無人機協同控制
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-11
無人機協同控制的實例教程
偵察監視 無人機憑借空中優勢可以有效完成偵察任務，如派往敵方空域收集重要設施的位置信息，在科索沃戰爭中，美軍就利用偵察無人機精準轟炸了南聯盟70%的軍火庫和30%的指揮所［30］。同時無人機可用于搜索滲透至我方范圍內的敵人，在森林場景中，其特點是許多小的障礙（樹或灌木叢）和一個個獨立的目標單元（敵人），相應策略是增加單獨行動的無人機數量，并提供一定攻擊能力（如果包含火力打擊任務）；而視野開闊的平原，其特點是障礙物少、目標單元密集，相應策略則是出動分布廣而稀疏的無人機群，保證大范圍的偵查視野。
戰術格斗 在正面戰場上，無人機帶來的“戰斗零傷亡”是指揮官們一直追求的目標，通過操作員實現遠程作戰可有效完成各種高危險任務［31］。但在大規模對抗中，“一人一機”模式下操作員數量的增加會對控制中心和通信造成很大的負擔。“有人機+無人機”模式由此提出，操作員控制單個或部分無人機，無人機群依靠協同系統共同完成操作員下達的指令。無人機群轉變成作戰小組，組內成員合作完成任務，同時小組間也可分工合作實現某些戰術。美軍曾實驗5 架協同無人機與8 架配有預警機的F-22 對抗，最終戰損比為8∶0［32］，由此可見，無人機集群協同控制使得戰術能融入無人化作戰當中，對未來戰爭將產生很大影響。
2 協同控制方法
根據方法的不同協同控制算法主要分為三類，包括一致性控制算法、蜂擁控制算法和編隊控制算法。下面將具體介紹三種算法的一般定義與研究現狀。
2.1 一致性控制
2.1.1 一致性算法
為實現無人機集群分布式控制，許多學者已提出多種不同方法，其中基于圖論的一致性控制算法越來越受到關注。該算法將無人機抽象為圖中的節點，無人機之間的通信則用邊表示，其優點是可用圖表示任意隊形，理論較為成熟。
展開 在空戰格斗等對抗環境下, 無人機集群所面臨的是高動態的拒止環境. 與一般飛行環境相比, 對抗環境普遍存在敵方目標的信號干擾和火力威脅, 這使得無人機集群必須具備在有限探測能力下的快速精確的動作響應. 狼群群集行為體現出較強的應變能力和組織能力, 使得狼群系統即使在危險環境下也不會出現失控和崩潰, 面對比自身體型更大、力量更強的獵物能夠采取靈活的配合與決策將其制服, 面對食物或領地競爭等突發事件也能夠及時組織成員參與化解. 由此可見, 狼群群集行為與對抗環境下的無人機集群機動飛行緊密契合, 將狼群智能應用于無人機集群協同決策與控制過程, 對提升無人機集群對抗能力具有重要借鑒意義。
狼群智能與無人機集群協同決策在映射機理上存在一致性。首先, 兩者行為特征相似。狼群系統在狩獵等威脅環境下的群集行為是典型的動態演變過程, 面對威脅目標需要利用快速準確的決策手段選擇性地采取有利于自身的行動策略以實現對目標的牽制。對抗環境下的無人機集群則是在高動態的拒止環境下, 面對對抗目標需要進行分布式決策與控制
,
通過協同配合完成小組范圍內對目標的夾擊或追蹤。其次, 兩者在環境認知方面的需求相似。狼群需要借助團隊配合和互助進行大范圍狩獵環境的搜捕, 掌握圍捕環境和狩獵目標的典型特征。無人機集群在拒止環境下需要借助多機信息交互和融合實現對動態目標的識別跟蹤、對干擾信號的過濾. 再次, 兩者的協同機制相似. 狼群系統穩定性和決策的一致性依賴于其內部的社會等級結構, 由于成員之間具有明確的交互關系, 當領導者確定群體任務并得到群集成員的認同后, 狼群系統會迅速做出正確決策. 無人機集群則通過建立本機與相鄰友機的通信拓撲, 在集群成員之間達到決策的一致性協議, 結合準確的態勢感知信息, 做出有利于態勢發展的機動策略.
