最近的國產(chǎn)軍事電影中，無人機(jī)可謂出盡風(fēng)頭：它在《空天獵》里悄悄偵察對(duì)方陣地，在《戰(zhàn)狼2》里掃射人群，在《紅海行動(dòng)》里直接報(bào)銷了一輛坦克！
電影中的無人機(jī)雖然酷炫，但是每架無人機(jī)都需要配備一名遙控人員，控制上百架無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)似乎是個(gè)難以完成的任務(wù)。
但是，在2017年6月，中國電子科技集團(tuán)公司成功做到了119架固定翼無人機(jī)的集群協(xié)同飛行，成功演示了119架無人機(jī)的密集彈射、空中自主集結(jié)、多目的自動(dòng)分組、自動(dòng)編隊(duì)合圍等。這一實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)，就是“集群智能”！
只需要一個(gè)人就可以操縱上百架無人機(jī)。
中國無人機(jī)集群協(xié)同飛行
什么是無人機(jī)集群？
無人機(jī)集群是由大量的無人機(jī)構(gòu)成，可以是由完全相同的無人機(jī)組成，也可以是由紅外偵察無人機(jī)、雷達(dá)探測(cè)無人機(jī)、圖像偵察無人機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)、轟炸機(jī)等不同無人機(jī)組成。它們彼此間通過無線網(wǎng)絡(luò)等方式進(jìn)行態(tài)勢(shì)共享與信息交互，相互協(xié)調(diào)合作完成任務(wù)分配、航跡規(guī)劃等。
在系統(tǒng)內(nèi)，每個(gè)無人機(jī)都是一個(gè)智能體，具有獨(dú)立飛行、偵察等能力，而無人機(jī)群之間可通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交互，無人機(jī)群與有人機(jī)或地面也存在信息交互，最終實(shí)現(xiàn)無人機(jī)群體的管理、群體間任務(wù)的分配、群體航跡的規(guī)劃及單無人機(jī)航跡的規(guī)劃等。
多無人機(jī)集群協(xié)同搜索
為更好的理解無人機(jī)集群系統(tǒng)，我們舉一個(gè)軍事對(duì)抗的例子：敵方有一個(gè)火炮陣地對(duì)我方造成嚴(yán)重威脅，必須將其摧毀。有人機(jī)雖然操作簡單，易于管理，可執(zhí)行此任務(wù)，但體積較大，容易被雷達(dá)等設(shè)備發(fā)現(xiàn)而被擊毀，另一方面有人機(jī)成本較高（此處成本暫不包括飛行員傷亡所帶來的損失）。這時(shí)，無人機(jī)就要上場(chǎng)了！
為提高執(zhí)行任務(wù)的成功率，利用小型無人機(jī)低成本優(yōu)勢(shì)，可采取飽和式攻擊方案（雷達(dá)一次所能探測(cè)的數(shù)量有限，敵方一次所能攔截的數(shù)量也有限，飽和式攻擊是指通過增加無人機(jī)數(shù)量，使其超過敵方雷達(dá)所能探測(cè)上限或超過敵方一次所能攔截的上限，使部分無人機(jī)可滲透進(jìn)敵方陣地），一次派出10～100架無人機(jī)。此外，多架無人機(jī)協(xié)同執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，可以擴(kuò)大探測(cè)、攻擊范圍，提高執(zhí)行效率，俗話說“一個(gè)好漢三個(gè)幫”，就是這個(gè)道理。
集群智能：向蜜蜂學(xué)習(xí)
動(dòng)物界集群行為是指以群體的形式出現(xiàn)，目的是通過相互合作提高群體的利益，同時(shí)滿足自己的利益。
無人機(jī)集群技術(shù)正是源于自然、源于生活，最初的無人機(jī)集群概念起源于古老的昆蟲蜜蜂。
早在1億2千萬年前，蜜蜂就以集群的方式在地球上生活，每個(gè)蜂群由蜂王、工蜂、雄蜂組成，蜂王每個(gè)種群通常只有1只，工蜂數(shù)千至數(shù)萬不等，雄蜂略少。工蜂則負(fù)責(zé)日常采蜜、筑巢、保衛(wèi)、飼養(yǎng)幼蟲等工作。
