有關(guān)無人機(jī)集群偵察的思考-免費(fèi)閱讀
【正文】 但是距離實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)仍有漫長的路需要走，比如小型無人機(jī)的航程航時(shí)往往較短，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮如何攜帶、投射和回收的問題；在群體智慧形成的過程中，信息交換是極為重要的一環(huán)，此小型無人機(jī)之間也需要設(shè)計(jì)合適的數(shù)據(jù)鏈路，保證信息的高效傳遞。在任務(wù)規(guī)劃和航跡規(guī)劃過程中，航跡規(guī)劃和任務(wù)規(guī)劃相互影響。但是對(duì)于數(shù)量大的無人機(jī)集群來說，分布式任務(wù)規(guī)劃具有計(jì)算簡(jiǎn)單，魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)。因此我們對(duì)于集群之間的通信系統(tǒng)應(yīng)該以下幾個(gè)要求：(1) 低時(shí)延，需要信息交互的無人機(jī)之間的通信時(shí)延必須要滿足飛行速度的要求，同樣，執(zhí)行任務(wù)的無人機(jī)和控制臺(tái)之間的通信時(shí)延也必須要滿足飛行速度的要求；(2) 魯棒性高，即通信拓?fù)涞穆?lián)通性和抗穩(wěn)定性高。 4)到達(dá)任務(wù)空域后針對(duì)不同任務(wù)進(jìn)行調(diào)整并協(xié)同完成偵察任務(wù)。集群技術(shù)可完成的偵察任務(wù)種類多，再加上成本低，犧牲代價(jià)小，可以對(duì)某些危險(xiǎn)區(qū)域偵察，那么集群偵察所能覆蓋的范圍也相比單個(gè)無人機(jī)更廣。無人機(jī)集群偵察很大程度上提高了偵察的覆蓋率和實(shí)時(shí)準(zhǔn)確性，對(duì)于情報(bào)信息收集有著非凡的意義。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]。航跡規(guī)劃求解現(xiàn)已經(jīng)被證明是一個(gè)NP問題[16]。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。 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。集群中的個(gè)體往往尺寸較小而且只具備一些簡(jiǎn)單的功能，對(duì)于單個(gè)個(gè)體來說，個(gè)體的能力很有限。無人機(jī)偵察任務(wù)要求無人機(jī)及其操作人員搜索地面上的大范圍區(qū)域，尋找某類目標(biāo)或某種活動(dòng),一般有三種類型的搜索方式：點(diǎn)搜索，區(qū)域搜索以及路徑搜索[2]。本文在介紹無人機(jī)集群技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了關(guān)于無人機(jī)集群技術(shù)應(yīng)用于偵察的思考。在現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中，信息是作戰(zhàn)雙方的生命資源，因而信息收集是一項(xiàng)危險(xiǎn)而又復(fù)雜的任務(wù)。本文在目前集群技術(shù)的發(fā)展前景下，介紹了無人機(jī)集群技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了關(guān)于無人機(jī)集群技術(shù)應(yīng)用于偵察領(lǐng)域的思考，設(shè)計(jì)了無人機(jī)集群偵察系統(tǒng)，指出了該系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)和關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行了分析。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。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]。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]。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)。再加上集群的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)自愈合的能力，那么某些飛行折損率高的危險(xiǎn)區(qū)域，一般個(gè)體無人機(jī)會(huì)放棄偵察任務(wù)，但無人機(jī)集群卻可以進(jìn)行偵察。 集群偵察流程設(shè)計(jì)無人機(jī)集群飛行不同于以往的機(jī)群飛行，經(jīng)過系統(tǒng)控制架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)的有機(jī)結(jié)合，集群可產(chǎn)生新的能力或原有能力發(fā)生質(zhì)的變化。系統(tǒng)控制技術(shù)應(yīng)該具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：(1) 安全性，由于無人機(jī)集群的數(shù)量比較多，要保證系統(tǒng)內(nèi)的所有單個(gè)個(gè)體間不能有沖突，因此無人機(jī)之間的規(guī)避控制技術(shù)很大的保障了無人機(jī)集群安全飛行；(2) 實(shí)時(shí)高效性，即控制應(yīng)該實(shí)時(shí)高效，控制系統(tǒng)以便能在意外發(fā)生或者任務(wù)有所改變時(shí)做出及時(shí)的處理；(3) 穩(wěn)定性高，也就是具備強(qiáng)的魯棒性，即無人機(jī)可以隨時(shí)退出或者加入集群，而不會(huì)影響控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)；(4) 結(jié)構(gòu)分布性，即由于在集中式控制的情況下，集群數(shù)量的增加將會(huì)極大的提升集中控制的難度，因此我們應(yīng)采用分布式設(shè)計(jì)，保證數(shù)量的增加給系統(tǒng)的控制不會(huì)產(chǎn)生大的影響。針對(duì)這類問題，可以看成是組合優(yōu)化類問題，現(xiàn)在有集中式任務(wù)規(guī)劃和分布式任務(wù)規(guī)劃兩個(gè)求解方向[32]。目前，航跡規(guī)劃技術(shù)主要有飛行環(huán)境建模和規(guī)劃路線求解兩部分組成[33]。在目前無人機(jī)集群技術(shù)的基礎(chǔ)上，本文對(duì)無人機(jī)集群技術(shù)里的集群偵察技術(shù)進(jìn)行了深入的思考。 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(jì)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(bào), 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 topolo
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