展開 磁探儀的協同工作可協同感知海域態勢，通過集成化的控制中心，實現協同偵查、協同探測和任務分配等，形成更大范圍的戰場態勢信息，從而取得勝利的絕對優勢。
4.2 多無人機協同探潛對探潛載體的要求
4.2.1 多無人機的協同航跡規劃與任務分配技術
磁探儀的協同工作離不開無人機載體的協同能力，在執行任務前或者執行任務過程中，綜合考慮探潛精度、效率等約束，以最優的方式協同執行任務要預先和實時規劃出無人機編隊的航跡和任務序列，航路的協同要充分考慮任務的優先級、飛行的編隊狀態、敵方的潛在威脅等，主要應用了多目標動態航跡規劃和任務分配技術、智能決策技術。
無人機編隊的機動性好，可自主飛行、自主任務規劃，以及可預先靜態規劃和動態規劃。針對固定海域實施精確探測，圍繞移動的艦船周圍環境實施動態探測，對于已經偵察的區域，無人機編隊可改變任務分配策略，一部分無人機實施進一步探測，另一部分無人機進行區域周圍警戒保證特定區域內不會有敵方潛艇滲透。
4.2.2 多無人機編隊隊形任意變換與分生技術
先進的多無人機編隊控制算法能更好的應對突發的海況。攜帶磁探儀傳感器的無人機編隊在發現敵方潛艇之前，按照預先規劃好的航跡飛行。當發現敵方潛艇后，需要將原來編隊分生出多個子編隊用于識別和跟蹤目標。由于編隊數量和隊形發生了變化，探測的寬度變窄，其他無人機編隊需要快速重新動態任務規劃出編隊可行的最優航跡，從而繼續執行其他未知區域的探測。
展開 磁探儀的協同工作可協同感知海域態勢，通過集成化的控制中心，實現協同偵查、協同探測和任務分配等，形成更大范圍的戰場態勢信息，從而取得勝利的絕對優勢。
4.2 多無人機協同探潛對探潛載體的要求
4.2.1 多無人機的協同航跡規劃與任務分配技術
磁探儀的協同工作離不開無人機載體的協同能力，在執行任務前或者執行任務過程中，綜合考慮探潛精度、效率等約束，以最優的方式協同執行任務要預先和實時規劃出無人機編隊的航跡和任務序列，航路的協同要充分考慮任務的優先級、飛行的編隊狀態、敵方的潛在威脅等，主要應用了多目標動態航跡規劃和任務分配技術、智能決策技術。
無人機編隊的機動性好，可自主飛行、自主任務規劃，以及可預先靜態規劃和動態規劃。針對固定海域實施精確探測，圍繞移動的艦船周圍環境實施動態探測，對于已經偵察的區域，無人機編隊可改變任務分配策略，一部分無人機實施進一步探測，另一部分無人機進行區域周圍警戒保證特定區域內不會有敵方潛艇滲透。
4.2.2 多無人機編隊隊形任意變換與分生技術
先進的多無人機編隊控制算法能更好的應對突發的海況。攜帶磁探儀傳感器的無人機編隊在發現敵方潛艇之前，按照預先規劃好的航跡飛行。當發現敵方潛艇后，需要將原來編隊分生出多個子編隊用于識別和跟蹤目標。由于編隊數量和隊形發生了變化，探測的寬度變窄，其他無人機編隊需要快速重新動態任務規劃出編隊可行的最優航跡，從而繼續執行其他未知區域的探測。
展開 當無人集群之間協同反水雷時,水雷的探測、分類、識別、滅雷可以根據無人作戰平臺功能區別,既可以由各USV、UUV單獨完成,也可以由有人掃雷艦艇、USV群、UUV群進行任務區分,指定有中心或無中心的協同模式完成。此外,根據需要,UUV可以與掃雷艦艇進行配合,引導掃雷艦艇進行排雷。瀕海水際灘頭破障主要指揮無人破障車及其集群,對灘頭阻絕墻、雷場進行掃殘破障。無人破障車之間組成集群協同模式,進行任務分配,按照自主方式進行作業,作戰概念如
圖2
所示。
圖2 無人作戰體系協同掃雷作戰概念圖
2.3
無人作戰體系協同火力支援
火力支援作戰活動貫穿兩棲作戰的全過程,分布部署的多平臺火力單元形成彈性可變的火力打擊網,相互協同形成高、中、低,遠、中、近的火力配系,按照火力的時空計劃,利用艦炮火力、艦載直升機火力、艦載UAV、USV火力相互協同對敵方海上、岸上目標進行打擊壓制,掩護海上艦艇或對陸攻擊兵力進行作戰,同時接收火力召喚與陸上目標指示,組織待機火力進行火力投送;在陸上作戰過程中,海上接收陸上的火力召喚及目標指示,協助陸上火力進行目標摧毀,作戰概念如
圖3
所示。
圖3 無人作戰體系協同火力打擊作戰概念圖
