集藝術、科學和技術為一體，無人機集群表演通過全新的形式讓觀眾目眩神迷。近兩年來，無人機集群表演在許多地方替代煙花表演成為一項新興的娛樂活動。但事實上，相對于智能集群來說，用于表演的無人機集群距離真正的”智能”還相差較遠，就類似于傳統(tǒng)武術的套路表演，只是按照招式走一下流程，飛機和飛機之間無互動和聯(lián)系，與智能集群相距甚遠。

 

 

       什么是無人機智能集群？

 

       簡單的說，就是無人機群要在人工智能的控制下，可以自主完成很多任務。

 

 

       “集群智能”技術的靈感源自于蟻群、蜂群等自然界中的集群生物，這類型的生物都有同樣的特點，那就是單體都智能水平有限、個體能力較低，但這些生物通過相互之間的協(xié)同配合卻都有著非常強大的群體協(xié)作能力，能夠完成諸如蜂巢、蟻穴等即使是對人類來說，也都非常精巧復雜的“工程”。通過對昆蟲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)。智能無人機集群就是基于生物集群行為，以單個無人機間通過彼此的感知交互、信息傳遞、協(xié)同工作在險惡的環(huán)境下可以低成本完成多樣性的復雜任務。

 

       無人機集群技術發(fā)展現(xiàn)狀

 

       民用領域的無人機集群表演和真正的無人機集群作戰(zhàn)其實是有著本質區(qū)別的。民用領域通常使用旋翼式無人機，這類旋翼式無人機飛行速度慢、可操作性強，還可以懸停在空中完成各種各樣的動作表演。相比于旋翼無人機，固定翼無人機具有飛行速度快、載重大、打擊能力強、航程長等特點，因此被廣泛應用于軍事領域。

 

       通過單體之間的緊密協(xié)作，智能無人機集群作戰(zhàn)性能優(yōu)越性體現(xiàn)，世界各國均致力開展智能無人機集群的研究，已成為無人機領域一個重要發(fā)展方向。

 

       美國通過國防高級研究局 （Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA）和海軍研究實驗室（United States Naval Research Laborator,NRL）等機構全力探究無人機集群最新技術，應用于軍事發(fā)展，以保證其全球軍事技術領先。目前典型的無人機集群技術有：小精靈（Gremlins）項目、拒止環(huán)境中協(xié)同作戰(zhàn)項目（CODE）、“山鶉”（Perdix）微型無人機項目、低成本無人機集群技術項目(LOCUST)等。

 

 

       在我國，無人機技術起步較晚，但發(fā)展迅速，以智能集群技術尤為突出。中國電子科技科集團公司 （CETC）曾在分別在2016年和2017年完成了67架和119架固定翼無人機集群飛行試驗，刷新了無人機集群飛行數(shù)量的新紀錄，試驗成功的演示了編隊起飛、自主集  群飛行、分布式廣域監(jiān)視、感知與規(guī)避等智能無人機集群技術。同時國內一些公司也成功開發(fā)出無人機集群智能開發(fā)平臺，供高校老師和研究所人員在實驗平臺上開發(fā)出新的算法，有效實現(xiàn)集群基于分布式計算下，完成更為復雜的動作和協(xié)同。而且系統(tǒng)開放性強，用戶不需要掌握太多的底層編程技術即可完成算法的修改和驗證，可快速實現(xiàn)多種無人機單機飛行任務、如自主懸停、軌跡規(guī)劃等。也可快速實現(xiàn)多無人機集群控制算法，包括多機飛圓形、多機飛八字，多機區(qū)域覆蓋等，為無人機控制及多機集群控制等教學演示及二次開發(fā)實驗提供核心設備支撐。

 

       對于技術先進的公司，所開發(fā)的系統(tǒng)是基于 MATLAB/Simulink 開發(fā)，不需要修改底層代碼即可快速對科研團隊的控制或編隊算法進行驗證。讓學校實驗室專注于算法研究工作，檢驗理論成果，提升實驗效率，大大推動教學研一體化進程，加速教學、科研的進度。系統(tǒng)支持無人機多機編隊控制算法設計與實現(xiàn)，可對多無人機協(xié)同編隊控制技術、信息感知技術、數(shù)據(jù)融合技術、任務分配技術、航跡規(guī)劃技術、編隊控制技術、通信組網(wǎng)技術和虛擬/實物驗證實驗平臺技術等無人機多機編隊關鍵技術進行研究教學，可開展編隊通信原理、集群算法、無人機集群作戰(zhàn)運用等實踐教學。

 

 

       智能無人機集群技術作為一種具有顛覆性的智能集群技術，具有惡環(huán)境適應性強，協(xié)同作戰(zhàn)能力強，智能程度高等優(yōu)勢，備受各國重視，目前正處于飛速發(fā)展階段，同時也面臨諸多挑戰(zhàn)。比如目前無人機集群的防護能力和機動能力不強，意外因素較多，作戰(zhàn)半徑有限，需要利用運載平臺輸送到其打擊范圍內才可以釋放，否則無法發(fā)動攻擊。同時，反無人機集群技術如果采用電子干擾或網(wǎng)絡攻擊等“軟殺傷”方式，破壞無人機集群之間的信號連接，將會讓無人機集群直接失控墜毀或自動返航。因此，無人機集群技術距離大規(guī)模應用還有一段路要走。但是不可否認，無人機集群帶來了全新的作戰(zhàn)概念，成百上千架微型無人機，瞬間從戰(zhàn)機上釋放出來，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的場景，或許即將成為現(xiàn)實。