時(shí)間：2020-10-11 16:59來(lái)源：蜂巢航宇科技 作者：中國(guó)通航
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集藝術(shù)、科學(xué)和技術(shù)為一體，無(wú)人機(jī)集群表演通過(guò)全新的形式讓觀眾目眩神迷。近兩年來(lái)，無(wú)人機(jī)集群表演在許多地方替代煙花表演成為一項(xiàng)新興的娛樂(lè)活動(dòng)。但事實(shí)上，相對(duì)于智能集群來(lái)說(shuō)，用于表演的無(wú)人機(jī)集群距離真正的”智能”還相差較遠(yuǎn)，就類(lèi)似于傳統(tǒng)武術(shù)的套路表演，只是按照招式走一下流程，飛機(jī)和飛機(jī)之間無(wú)互動(dòng)和聯(lián)系，與智能集群相距甚遠(yuǎn)。
 什么是無(wú)人機(jī)智能集群？
簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是無(wú)人機(jī)群要在人工智能的控制下，可以自主完成很多任務(wù)。
 “集群智能”技術(shù)的靈感源自于蟻群、蜂群等自然界中的集群生物，這類(lèi)型的生物都有同樣的特點(diǎn)，那就是單體都智能水平有限、個(gè)體能力較低，但這些生物通過(guò)相互之間的協(xié)同配合卻都有著非常強(qiáng)大的群體協(xié)作能力，能夠完成諸如蜂巢、蟻穴等即使是對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)，也都非常精巧復(fù)雜的“工程”。通過(guò)對(duì)昆蟲(chóng)間智能集群行為的探索逐漸涌現(xiàn)了諸多智能集群算法，如蟻群算法（Ant Colony System,ACS）和粒子群優(yōu)化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)。智能無(wú)人機(jī)集群就是基于生物集群行為，以單個(gè)無(wú)人機(jī)間通過(guò)彼此的感知交互、信息傳遞、協(xié)同工作在險(xiǎn)惡的環(huán)境下可以低成本完成多樣性的復(fù)雜任務(wù)。
無(wú)人機(jī)集群技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
民用領(lǐng)域的無(wú)人機(jī)集群表演和真正的無(wú)人機(jī)集群作戰(zhàn)其實(shí)是有著本質(zhì)區(qū)別的。民用領(lǐng)域通常使用旋翼式無(wú)人機(jī)，這類(lèi)旋翼式無(wú)人機(jī)飛行速度慢、可操作性強(qiáng)，還可以懸停在空中完成各種各樣的動(dòng)作表演。相比于旋翼無(wú)人機(jī)，固定翼無(wú)人機(jī)具有飛行速度快、載重大、打擊能力強(qiáng)、航程長(zhǎng)等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。
通過(guò)單體之間的緊密協(xié)作，智能無(wú)人機(jī)集群作戰(zhàn)性能優(yōu)越性體現(xiàn)，世界各國(guó)均致力開(kāi)展智能無(wú)人機(jī)集群的研究，已成為無(wú)人機(jī)領(lǐng)域一個(gè)重要發(fā)展方向。
美國(guó)通過(guò)國(guó)防高級(jí)研究局 （Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA）和海軍研究實(shí)驗(yàn)室（United States Naval Research Laborator,NRL）等機(jī)構(gòu)全力探究無(wú)人機(jī)集群最新技術(shù)，應(yīng)用于軍事發(fā)展，以保證其全球軍事技術(shù)領(lǐng)先。目前典型的無(wú)人機(jī)集群技術(shù)有：小精靈（Gremlins）項(xiàng)目、拒止環(huán)境中協(xié)同作戰(zhàn)項(xiàng)目（CODE）、“山鶉”（Perdix）微型無(wú)人機(jī)項(xiàng)目、低成本無(wú)人機(jī)集群技術(shù)項(xiàng)目(LOCUST)等。
