無人機協同控制的案例
無人機協同控制研究綜述
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 從狼群智能到無人機群協同決策
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 新概念多無人機協同探潛技術發展趨勢分析
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 新概念多無人機協同探潛技術發展趨勢分析
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 
海戰場無人作戰體系協同運用與指揮控制設想
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 多無人艇協同作戰智能指揮控制系統研究
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展開 多無人艇集群協同控制研究進展與未來趨勢
Email：luliu@dlmu.edu.cn
＊通信作者: 劉陸
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展開 美軍五代機與無人機協同作戰戰法探索
導讀
五代機與先進無人機的協同作戰將是未來美軍重要的作戰方式之一。美軍不僅在開展五代機的網絡化、智能化升級研究與測試，還對五代機、隱身無人偵察機與轟炸機編隊協同縱深打擊，五代機與無人攻擊機/無人戰斗機協同作戰，五代機與無人機群協同作戰，以及五代機、“忠誠僚機”與可消耗型無人機群協同作戰等戰法進行了探索，以期構建并完善五代機與無人機/無人機群基于信息共享作為整體進行戰斗，以及由五代機指揮控制無人機，乃至無人機群進行作戰等多種作戰戰法。
五代機的網絡化、智能化最新升級
無人平臺已經成為信息化、智能化與無人化戰爭的重要武器裝備，盡管無人平臺具備一定的自主能力，但戰場實況瞬息萬變，無人平臺尚無法實現實時的最佳指揮與決策。在未來一段時間內將有人與無人平臺在一定范圍內混編協同，采用人腦指揮、機器出力的“人在回路”模式將成為重要作戰模式之一，而先進的第五代戰斗機與無人機的協同作戰戰法則是美軍近年來針對該型作戰模式的研究重點所在。
然而要實現五代機與無人機的協同作戰，五代機通信能力與網絡化、智能化水平的進一步提升顯得尤為重要。在此將美軍針對F-35的網絡化、智能化最新升級情況梳理如下。
展開 小型無人機編隊與轟炸機協同突防戰法研究
圖5 小型無人機與有人機協同毀傷敵防空系統組織實施步驟圖
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無人機集群協同技術發展與展望
基于多智能體的無人機群的每架無人機都會朝著收益最大的方向執行動作，從而實現集群的收益最大化。
5 結束語
無人機集群協同執行任務是未來無人機應用的重要方向，本文以無人機集群協作應用為對象，綜述了無人機協同在各領域中的應用，通過分析指出未來多智能體協作是無人機協同應用的發展方向。無人機協同應用已經得到了廣泛研究，未來通過與人工智能的深度結合，必將向著更加智能、自主的方向發展。
參考文獻
[1] PITRI R R,LI X R,DELBALZO R．UAV Route Planning for Joint Search and Track Missions—An Information-value Approach[J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,2012,48(3):2551-2565.
[2] 戴健,許菲,陳琪鋒.多無人機協同搜索區域劃分與路徑規劃[J].航空學報,2020 (S1):149-156.
[3] 李文廣,胡永江,龐強偉，等.基于改進遺傳算法的多無人機協同偵察航跡規劃[J].中國慣性技術學報,2020(2):248-255.
[4] 張宏偉,達新宇,胡航，等.認知無人機網絡中多機協作頻譜感知研究[J].空軍工程大學學報(自然科學版),2020(1):92-98.
[5] 陳俠,喬艷芝.多無人機協同打擊任務分配方法[J].電光與控制,2018 (6):20-24.
[6] 肖東,江駒,余朝軍，等.基于多目標遺傳算法的異構無人機協同察打[J].電光與控制，2018(7):24-28.
[7] 李明龍,楊文婧,易曉東，等.面向災難搜索救援場景的空地協同無人群體任務規劃研究[J].機械工程學報,2019(11):1-9.
展開 基于DoDAF的有人/無人機協同作戰體系結構建模
E-mail:tjnuaa@nuaa.edu.cn
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展開 
有人/無人機編隊指揮控制系統結構設計
空軍航空大學教學考評中心, 吉林 長春 130022)
摘 要: 針對有人/無人機(manned aerial vehicle/unmanned aerial vehicle, MAV/UAV)編隊指揮控制系統結構設計問題進行了研究。以未來空中作戰為背景,結合MAV/UAV編隊作戰流程和特征,基于人機合作機制，設計了MAV/UAV編隊協同三層遞階式指揮控制結構,分別為任務規劃層、協調控制層和功能實現層。在此基礎上,分析了系統結構中關鍵模塊如輔助決策模塊、人機交互系統、編隊控制管理系統和航跡規劃路徑跟蹤系統的內容。最后，設計了人機交互系統指揮界面,并針對典型控制任務進行了仿真驗證。
