針對無人機集群任務(wù)規(guī)劃復(fù)雜問題，Ramirez- Atencia C 提出了一種改進型多目標(biāo)遺傳算法來求解任務(wù)規(guī)劃問題。E.Edison等針對無人機集群系統(tǒng)對執(zhí)行多任務(wù)目標(biāo)易受時間先后順序約束的情況，采用圖論描述方法，結(jié)合時間、資源、路徑等多個條件，建立了“協(xié)同多任務(wù)分配問題”的組合優(yōu)化模型。該模型能較好的解決多無人機任務(wù)協(xié)同規(guī)劃問題，但建立模型后需要采用廣度或深度優(yōu)先搜索算法、Dijktra算法等確定性的圖搜索算法，或采用分支定界、動態(tài)規(guī)劃以及遺傳算法、粒子群算法、模擬退化算法等啟發(fā)式隨機搜索算法。采用上述算法雖然能找到問題最優(yōu)解，但是隨著問題規(guī)模的擴大，尋找最優(yōu)解的計算量增大。為降低大型問題的計算量，S.J.Rasmussen等提出基于樹搜索算法解決無人機集群的任務(wù)規(guī)劃問題。該算法既能快速找到問題最優(yōu)解，又能避免確定性搜索算法計算量大的缺點。

 

       1.1.4 無人機集群體系結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀

 

       無人機集群的動態(tài)性和復(fù)雜性特征決定了體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變。在無人機體系結(jié)構(gòu)研究上，大多采用的是層次遞進型體系結(jié)構(gòu)，采用遞階型體系結(jié)構(gòu)可降低集群系統(tǒng)復(fù)雜性，提高集群系統(tǒng)運行的效率。其代表性研究有：Caloud P等經(jīng)過研究將無人機集群體系結(jié)構(gòu)分為任務(wù)分解、分配、規(guī)劃和執(zhí)行控制四層，并建立“GOPHER”體系結(jié)構(gòu)模型。Parker L E基于行為建立ALLIANCE分布式體系結(jié)構(gòu)，該體系結(jié)構(gòu)是具有容錯和自適應(yīng)性的多機協(xié)調(diào)體系結(jié)構(gòu)。Längle T等為解決多機體系結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)問題，對多機容錯行為和誤差糾正的研究建立了KAMARA的分布式體系結(jié)構(gòu)模型。

 

       1.1.5 無人機集群通信網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀

 

       無人機集群通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有別于單機與地面站的通信拓?fù)�，是一種立體全方位通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)�。集群通信網(wǎng)絡(luò)感知系統(tǒng)不僅是無人機集群通信的基礎(chǔ)，還是無人機集群編隊重要信息的獲取通道。為解決無人機集群通信中的時延、數(shù)據(jù)丟失、信號衰落問題，Ghazal A等基于諧波疊加方法建立IMT-A信道模型。由于無人機集群系統(tǒng)的應(yīng)用場景通常在室外環(huán)境，為此，Petkovic M等基于室外環(huán)境中紅外波段光譜的信號傳輸，以及相關(guān)的光天線通信（OWC）技術(shù)，建立了無人機的自由空間光通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)在一定程度上能夠解決通信帶寬、數(shù)據(jù)擁堵、時延等問題，并基于光電信號轉(zhuǎn)換技術(shù)，在視距范圍內(nèi)能夠滿足系統(tǒng)要求，但易受大氣低溫、海拔和氣壓的影響。

 

       1.2 國內(nèi)無人機集群技術(shù)研究現(xiàn)狀

 

       國內(nèi)對無人機集群技術(shù)的研究起步較晚，但對無人機集群技術(shù)任務(wù)規(guī)劃研究比較深入。目前，國內(nèi)北京航空航天大學(xué)、國防科技大學(xué)、中國電子科技集團電子科學(xué)技術(shù)研究院等單位圍繞多無人機系統(tǒng)的協(xié)同感知與信息共享、路徑實時規(guī)劃、自主編隊與編隊重構(gòu)、智能協(xié)同決策等技術(shù)開展了相關(guān)研究。2017年6月，中國電子科技集團成功完成119架小型固定翼無人機集群飛行試驗。

 

       1.2.1 無人機集群任務(wù)規(guī)劃研究現(xiàn)狀

 

       無人機集群任務(wù)是指需要多機協(xié)同完成的任務(wù)。無人機集群任務(wù)規(guī)劃是指針對不同的任務(wù)無人機集群系統(tǒng)選取不同的任務(wù)策略，對任務(wù)實施分組、規(guī)劃完成，它具有復(fù)雜性、準(zhǔn)確性、以及實時性的特點。在進行無人機任務(wù)分配時既要保證任務(wù)優(yōu)先級、利益最大化、不同無人機執(zhí)行任務(wù)均衡性，又要盡量減少的任務(wù)執(zhí)行時間、縮短任務(wù)執(zhí)行路徑。

 

