有關無人機集群偵察的思考-文庫吧資料
2025-07-01 03:02本頁面
【正文】 了無人機集群安全飛行；(2) 實時高效性，即控制應該實時高效，控制系統(tǒng)以便能在意外發(fā)生或者任務有所改變時做出及時的處理；(3) 穩(wěn)定性高，也就是具備強的魯棒性，即無人機可以隨時退出或者加入集群，而不會影響控制系統(tǒng)的整體結構；(4) 結構分布性，即由于在集中式控制的情況下，集群數量的增加將會極大的提升集中控制的難度，因此我們應采用分布式設計，保證數量的增加給系統(tǒng)的控制不會產生大的影響。目前的研究大多是針對于兩機或三機等小規(guī)模的無人機編隊，對與數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。 5)如果在任務中遇到個體損毀或者添加新的任務，對突發(fā)情況進行分析，重新進行任務分析，然后進行任務規(guī)劃和航跡規(guī)劃，繼續(xù)完成偵察任務；6)任務執(zhí)行完畢后，以一定的編隊形式依據飛行規(guī)則返回指定機場降落，任務結束。 3)集結后的無人機集群根據航跡規(guī)劃出的路線飛往任務點。 集群偵察流程設計無人機集群飛行不同于以往的機群飛行，經過系統(tǒng)控制架構和網絡通信結構的有機結合，集群可產生新的能力或原有能力發(fā)生質的變化。目前無人機的通信模式仍然以單機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集群利用自組網技術可以實現無人機之間的信息高速共享，同時提高集群的抗故障與自愈能力。當無人機的尺寸發(fā)展到可以單兵攜帶或者幾個單兵拆解組裝攜帶時，偵察任務將會變成全地形無死角偵察。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，線目標，面目標進行偵察，而且對于部分重點區(qū)域還可以進行全面覆蓋實時偵察，對于動態(tài)目標還可以進行多機聯合跟蹤偵察。再加上集群的動態(tài)網絡自愈合的能力，那么某些飛行折損率高的危險區(qū)域，一般個體無人機會放棄偵察任務，但無人機集群卻可以進行偵察。由于單個個體功能比較簡單，而且規(guī)格較小，所以單個無人機的造價相對低廉，而且配合上3D打印技術，損失的個體可以快速得到補充，部分個體犧牲并不會對集群造成大的影響。無人機集群具有分布式探測能力和集群智慧，再加上集群如果具有動態(tài)網絡自愈合能力，那么集群偵察技術相比普通偵察技術有如下的優(yōu)勢。 集群偵察優(yōu)勢分析無人機集群偵察克服了單個無人機偵察區(qū)域小，不能偵察動態(tài)目標的缺陷，可以很好的實現對大面積區(qū)域實時偵察以及對動態(tài)目標實時偵察。無人機集群技術可以分為：集群偵察，集群干擾，集群打擊，集群對抗等任務。此次亮相雖然只是初級階段但已經展現出了很多無人機集群的優(yōu)點。最近，在珠海航展上，中國電子科技集團公司（CETC）披露了我國第一個固定翼無人機集群試驗原型系統(tǒng)，實現了67架規(guī)模的集群原理驗證，打破之前由美國海軍保持的50架固定翼無人機集群的世界紀錄，預示著我國在這一領域已經取得突破性進展，進入無人系統(tǒng)技術全球第一梯隊[30][31]。在組網通信方面，葛楊帆研究了無人機集群的路由協議，提出了一種多任務ferry群主移動模型，能很好地提高網絡效率[28]。周紹磊等人通過設計編隊控制器，證明了切換拓撲下無人機集群系統(tǒng)能夠實現對指定軌跡的跟蹤并且實現時變編隊飛行[26]。為了更加貼合無人機的實際飛行路線，提高規(guī)劃方案可行性，根據PH曲線[23]的特殊性，劉永蘭等人運用粒子群算法改進了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，保證無人機航跡安全可飛[24]。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。田菁，沈林成等人對于多基地多無人機協同偵察問題，提出了一種基于新的“自適應”進化多目標優(yōu)化方法的多基地多 UAV 協同偵察任務規(guī)劃算法來求解[15]。在任務規(guī)劃方面，趙明，李濤等人對三維多無人機系統(tǒng)協同規(guī)劃進行了詳細的表述[13]。我國的許多學者對于無人機偵察方面做出過許多研究，在集群控制，組網通信，航及規(guī)劃，任務規(guī)劃等關鍵問題上都分別提出的自己的看法和解決方案。在圖3中我們可以看見規(guī)劃中繪制的SUAS實施蜂群作戰(zhàn)想象圖。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年小型無人機系統(tǒng)飛行規(guī)劃》，希望在2036年實現無人機系統(tǒng)集群偵察作戰(zhàn)[12]。圖1 無人機系統(tǒng)路線圖 The development map of UAV system基于集群技術的發(fā)展，2015年DARPA又提出一項名為“Gremlins（小精靈）”的計劃[11]。如圖1所示，在規(guī)劃里明確的提出在2025年以前，無人機將逐步實現完全自主群體作戰(zhàn)。2002年，美國空軍研究實驗室（AFRL）的Bruce 等通過研究證明了無人機集群的優(yōu)越性[8]。集群技術能使集群內的無人機避免相互沖突，并針對不同任務或請求，計算出最佳的無人機派遣方案。在這次會議上，他指出集群技術將會是以后用于解決無人化作戰(zhàn)的突破口，也是未來無人機技術的發(fā)展方向。無人機集群是從少量數目的無人機群逐漸進化而來。但當這些簡單的個體組成集群后，集群的能力往往會出現驚人的增長，可以解決很多單個個體無法解決的問題。集群（Swarm）是指由實體（Entity）組成的擁有共同目標的群組（Group），自組織（SelfO
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