在海上由指揮艦艇指揮艦載直升機、打擊型UAV,組織有人、無人協同的空中打擊群或UAV無人打擊群,也可組織由火力支援艦艇與打擊型USV構建的有人、無人協同的水面打擊群或USV無人打擊群。利用無人機抵近目標附近區域進行探測、打擊,引導有人機在遠距離安全區域發射火力,進行遠程滲透打擊。無人機集群前出目標偵察,誘使敵方暴露其防御火力,有人機利用導彈及反輻射導彈對目標進行空中火力壓制。
展開 
無人機協同控制的相關專題、標簽、搜索
無人機協同控制的最新內容
(3）飛行控制趨于自主化
基于高性能綜合任務處理單元與高速互聯網絡，下一代直升機裝備具備與無人機和無人蜂群協同控制與作戰能力，實現戰場數據共享，飛行控制、態勢感知和智能決策相互協同。
推薦閱讀
本文發表于《指揮控制與仿真》
2022年第四期
摘要：分析了無人作戰平臺的能力特點,設想了無人作戰體系在海戰場中的協同應用場景,設計了無人作戰體系的指揮控制系統組成與指揮控制結構,對無人作戰體系指揮控制中的主要關鍵技術進行了分析,促進無人作戰平臺在海戰場中的協同作戰應用。
未來海上作戰是一種聯合、立體、分布、全方位機動的軍事行動
基于通信質量約束的協同控制方法，就是在當前的通信服務質量約束下，設定無人機集群協同控制方法。在這種控制方法下，集群無人機的飛行既滿足任務需求，又可以滿足構造通信網絡的性能需求，進行實時的數據傳輸，從而提高集群無人機協同完成任務的效能。
《日經亞洲評論》（Nikkei Asian Review）日前聯同總部位于東京的調查公司Fomalhaut Techno Solutions對DJI今年初推出的Mavic Air 2進行拆解分析，發現其8成零件屬于采購物料，而且價值只是售價的約2成。
成本控制大大優于日本企業
拆開DJI Mavic Air 2后，結果發現，估算的零部件價格成本為135美元。
趙 林1,張宇飛2,姚明旿2,郭彥濤1
(1.中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081；2.西安電子科技大學，陜西 西安 710071)
摘 要：無人機集群通過組建高動態、可擴展、智能化的無人機集群網絡，能夠提升無人機的適應能力，協同完成復雜任務。針對無人機集群協同技術，介紹在路徑規劃、態勢感知和任務協作等領域的應用研究，通過分析無人機集群網絡協同的發展歷程及傳統方案的不足
基于MATLAB/Simulink進行硬件在環控制算法開發和驗證，可通過MATLAB/Simulink軟件直接獲取高精度的姿態數據和圖像數據，并提供多無人機協同控制的OEMO程序。
率然/編譯
【知遠導讀】本文譯自俄羅斯軍事理論期刊《空天力量理論與實踐》（2021年9月總第19期）。文章探討了如何利用小型偵察無人機、攻擊無人機和中繼無人機編隊，協助轟炸機編隊完成突防任務。作者認為，北約等“假想敵”在發動地面進攻前，將依托多型地空導彈系統、防空戰斗機和偵察預警設備，在作戰地域預先建立縱深部署、梯次搭配的防空系統。傳統突防方法依賴于護航殲擊機，但難以應對敵方數量占優的防空戰斗機
[13] 史殿習，洪 臣，康 穎，等.面向多無人機協同飛行控制的云系統架構[J].計算機學報，2019(1)：15-19.
[14] 余章蓉，范鴻潤，朱景輝，等.無人機單鏡頭傾斜攝影測量及三維建模技術方法研究[J].軟件，2019，40(12)：51-55.
4 結語
本文對無人機協同控制技術的算法和應用進行了詳細介紹，分開討論近年來研究的主要方向和所用技術。展示無人機協同控制領域的最新研究成果，并分析各種方法的優缺點，探索無人機協同控制技術在各領域的應用。本文中可能仍會遺漏一些合作領域的相關研究，但希望所做工作可以幫助讀者對無人機協同控制領域形成直觀了解。
張忠源1，段靜波2，路 平1
(1.陸軍工程大學石家莊校區 無人機工程系，石家莊 050003；2.石家莊鐵道大學 工程力學系，石家莊 050003)
摘要：圍繞無人機靜氣動彈性、柔性無人機的氣動彈性分析、氣動彈性非線性和氣動彈性主動控制幾個方面對無人機氣動彈性研究現狀做了分析總結，闡述了氣動彈性學科分類和相應特點。
關鍵詞：氣動彈性；無人機；穩定性；主動控制
隨著飛行器設計的需要