 在我國(guó)，無(wú)人機(jī)技術(shù)起步較晚，但發(fā)展迅速，以智能集群技術(shù)尤為突出。中國(guó)電子科技科集團(tuán)公司 （CETC）曾在分別在2016年和2017年完成了67架和119架固定翼無(wú)人機(jī)集群飛行試驗(yàn)，刷新了無(wú)人機(jī)集群飛行數(shù)量的新紀(jì)錄，試驗(yàn)成功的演示了編隊(duì)起飛、自主集 群飛行、分布式廣域監(jiān)視、感知與規(guī)避等智能無(wú)人機(jī)集群技術(shù)。同時(shí)國(guó)內(nèi)一些公司也成功開(kāi)發(fā)出無(wú)人機(jī)集群智能開(kāi)發(fā)平臺(tái)，供高校老師和研究所人員在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上開(kāi)發(fā)出新的算法，有效實(shí)現(xiàn)集群基于分布式計(jì)算下，完成更為復(fù)雜的動(dòng)作和協(xié)同。而且系統(tǒng)開(kāi)放性強(qiáng)，用戶(hù)不需要掌握太多的底層編程技術(shù)即可完成算法的修改和驗(yàn)證，可快速實(shí)現(xiàn)多種無(wú)人機(jī)單機(jī)飛行任務(wù)、如自主懸停、軌跡規(guī)劃等。也可快速實(shí)現(xiàn)多無(wú)人機(jī)集群控制算法，包括多機(jī)飛圓形、多機(jī)飛八字，多機(jī)區(qū)域覆蓋等，為無(wú)人機(jī)控制及多機(jī)集群控制等教學(xué)演示及二次開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)提供核心設(shè)備支撐。
對(duì)于技術(shù)先進(jìn)的公司，所開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)是基于 MATLAB/Simulink 開(kāi)發(fā)，不需要修改底層代碼即可快速對(duì)科研團(tuán)隊(duì)的控制或編隊(duì)算法進(jìn)行驗(yàn)證。讓學(xué)校實(shí)驗(yàn)室專(zhuān)注于算法研究工作，檢驗(yàn)理論成果，提升實(shí)驗(yàn)效率，大大推動(dòng)教學(xué)研一體化進(jìn)程，加速教學(xué)、科研的進(jìn)度。系統(tǒng)支持無(wú)人機(jī)多機(jī)編隊(duì)控制算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，可對(duì)多無(wú)人機(jī)協(xié)同編隊(duì)控制技術(shù)、信息感知技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)、任務(wù)分配技術(shù)、航跡規(guī)劃技術(shù)、編隊(duì)控制技術(shù)、通信組網(wǎng)技術(shù)和虛擬/實(shí)物驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)平臺(tái)技術(shù)等無(wú)人機(jī)多機(jī)編隊(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究教學(xué)，可開(kāi)展編隊(duì)通信原理、集群算法、無(wú)人機(jī)集群作戰(zhàn)運(yùn)用等實(shí)踐教學(xué)。
 智能無(wú)人機(jī)集群技術(shù)作為一種具有顛覆性的智能集群技術(shù)，具有惡環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，協(xié)同作戰(zhàn)能力強(qiáng)，智能程度高等優(yōu)勢(shì)，備受各國(guó)重視，目前正處于飛速發(fā)展階段，同時(shí)也面臨諸多挑戰(zhàn)。比如目前無(wú)人機(jī)集群的防護(hù)能力和機(jī)動(dòng)能力不強(qiáng)，意外因素較多，作戰(zhàn)半徑有限，需要利用運(yùn)載平臺(tái)輸送到其打擊范圍內(nèi)才可以釋放，否則無(wú)法發(fā)動(dòng)攻擊。同時(shí)，反無(wú)人機(jī)集群技術(shù)如果采用電子干擾或網(wǎng)絡(luò)攻擊等“軟殺傷”方式，破壞無(wú)人機(jī)集群之間的信號(hào)連接，將會(huì)讓無(wú)人機(jī)集群直接失控墜毀或自動(dòng)返航。因此，無(wú)人機(jī)集群技術(shù)距離大規(guī)模應(yīng)用還有一段路要走。但是不可否認(rèn)，無(wú)人機(jī)集群帶來(lái)了全新的作戰(zhàn)概念，成百上千架微型無(wú)人機(jī)，瞬間從戰(zhàn)機(jī)上釋放出來(lái)，鋪天蓋地像蜂群一樣有組織地沖向敵人，這種好像科幻大片里虛構(gòu)的場(chǎng)景，或許即將成為現(xiàn)實(shí)。
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