在規(guī)劃里明確的提出在2025年以前，無人機(jī)將逐步實(shí)現(xiàn)完全自主群體作戰(zhàn)。2013年，Kushleyev等人讓20架小型四旋翼無人機(jī)（75g）在室內(nèi)組成各種形狀的飛行編隊(duì)，在集群技術(shù)領(lǐng)域取得了突破[10]。圖1 無人機(jī)系統(tǒng)路線圖 The development map of UAV system基于集群技術(shù)的發(fā)展，2015年DARPA又提出一項(xiàng)名為“Gremlins（小精靈）”的計(jì)劃[11]。在此計(jì)劃中，他們開發(fā)可重復(fù)使用的無人機(jī)群，即采用C130飛機(jī)投放網(wǎng)絡(luò)無人機(jī)集群，使無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)，執(zhí)行遠(yuǎn)距離電子攻擊和偵察任務(wù)，并在任務(wù)完成后對(duì)幸存無人機(jī)進(jìn)行回收的技術(shù)。圖2 “小精靈”概念圖 Concept map of “Gremlins”2016年5月，美國空軍發(fā)布首份專門針對(duì)小型無人機(jī)系統(tǒng)（SUAS，其起飛重量小于600千克）的飛行規(guī)劃——《20162036年小型無人機(jī)系統(tǒng)飛行規(guī)劃》，希望在2036年實(shí)現(xiàn)無人機(jī)系統(tǒng)集群偵察作戰(zhàn)[12]。此次規(guī)劃中美軍提出了一些新穎的作戰(zhàn)概念，其中無人機(jī)集群為這次規(guī)劃的重心。在圖3中我們可以看見規(guī)劃中繪制的SUAS實(shí)施蜂群作戰(zhàn)想象圖。圖3 蜂群作戰(zhàn)想象圖 Swarms bat imagination map我國對(duì)于無人機(jī)的研究發(fā)展起步較晚，但是現(xiàn)在大有追上世界一流的趨勢(shì)。我國的許多學(xué)者對(duì)于無人機(jī)偵察方面做出過許多研究，在集群控制，組網(wǎng)通信，航及規(guī)劃，任務(wù)規(guī)劃等關(guān)鍵問題上都分別提出的自己的看法和解決方案。特別是如今智能優(yōu)化算法的發(fā)展，以及人工智能技術(shù)的進(jìn)步，使集群技術(shù)里的難題得到了很好的解決。在任務(wù)規(guī)劃方面，趙明，李濤等人對(duì)三維多無人機(jī)系統(tǒng)協(xié)同規(guī)劃進(jìn)行了詳細(xì)的表述[13]。韓玉龍，高武等人在基于蟻群算法的基礎(chǔ)上對(duì)多UAV協(xié)同偵察任務(wù)規(guī)劃問題進(jìn)行了求解，并取得了滿意的結(jié)果[14]。田菁，沈林成等人對(duì)于多基地多無人機(jī)協(xié)同偵察問題，提出了一種基于新的“自適應(yīng)”進(jìn)化多目標(biāo)優(yōu)化方法的多基地多 UAV 協(xié)同偵察任務(wù)規(guī)劃算法來求解[15]。航跡規(guī)劃求解現(xiàn)已經(jīng)被證明是一個(gè)NP問題[16]。目前，很多算法被用來解決航跡規(guī)劃問題，梯度法、樣條插值法、非線性規(guī)劃法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法、圖論法、A*搜索算法[17]、模擬退火算法、遺傳算法[18]、蟻群算法[19]、粒子群算法[20]、蜂群算法[21]等，上述方法在求解最優(yōu)航跡是都有良好的表現(xiàn)。除此之外，居陽等人運(yùn)用了HOCAOGLU算法，實(shí)現(xiàn)了不確定環(huán)境下無人機(jī)機(jī)群的路徑規(guī)劃[22]。為了更加貼合無人機(jī)的實(shí)際飛行路線，提高規(guī)劃方案可行性，根據(jù)PH曲線[23]的特殊性，劉永蘭等人運(yùn)用粒子群算法改進(jìn)了PH曲線，在二維地圖的仿真環(huán)境中提高了原始PH曲線的靈活性，滿足各種約束，保證無人機(jī)航跡安全可飛[24]。在集群控制方面，在對(duì)于無人機(jī)避免碰撞的問題上，楊祖強(qiáng)等人運(yùn)用四維（三維位置與時(shí)間）規(guī)劃技術(shù)廣義tau理論出色的完成多機(jī)協(xié)同任務(wù)飛行[25]。周紹磊等人通過設(shè)計(jì)編隊(duì)控制器，證明了切換拓?fù)湎聼o人機(jī)集群系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)指定軌跡的跟蹤并且實(shí)現(xiàn)時(shí)變編隊(duì)飛行[26]。 沈東等人設(shè)計(jì)了一種基于數(shù)字信息素的無人機(jī)集群搜索控制方法，實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)集群搜索控制，并且證明了無人機(jī)集群的搜索能力遠(yuǎn)高于無人機(jī)編隊(duì)[27]。在組網(wǎng)通信方面，葛楊帆研究了無人機(jī)集群的路由協(xié)議，提出了一種多任務(wù)ferry群主移動(dòng)模型，能很好地提高網(wǎng)絡(luò)效率[28]。陳思靜等人提出了一種可切換組網(wǎng)模式的高動(dòng)態(tài)自組織的無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，為無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供了全聯(lián)通的對(duì)等模式和成簇的分級(jí)模式兩種組網(wǎng)方式[29]。最近，在珠海航展上，中國電子科技集團(tuán)公司（CETC）披露了我國第一個(gè)固定翼無人機(jī)集群試驗(yàn)原型系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了67架規(guī)模的集群原理驗(yàn)證，打破之前由美國海軍保持的50架固定翼無人機(jī)集群的世界紀(jì)錄，預(yù)示著我國在這一領(lǐng)域已經(jīng)取得突破性進(jìn)展，進(jìn)入無人系統(tǒng)技術(shù)全球第一梯隊(duì)[30][31]。該成果由CETC、清華大學(xué)、泊松技術(shù)攜手完成。此次亮相雖然只是初級(jí)階段但已經(jīng)展現(xiàn)出了很多無人機(jī)集群的優(yōu)點(diǎn)。圖4 珠海航展現(xiàn)場資料圖片 Zhuhai air show site information picture圖5 現(xiàn)場仿真圖片 Live simulation picture2 無人機(jī)集群偵察技術(shù)思考無人機(jī)集群在現(xiàn)代戰(zhàn)場中有著明顯的優(yōu)勢(shì)。無人機(jī)集群技術(shù)可以分為：集群偵察，集群干擾，集群打擊，集群對(duì)抗等任務(wù)。集群偵察技術(shù)是集群技術(shù)的重要組成部分，它是其他所有技術(shù)的基礎(chǔ)和前提，偵察技術(shù)的好壞將直接影響作戰(zhàn)質(zhì)量以及戰(zhàn)場走勢(shì)。 集群偵察優(yōu)勢(shì)分析
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