有關(guān)無人機(jī)集群偵察的思考(文件)
【正文】 時偵察。集群（Swarm）是指由實體（Entity）組成的擁有共同目標(biāo)的群組（Group），自組織（SelfOrganizing）是集群在獲取或者嘗試獲取該目標(biāo)時產(chǎn)生的協(xié)調(diào)行為[4]。無人機(jī)集群是從少量數(shù)目的無人機(jī)群逐漸進(jìn)化而來。集群技術(shù)能使集群內(nèi)的無人機(jī)避免相互沖突，并針對不同任務(wù)或請求，計算出最佳的無人機(jī)派遣方案。如圖1所示，在規(guī)劃里明確的提出在2025年以前，無人機(jī)將逐步實現(xiàn)完全自主群體作戰(zhàn)。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年實現(xiàn)無人機(jī)系統(tǒng)集群偵察作戰(zhàn)[12]。我國的許多學(xué)者對于無人機(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。田菁，沈林成等人對于多基地多無人機(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]。為了更加貼合無人機(jī)的實際飛行路線，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群主移動模型，能很好地提高網(wǎng)絡(luò)效率[28]。此次亮相雖然只是初級階段但已經(jīng)展現(xiàn)出了很多無人機(jī)集群的優(yōu)點。 集群偵察優(yōu)勢分析無人機(jī)集群偵察克服了單個無人機(jī)偵察區(qū)域小，不能偵察動態(tài)目標(biāo)的缺陷，可以很好的實現(xiàn)對大面積區(qū)域?qū)崟r偵察以及對動態(tài)目標(biāo)實時偵察。由于單個個體功能比較簡單，而且規(guī)格較小，所以單個無人機(jī)的造價相對低廉，而且配合上3D打印技術(shù)，損失的個體可以快速得到補(bǔ)充，部分個體犧牲并不會對集群造成大的影響。由于集群的探測器分布較分散而且集群整體的智慧行為，因此控制好集群的隊形變換，可以同時對點目標(biāo)，線目標(biāo)，面目標(biāo)進(jìn)行偵察，而且對于部分重點區(qū)域還可以進(jìn)行全面覆蓋實時偵察，對于動態(tài)目標(biāo)還可以進(jìn)行多機(jī)聯(lián)合跟蹤偵察。目前無人機(jī)的通信模式仍然以單機(jī)與地面站通信方式為主，信息傳輸仍是集中式的，分布式的去中心化的無人機(jī)集群利用自組網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)無人機(jī)之間的信息高速共享，同時提高集群的抗故障與自愈能力。 3)集結(jié)后的無人機(jī)集群根據(jù)航跡規(guī)劃出的路線飛往任務(wù)點。目前的研究大多是針對于兩機(jī)或三機(jī)等小規(guī)模的無人機(jī)編隊，對與數(shù)量比較大的集群控制研究以及沖突避免的研究都還比較少。在一定的通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及性能下，根據(jù)所執(zhí)行的任務(wù)分配通信資源，提高通信質(zhì)量，是集群技術(shù)難題之一。針對以上的通信網(wǎng)絡(luò)要求，我們可以做出設(shè)想，在5G萬物互聯(lián)的時代到來之際，我們可以借鑒移動蜂窩和D2D（devicetodevice）結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以及現(xiàn)階段的各種自組網(wǎng)(ad hoc)技術(shù)來實現(xiàn)集群之間的集群通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。分布式任務(wù)規(guī)劃對飛行器的性能和自主能力要求較高，對無人機(jī)整體通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和聯(lián)通性要求較嚴(yán)。在飛行途中遇到突發(fā)問題時還必須進(jìn)行航跡重新規(guī)劃，重新規(guī)劃算法必須實時而且高效。任務(wù)規(guī)劃時會考慮單個無人機(jī)飛往目標(biāo)任務(wù)的飛行代價，根據(jù)航跡規(guī)劃的結(jié)果來進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃，因此快速求解最優(yōu)的航跡，可以幫助快速求解最優(yōu)的任務(wù)規(guī)劃方案。這個方案也可以成為人工智能解決規(guī)劃問題的發(fā)展方向。將來的無人機(jī)將會向體積更小，飛行更迅捷，載荷越復(fù)雜，自主化更高的方向發(fā)展，無人機(jī)集群技術(shù)正處于快速發(fā)展階段，隨著戰(zhàn)場環(huán)境的日益惡化，無人機(jī)自主能力的不斷提高，以及小型無人機(jī)的載荷也將實現(xiàn)多樣化，以后將會實現(xiàn)小型“察打擾一體化”無人機(jī)集群完全自主作戰(zhàn)。 Control, 2013:712715.[19] 吳蕊, 趙敏, 李可現(xiàn). 基于改進(jìn)蟻群算法的無人機(jī)協(xié)同航跡規(guī)劃研究[J]. 電光與控制, 2011, 18(11):1216.[20] 陳小雙, 翟為剛, 趙萬里. 基于粒子群優(yōu)化算法的無人機(jī)航跡規(guī)劃[J]. 現(xiàn)代計算機(jī), 2011(20):811.[21] 于霜,丁力,吳洪濤. 基于改進(jìn)人工蜂群算法的無人機(jī)的航跡規(guī)劃[J]. 電光與控制,2017,(01):1923.[22] 居陽,不確定環(huán)境下的路徑規(guī)劃[D].西安:西安電子科技大學(xué),2014[23] 楚拉多斯. 無人機(jī)協(xié)同路徑規(guī)劃[M]. 國防工業(yè)出版社, 2013.[24] 劉永蘭, 李為民, 肖金科,等. 基于改進(jìn)PH曲線的無人機(jī)航跡規(guī)劃[J]. 科技導(dǎo)報, 2015(11):6974.[25] 楊祖強(qiáng),生物啟發(fā)的多機(jī)協(xié)同四維航跡規(guī)劃方法的研究[D].杭州:浙江大學(xué), 2016[26] ZHOU S L, QI Y H, ZHANG L,et al. Timevarying formation control of UAV swarm systems with switching topologies [J].Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2017, 38(4): 320452320452.[27] 沈東, 魏瑞軒, 茹常劍. 基于數(shù)字信息素的無人機(jī)集群搜索控制方法[J]. 系統(tǒng)工程與電子技術(shù), 2013, 35(3):591596.[28] 葛揚(yáng)帆. 應(yīng)用于無人機(jī)集群的路由協(xié)議研究[D].
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