關鍵詞: 有人/無人機編隊; 指揮控制系統; 人機合作; 三層遞階式
0 引 言
近年來,無人機(unmanned aerial vehicle,UAV)憑借其結構簡單、成本低和無人員危險等優點,在局部戰爭中被廣泛應用,UAV編隊在執行軍事探測、防御和攻擊任務扮演著重要角色。但是隨著戰場環境日趨復雜,UAV智能水平并未真正達到自主決策,傳統UAV編隊將無法滿足獨立完成作戰任務需求,有人機(manned aerial vehicle, MAV)/UAV編隊執行任務將成為未來戰爭的一種必然趨勢。與傳統UAV編隊相比,MAV/UAV編隊既提高了MAV的生存能力,又延伸了UAV探測距離和攻擊距離,充分發揮了飛行員在整個回路中的智慧與綜合判斷能力,大大提高了編隊作戰效能。因此,MAV/UAV編隊技術成為各軍事強國的研究熱點。
展開 無人機氣動彈性與控制綜述
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，基于線性理論的三維非定常氣動力的計算成為迫切研究的重點，三維非定常氣動力的計算比二維計算難度要大得多，R Palacios等[7]運用三維歐拉方程建模，實現了空氣動力學和結構力學的詳細的三維表示；Z Sotoudeh[8]對高空長航時柔性無人機進行氣動彈性分析，開發了一套專門應用于此類無人機的計算程序，可以在較短時間內得到氣動彈性分析結果，為柔性無人機設計提供了便捷。D Tang[9]將柔性機翼的氣動彈性分析與風洞試驗相結合，介紹了一種彈性載荷作用下柔性大展弦比翼型氣動彈性模型的理論氣動彈性模型。
近年來無人機由于其有體積小、造價低、使用方便、對作戰環境要求低、戰場生存能力較強等優點，發展迅速(見圖1)。因此更高性能的無人機開始出現，遇到的氣動彈性問題也越來越突出，在進行無人機外形與結構設計時，解決或減少氣動彈性帶來的負面影響，成為了航空工程師們越來越迫切解決的難題。尤其非線性問題，包括無人機結構非線性和空氣動力非線性等，加大了無人機設計時氣動彈性方面的難度。氣動彈性力學需要考慮空氣動力的同時還需考慮材料結構的特性，因此氣動彈性力學是一門具有很高難度和復雜度的交叉科學。
展開 無人機地面控制站的現狀及發展綜述
這種無人機控制站包括了微型的計算機、遙感控制器、數碼傳輸器等，在手掌上就可以完成控制操作，內部軟件也能具有強大的應用功能，能夠有效完成集成化的應用體現，在單兵作戰中已經展現出良好的適應價值[3]。
1.2 對國內外研究現狀簡要分析
無人機地面控制站對無人機進一步應用與發展將會產生積極作用，它的有效運用能為無人機操控人員減輕操控負擔，同時針對各項任務也會更高效的完成，在無人機的進一步開發中展現出非常重要的核心價值，因此國內外研究人員都加大了研究力度，提出了不同的無人機控制站形式。
美國研究人員提出了MQ-1無人機控制站模式，此模式可提供足夠的空間，內置飛行操作、任務設備操作及合成孔徑雷達操作席位[4]。內部的雷達裝置、控制臺、視距通信分析裝置都由波音公司提供，根據基本地圖情況能夠提出有效的任務規劃，并能實現科學的圖像處理，對于各種點位位置進行全面顯示。通過圖形展示就能完成相關程序操作，使無人機控制能力得到進一步的提升，并將所有信息傳輸到控制站中，進一步完成不同任務[5]。近年來，美澳提出了“忠誠僚機”概念，即作為F-35等有人機的僚機來協同執行任務，其基本構成就是在有人機內加入機載型控制站，利用人工智能技術快捷的發號施令，使無人僚機自主完成飛行，并分享情報信息發送至有人機進行后續處理[6]。
我國無人機地面控制站也取得了良好的成效，設計了多種無人機控制站系統。由北航提出的fly無人機飛行控制系統地面控制臺，能夠完成任意數據的回傳與監視，并將回傳的信息進行完整的存儲匯總，內部集成配備了谷歌地圖等數據應用軟件，通過這些全新的數據軟件對導向模式進行了優化，通過鼠標就可以完成航線處理，這樣將會滿足不同種情景模式，還會更快速的完成各種飛行任務。
展開 俄媒披露俄6代機性能：激光防護可控制數十架無人機
導讀：俄羅斯塔斯社8月12日發布文章稱，俄羅斯正在開展第六代戰斗機的研發工作，在五代機蘇-57列裝部隊服役之前，俄羅斯軍工單位就已經開始進行新一代戰斗機外觀、性能和能力的概念設計。2016年3月，時任俄羅斯副總理的羅戈津就曾宣布，俄羅斯已經開始研發第六代戰斗機，蘇霍伊設計局已經開始了相關工作。當時擔任俄羅斯空天軍總司令的邦達列夫則表示，除了研發第六代有人駕駛戰斗機外，無人戰斗機的研發工作也在同步進行，并稱蘇-57具備巨大的現代化升級潛力，因此可以“升級”到第六代水平。
武器裝備
俄羅斯塔斯社航空工業消息人士表示，第六代戰斗機的部分機載系統已經在蘇-57戰斗機上進行了測試，包括控制和導航系統，武器系統。
俄羅斯無線電電子技術公司第一副總經理弗拉基米爾·米赫耶夫稱，現在已經研制出了第六代戰斗機所用無線電光子雷達的試驗模型，它可以傳輸、接收和處理信號，目前該公司正在研發完全合格的無線電光學光子天線陣模型，以便確定量產型的性能特點。
此外，他還指出，第六代戰斗機的激光防護設備可以摧毀敵方導彈的主動制導頭。1-2架有人駕駛六代機可以控制20-30架無人機，這些無人機則可攜帶任何武器。例如，一架無人機攜帶微波武器，包括電子制導彈藥，另外一架則配備無線電電子干擾和打擊設備，第三架則配備常規打擊設備，每項具體的任務都可以由不同的武器解決。
至于新戰機的外觀和空氣動力學布局，可能與蘇聯時期的米格-1.44類似，采用三角翼“鴨”式布局，但卻是全新的設計。
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