       Hu X.X等人為解決集群無人機任務(wù)分配計算難度，將多無人機任務(wù)分配問題分為目標(biāo)聚類、集群分配和目標(biāo)分配三個層次，并進行實驗，結(jié)果顯示同等情況下該方法效率更高。岳源等人根據(jù)多無人機系統(tǒng)協(xié)同的特點，結(jié)合路程、通信、雷達(dá)傳感器能力、無人機自主化水平，建立了無人機集群偵察優(yōu)勢函數(shù)，并根據(jù)該函數(shù)建立目標(biāo)任務(wù)分配模型，運用粒子群算法對多無人機偵察目標(biāo)進行研究。葉媛媛以多目標(biāo)為基礎(chǔ)，建立多目標(biāo)整數(shù)規(guī)劃模型，分析了多機系統(tǒng)任務(wù)規(guī)劃問題。龍濤在合同網(wǎng)協(xié)議基礎(chǔ)上提出一種有限中心的分布式控制系統(tǒng)，用于解決在線實時的任務(wù)分配問題。柳林在多機系統(tǒng)研究中，提出基于合同網(wǎng)的NeA-MRTA和CA-MRTA算法，能更好地解決動態(tài)分布式任務(wù)分配問題。王慶賀等人提出使用改進遺傳算法解決多無人機協(xié)同過程中目標(biāo)分配問題，采用特定的進化算子及染色體并利用環(huán)境信息，解決了路徑約束問題，建立了飛行代價模型。該改進算法改善了遺傳算子早熟問題，收斂速度更快。張浩森等人采用蟻群算法，建立目標(biāo)群簡化的數(shù)學(xué)模型，解決了在目標(biāo)區(qū)域被對方探測的時間和最小的路徑優(yōu)化問題。Yi Wei等提出了一種任務(wù)分配和調(diào)度的混合控制框架，并將動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)用于該框架，很好地解決了無人機集群的動態(tài)任務(wù)規(guī)劃問題。王國強等設(shè)計了一種基于VR-Forces的分布式無人機編隊協(xié)同的任務(wù)規(guī)劃仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)解決了多無人機編隊實驗成本和風(fēng)險高的問題。

       1.2.2 無人機集群路徑規(guī)劃研究現(xiàn)狀

 

       無人機集群路徑規(guī)劃不僅要保證全局路徑最優(yōu)，完成任務(wù)時間最短，還要保證無人機集群在完成任務(wù)中單機能夠避障、單機間能夠避碰。為此，高曉光、宋紹梅等人采用分層方式，將無人機集群的系統(tǒng)航路規(guī)劃問題分為協(xié)同管理層、路徑規(guī)劃層和軌跡控制層等層，能較好地解決航路規(guī)劃問題。沈延航等對于無人機集群搜索靜止的多目標(biāo)時，根據(jù)搜索理論，依據(jù)搜索域上回報率的狀態(tài)圖，并利用蒙特卡洛仿真，展開多無人機協(xié)同搜索的研究。經(jīng)研究得知，協(xié)同搜索比隨機搜索能更好利用無人機資源，提高無人機集群的效率。丁琳等基于Voronoi圖，引入?yún)f(xié)同變量及函數(shù)，生成與威脅相關(guān)聯(lián)的航路，并通過集結(jié)點得出狀態(tài)圖，使集群無人機都能到達(dá)任務(wù)目標(biāo)，共同完成任務(wù)。柳長安等通過對多無人機協(xié)同偵察路徑規(guī)劃的研究，提出采用無人機執(zhí)行任務(wù)的總時間來衡量路徑規(guī)劃的優(yōu)劣。該方法將執(zhí)行偵察任務(wù)的有效時間轉(zhuǎn)化為有效偵察飛行距離，以此評價路徑規(guī)劃的優(yōu)劣。嚴(yán)平等人為解決無人機在未知復(fù)雜環(huán)境下的多任務(wù)航路規(guī)劃問題，提出多任務(wù)航路規(guī)劃框架。該框架能夠?qū)崟r解決遭遇威脅航路規(guī)劃問題，以避免碰撞造成無人機損毀。趙敏等人為達(dá)到減少無人機集群完成任務(wù)總時間和盡量縮短各無人機的航程，最大限度發(fā)揮無人機集群效能的目的，提出了啟發(fā)式的任務(wù)和航路綜合規(guī)劃方法。該方法能夠提高無人機集群的效率并能降低集群無人機的動力消耗。周歡等人為解決集群無人機的規(guī)避問題，彌補大規(guī)模集群系統(tǒng)控制的缺點，提出了基于規(guī)則的無人機集群系統(tǒng)飛行與規(guī)避自主協(xié)同控制方法。

 

       1.2.3 無人機集群信息通信研究現(xiàn)狀

 

       無人機集群能否達(dá)到預(yù)定的作戰(zhàn)效能，關(guān)鍵在于信息的獲取與傳遞，無人機信息通信高效運作是取得戰(zhàn)場信息權(quán)的關(guān)鍵。楊江華以螞蟻覓食行為作為理論模型，對蟻群算法進行研究，提出了以信息素視圖的無人機協(xié)同方法，提高了無人機集群的魯棒性，降低了無人機集群通信問題對集群系統(tǒng)的干擾。曹菊紅等人開發(fā)了基于智能的多無人機系統(tǒng)控制智能指揮系統(tǒng)，并通過專用通信實時共享信息，提高了無人機自主決策攻擊能力。周紹磊等針對多無人機間通信拓?fù)淇赡馨l(fā)生變化的情況，基于一致性方法設(shè)計了編隊控制器，解決了通信拓?fù)涓淖兿碌臒o人機集群軌跡控制與時變編隊控制問題。Liu Liu等基于IMT-A信道模型非平穩(wěn)衰落特性，建立隨機寬帶動態(tài)信道仿真模型，但硬件難以實現(xiàn)。夏進等建立改進型的SOS信道模型，實現(xiàn)了平穩(wěn)和非平穩(wěn)衰落信道的模擬，保證了通信信號的連續(xù)性，切換步驟簡單，易于實現(xiàn)。