最近的國產(chǎn)軍事電影中，無人機可謂出盡風(fēng)頭：它在《空天獵》里悄悄偵察對方陣地，在《戰(zhàn)狼2》里掃射人群，在《紅海行動》里直接報銷了一輛坦克！
電影中的無人機雖然酷炫，但是每架無人機都需要配備一名遙控人員，控制上百架無人機協(xié)同作戰(zhàn)似乎是個難以完成的任務(wù)。
但是，在2017年6月，中國電子科技集團公司成功做到了119架固定翼無人機的集群協(xié)同飛行，成功演示了119架無人機的密集彈射、空中自主集結(jié)、多目的自動分組、自動編隊合圍等。這一實驗的重點，就是“集群智能”！
只需要一個人就可以操縱上百架無人機。
中國無人機集群協(xié)同飛行
什么是無人機集群？
無人機集群是由大量的無人機構(gòu)成，可以是由完全相同的無人機組成，也可以是由紅外偵察無人機、雷達(dá)探測無人機、圖像偵察無人機、戰(zhàn)斗機、轟炸機等不同無人機組成。它們彼此間通過無線網(wǎng)絡(luò)等方式進(jìn)行態(tài)勢共享與信息交互，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)，每個無人機都是一個智能體，具有獨立飛行、偵察等能力，而無人機群之間可通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交互，無人機群與有人機或地面也存在信息交互，最終實現(xiàn)無人機群體的管理、群體間任務(wù)的分配、群體航跡的規(guī)劃及單無人機航跡的規(guī)劃等。
多無人機集群協(xié)同搜索
為更好的理解無人機集群系統(tǒng)，我們舉一個軍事對抗的例子：敵方有一個火炮陣地對我方造成嚴(yán)重威脅，必須將其摧毀。有人機雖然操作簡單，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，無人機就要上場了！
為提高執(zhí)行任務(wù)的成功率，利用小型無人機低成本優(yōu)勢，可采取飽和式攻擊方案（雷達(dá)一次所能探測的數(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數(shù)量，使其超過敵方雷達(dá)所能探測上限或超過敵方一次所能攔截的上限，使部分無人機可滲透進(jìn)敵方陣地），一次派出10～100架無人機。此外，多架無人機協(xié)同執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，可以擴大探測、攻擊范圍，提高執(zhí)行效率，俗話說“一個好漢三個幫”，就是這個道理。
集群智能：向蜜蜂學(xué)習(xí)
動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，同時滿足自己的利益。
無人機集群技術(shù)正是源于自然、源于生活，最初的無人機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，每個蜂群由蜂王、工蜂、雄蜂組成，蜂王每個種群通常只有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。
無人機群的操作手可類比于蜂群中的蜂王，負(fù)責(zé)操控整個無人機群；無人機群中的偵察機則更像勤勤懇懇的工蜂，偵查無人機負(fù)責(zé)偵查、探測任務(wù)，執(zhí)行正常的作業(yè)任務(wù)，當(dāng)危險來臨時，又可以充當(dāng)戰(zhàn)斗機，與敵機進(jìn)行作戰(zhàn)；無人機集群中的轟炸機、戰(zhàn)斗機則更像負(fù)責(zé)集群安全的兵蜂，轟炸無人機負(fù)責(zé)對敵方進(jìn)行轟炸，戰(zhàn)斗機負(fù)責(zé)護(hù)衛(wèi)群體安全與敵人正面作戰(zhàn)。
為降低無人機操作手的操作難度，實現(xiàn)1個操作手可輕松操作成百甚至上千架無人機，需要模擬生物的集群行為對這個無人機群進(jìn)行管理。
要實現(xiàn)這個目地，首先需要設(shè)計集群管理控制器，通過設(shè)計控制算法，使這個群體能夠像蟻群、鳥群等自主去尋找火炮陣地，同時在飛行過程中，探測周圍的障礙物、雷達(dá)等威脅，并在機群內(nèi)共享這些信息，使機群能夠自主的規(guī)劃出最佳飛行路線，避開威脅物，以最短時間到達(dá)目的地。在到達(dá)目的地后，根據(jù)各個無人機的功能，通過集群管理，給各個無人機分配不同的任務(wù)：
偵察機組負(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)送給轟炸機組
轟炸機組根據(jù)火炮陣地坐標(biāo)，規(guī)劃出最佳攻擊路徑，對火炮陣地及周邊威脅物進(jìn)行轟炸摧毀。
戰(zhàn)斗機組負(fù)責(zé)周邊警戒、護(hù)航，防止敵機進(jìn)行騷擾攔截。
當(dāng)然除此之外還會有負(fù)責(zé)引誘、通信、干擾等用途的機組來共同完成此任務(wù)。
就如同一個球隊，有前鋒、中鋒、后衛(wèi)、門衛(wèi)，還有教練，他們共同組成了一個球隊，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、手勢來彼此配合，提高團隊的戰(zhàn)斗力，戰(zhàn)勝對手。
而其中的涉及的關(guān)鍵技術(shù)有很多，主要包括整個無人機集群的管理、無人機集群的任務(wù)分配、無人機集群的航跡規(guī)劃、無人機集群間的信息交互等等。
近幾年，無人機行業(yè)發(fā)展迅猛。
無人機集群技術(shù)在軍事對抗領(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、探測精度，為農(nóng)林防護(hù)、搜索救援等贏取寶貴時間，同時提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。
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