無人機(jī)群的操作手可類比于蜂群中的蜂王，負(fù)責(zé)操控整個(gè)無人機(jī)群；無人機(jī)群中的偵察機(jī)則更像勤勤懇懇的工蜂，偵查無人機(jī)負(fù)責(zé)偵查、探測(cè)任務(wù)，執(zhí)行正常的作業(yè)任務(wù)，當(dāng)危險(xiǎn)來臨時(shí)，又可以充當(dāng)戰(zhàn)斗機(jī)，與敵機(jī)進(jìn)行作戰(zhàn)；無人機(jī)集群中的轟炸機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)則更像負(fù)責(zé)集群安全的兵蜂，轟炸無人機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)敵方進(jìn)行轟炸，戰(zhàn)斗機(jī)負(fù)責(zé)護(hù)衛(wèi)群體安全與敵人正面作戰(zhàn)。
為降低無人機(jī)操作手的操作難度，實(shí)現(xiàn)1個(gè)操作手可輕松操作成百甚至上千架無人機(jī)，需要模擬生物的集群行為對(duì)這個(gè)無人機(jī)群進(jìn)行管理。
要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目地，首先需要設(shè)計(jì)集群管理控制器，通過設(shè)計(jì)控制算法，使這個(gè)群體能夠像蟻群、鳥群等自主去尋找火炮陣地，同時(shí)在飛行過程中，探測(cè)周圍的障礙物、雷達(dá)等威脅，并在機(jī)群內(nèi)共享這些信息，使機(jī)群能夠自主的規(guī)劃出最佳飛行路線，避開威脅物，以最短時(shí)間到達(dá)目的地。在到達(dá)目的地后，根據(jù)各個(gè)無人機(jī)的功能，通過集群管理，給各個(gè)無人機(jī)分配不同的任務(wù)：
偵察機(jī)組負(fù)責(zé)偵察周邊環(huán)境、火炮陣地具體坐標(biāo)等，然后將火炮陣地坐標(biāo)及周邊環(huán)境信息發(fā)送給轟炸機(jī)組
轟炸機(jī)組根據(jù)火炮陣地坐標(biāo)，規(guī)劃出最佳攻擊路徑，對(duì)火炮陣地及周邊威脅物進(jìn)行轟炸摧毀。
戰(zhàn)斗機(jī)組負(fù)責(zé)周邊警戒、護(hù)航，防止敵機(jī)進(jìn)行騷擾攔截。
當(dāng)然除此之外還會(huì)有負(fù)責(zé)引誘、通信、干擾等用途的機(jī)組來共同完成此任務(wù)。
就如同一個(gè)球隊(duì)，有前鋒、中鋒、后衛(wèi)、門衛(wèi)，還有教練，他們共同組成了一個(gè)球隊(duì)，有負(fù)責(zé)排兵布陣出謀劃策的，有負(fù)責(zé)進(jìn)攻的，也有負(fù)責(zé)守衛(wèi)保護(hù)的，他們之間通過語言、手勢(shì)來彼此配合，提高團(tuán)隊(duì)的戰(zhàn)斗力，戰(zhàn)勝對(duì)手。
而其中的涉及的關(guān)鍵技術(shù)有很多，主要包括整個(gè)無人機(jī)集群的管理、無人機(jī)集群的任務(wù)分配、無人機(jī)集群的航跡規(guī)劃、無人機(jī)集群間的信息交互等等。
近幾年，無人機(jī)行業(yè)發(fā)展迅猛。
無人機(jī)集群技術(shù)在軍事對(duì)抗領(lǐng)域已得到廣泛關(guān)注，其低成本、大規(guī)模、高智能的特性，使其在民事領(lǐng)域也具有較好的發(fā)展前景，大規(guī)模協(xié)同工作方式將大大提高搜索效率、探測(cè)精度，為農(nóng)林防護(hù)、搜索救援等贏取寶貴時(shí)間，同時(shí)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。
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