關(guān)于無人機(jī)集群偵察的思考(已改無錯(cuò)字)
2023-07-17 03:45:41 本頁面
【正文】 網(wǎng)(ad hoc)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)集群之間的集群通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 集群任務(wù)規(guī)劃技術(shù)為了實(shí)現(xiàn)在保證集群完成任務(wù)的質(zhì)量的同時(shí)，完成任務(wù)所消耗的資源最小，與此同時(shí)還需要保證控制結(jié)構(gòu)不依賴于集群內(nèi)無人機(jī)的數(shù)量，保證集群的自愈合優(yōu)點(diǎn)，以及構(gòu)建集群的自組織系統(tǒng)的分布式結(jié)構(gòu)，我們需要給出最優(yōu)的集群組成方案。針對這類問題，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]。集中式任務(wù)規(guī)劃對于數(shù)量少的無人機(jī)群可以很快的求解出最優(yōu)任務(wù)規(guī)劃方案，使資源分配達(dá)到最優(yōu)，但求解難度隨著無人機(jī)數(shù)量的增大而急劇攀升。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)。但是對于數(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)算簡單，魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)。在應(yīng)對突發(fā)情況，比如，無人機(jī)損毀，目標(biāo)變動(dòng)，任務(wù)更改等情況時(shí)，分布式任務(wù)規(guī)劃往往表現(xiàn)得比集中式較好。 集群航跡規(guī)劃技術(shù)集群里的單個(gè)無人機(jī)都有一條自己單獨(dú)的飛行航跡，規(guī)劃航跡的好壞之間影響集群的完全，以及任務(wù)完成質(zhì)量。在飛行途中遇到突發(fā)問題時(shí)還必須進(jìn)行航跡重新規(guī)劃，重新規(guī)劃算法必須實(shí)時(shí)而且高效。因此，航跡規(guī)劃技術(shù)必須具有以下特點(diǎn)a， 安全性，各個(gè)航跡之間不能用沖突；b， 可行性，航跡必須貼近實(shí)際飛行，安全可飛；c， 高效性，算法的好壞直接決定系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)的反應(yīng)時(shí)間；d， 最優(yōu)性，規(guī)劃出來的航跡必須要求是最優(yōu)路線。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]。飛行環(huán)境的建模技術(shù)決定規(guī)劃航跡的可行性，常用的一些方法包括路標(biāo)圖法，單元分解法等[34][35]。任務(wù)規(guī)劃時(shí)會(huì)考慮單個(gè)無人機(jī)飛往目標(biāo)任務(wù)的飛行代價(jià)，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。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?，F(xiàn)如今有兩種方案：一是航跡規(guī)劃在任務(wù)規(guī)劃之前，航跡規(guī)劃的結(jié)果是對單個(gè)無人機(jī)執(zhí)行該任務(wù)的資源消耗代價(jià)的估計(jì)，是作為任務(wù)規(guī)劃的計(jì)算考慮的重要參數(shù)，這是目前最常見方案。另一種思想是通過大量數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)，或者只做初略的航跡代價(jià)評估，基于航跡預(yù)測做出任務(wù)規(guī)劃后再對每個(gè)單個(gè)無人機(jī)單個(gè)目標(biāo)的進(jìn)行航跡規(guī)劃[36]。這個(gè)方案也可以成為人工智能解決規(guī)劃問題的發(fā)展方向。3 結(jié)束語本文首先對集群技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了介紹，然后敘述了集群技術(shù)應(yīng)用于無人機(jī)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀。在目前無人機(jī)集群技術(shù)的基礎(chǔ)上，本文對無人機(jī)集群技術(shù)里的集群偵察技術(shù)進(jìn)行了深入的思考。在對集群偵察的思考里，本文提出了集群偵察的系統(tǒng)架構(gòu)，分析了該系統(tǒng)的優(yōu)勢，指出了關(guān)鍵技術(shù)和相關(guān)問題，并提出了解決這些問題的相關(guān)辦法。將來的無人機(jī)將會(huì)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(shí)現(xiàn)多樣化，以后將會(huì)實(shí)現(xiàn)小型“察打擾一體化”無人機(jī)集群完全自主作戰(zhàn)。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。此外，面向復(fù)雜作戰(zhàn)任務(wù)，如何規(guī)劃多架無人機(jī)攜帶不同載荷配合作戰(zhàn)，這一系列問題都有待解決。參考文獻(xiàn)[1] 許友平,無人機(jī)對地偵察/攻擊航路規(guī)劃軟件系統(tǒng)的研制與研發(fā)［D］南京:南京航空航天大學(xué),2013[2] Paul Gerin Fahlstrom, Thomas James Gleason. Introduce to UAV Systems (Fourth Edition) [M]. Beijing:National Defense Industry Press, 2016.[3] Theraulaz G, Bonbeau E. A brief history of stigmergy [J]. Artificial Life, 1999, 5(2): 97116.[4] Bonbeau E, Dorigo M, Theraulaz G. Swarm intelligence from natural to artifical systems [M]. New York:Oxford University Press, 1999.[5] Edward T, Robert H K. Swarming unmanned aircraft systems[R], Operations Research Center of Excellence,ADA489366, .[6] 牛軼峰, 肖湘江, 柯冠巖. 無人機(jī)集群作戰(zhàn)概念及關(guān)鍵技術(shù)分析[J]. 國防科技, 2013, 34(5):3743.[7] Bordeaux J. SelfOrganized Air Tasking: Examining a NonHierarchical Model for Joint Air Operations[J]. 2004.[8] Clough B T. UAV Swarming? So What are Those Swarms, What are the Implications, and How Do We Handle Them?[C]// 2002:308.[9] 張洋. 透視美國國防部新版《無人機(jī)路線圖》
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