主頁（http://www.130131.com）：想研究無人機智能集群編隊，這些核心技術必須掌握

俗話說：雙拳難敵四手，好漢架不住群狼。這句話不僅放在人類世界、動物世界適用，科技發(fā)展的今天把這句俗語放在智能機器領域也同樣適用。看過《星際迷航》《獨立日》的兩部科幻電影的朋友應該都記得，里面出現的無人機集群作戰(zhàn)的鏡頭，那時相信不少人看到這樣的鏡頭都會驚嘆不已，并發(fā)出這樣的感嘆？“原來無人機也可以一群蜜蜂一樣，在猝不及防時對你發(fā)起攻擊”。它不再是我們日常生活中單純看到的只可以拍拍照片和視頻。它變得更有智慧，有更高的應用價值。

無人機集群作戰(zhàn)，從電影走進生活，除了那些炫酷的電影鏡頭，它還有更多不可小覷的優(yōu)勢需要我們去了解。

無人機集群優(yōu)勢

低生產成本，高使用效率

無人機集群系統(tǒng)一般由不同的平臺實現高低混搭。集群中使用大量分散的低成本系統(tǒng)形成功能互補。針對不同的任務目標，可通過調整搭配的各型無人機的數量快速適應，免去了開發(fā)專用復雜系統(tǒng)設備的成本。在軍事領域中，相比于傳統(tǒng)武器系統(tǒng)，無人機集群的壽命周期費用低。例如一枚“魚叉”導彈120萬美元的成本可以購買80架“郊狼”無人機，且不需要長時間服役的維修保養(yǎng)費用。無人機集群一方面流程化生產成本低，組裝速度快，另一方面可以快速消耗敵方防空導彈，高效摧毀敵方雷達等高價值裝備，具有非對稱的成本優(yōu)勢。

分布式集群智慧

集群中大量的終端平臺可實現分布式投票以解決問題，集群作業(yè)中每一個終端得到的信息各不相同，做出的決策可能五花八門。在這種情況下，將集群中的決策進行匯總和投票，可以顯著提高結果的正確性，避免隨機誤差。

分布式探測

無人機集群具有分散度高，局部感知能力強而全局感知能力弱的特點。但是如果能把集群中的每一個終端的探測信息匯總融合，可以實現全局信息的高效獲取。

更高的可靠性

無人機集群的分布式特性決定了當集群中的部分設備故障后，其他無人機可以迅速重新規(guī)劃任務，填補空缺，從而完成預定的全部目標或大部分目標。避免傳統(tǒng)大型復雜專用系統(tǒng)的低冗余缺陷。能夠極大地提高行動的成功率。

經過上述分析，很多無人機愛好者，心里是不是在吶喊著，“無人機智能集群太厲害了，我要好好研究研究它”。但是別著急哦！想要對無人機集群方面有深度研究還要掌握以下關鍵技術才行呢！

無人機集群技術核心

集群控制算法

多無人飛行器系統(tǒng)要實現相互間的協同就必須確定無人飛行器之間邏輯上和物理上的信息關系和控制關系，針對這些問題而進行的體系結構研究可以將多無人飛行器系統(tǒng)的結構和控制有飛行器地結合起來，保證多無人飛行器系統(tǒng)中信息流和控制流的暢通，為無人飛行器之間的交互提供框架。集群控制算法不僅要保證多無人飛行器之間能有效地進行協同，而且不依賴于無人飛行器的數量，即無人飛行器可以隨時退出或者加入集群，而不會影響控制系統(tǒng)的整體結構。

通信網絡設計

在多無人飛行器協同任務自組織系統(tǒng)中，無人飛行器作為通信網絡節(jié)點，其空間的分布決定了網絡的拓撲結構，而不同的網絡拓撲結構有著不同的通信性能。在一定的通信拓撲及性能下，根據所執(zhí)行的任務分配通信資源，提高通信質量，是集群技術的難題之一。

控制算法與通訊技術的耦合

多無人飛行器為了提高協同完成任務的效能，需要進行信息交互。為了使得所交互的信息及時完整地進行傳輸，對于通信網絡性能有一定的要求�；�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，設計多無人飛行器協同控制方法，使得在這種控制方法下，多無人飛行器的運動既滿足任務需求，又可以使得多無人飛行器構造的通信網絡性能，滿足信息及時完整傳輸的需求，進而提高多無人飛行器協同完成任務的效能。

任務規(guī)劃技術

為了實現多無人飛行器之間有效的任務協同，同時保證控制結構不依賴于無人飛行器的數量，構建多無人飛行器協同任務自組織系統(tǒng)分布式體系結構，各無人飛行器的基本行為和簡單任務由無人飛行器自己自主完成，當面臨復雜任務和需要協作的任務時，當前無人飛行器可以把任務信息和資源需求發(fā)布到由各無人飛行器組成的網絡上，各無人飛行器可以根據自身當前任務和資源情況予以響應。

這樣，任意一個無人飛行器的退出或加入，都不會對系統(tǒng)組織結構帶來影響。

路徑規(guī)劃技術

無人機在實際飛行中如果存在突發(fā)狀況，必須進行航跡重新規(guī)劃，以以規(guī)避威脅。為滿足協同工作時的時效性，重新規(guī)劃所采用的算法必須具有實時、高效的特點。因此，可以根據蜂群算法領域搜索的特點，以參考航跡的突發(fā)威脅作為領蜂航跡，跟隨蜂僅在參考航跡的突發(fā)威脅段進行領域搜索，而不需要對整條航跡進行搜索，由此可以快速獲得修正航跡段，并替換原突發(fā)威脅航跡段，整個飛行過程中，無人機根據獲得的威脅信息，不斷修正參考航跡，直至達到目標節(jié)點。

編隊控制技術

在數學上，保持一定空間距離的無人機集群可以看作一個高階群系統(tǒng)時變編隊問題，其控制問題很有挑戰(zhàn)性，且通訊時延的存在又為編隊分析增加了難度。

了解完無人機集群需要掌握個關鍵技術，是不是一時慌了神，心想“我該從何入手呢”？其實近年來就這樣的問題，很多企業(yè)已經基于無人機智能集群開發(fā)出教學研究應用平臺，讓無人機集群研究更加簡單。只需我們教育、科研工作者在應用平臺上做進一步實驗、開發(fā)新的算法及研究就好了。該教研集群應用平臺支持無人機多機編隊控制算法設計與實現，特別針對上文所提到的、集群控制算法、通信網絡設計、任務規(guī)劃技術、路徑規(guī)劃技術、編隊控制技術，及信息感知技術、數據融合技術、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，還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。

其次，對于上文我們提到分布式集群智慧，分布式探測，這里所開發(fā)的教學實驗平臺，也有效實現了集群基于分布式計算下，完成更為復雜的動作和協同。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。

系統(tǒng)使用也非常簡單，因為它是基于 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使用者更加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。

無人機自主集群以低成本、高分散的組織形式滿足功能需求，以去中心化自組網提升系統(tǒng)高效信息共享、抗故障與自愈能力，以功能分布化提高體系生存率和效率交換比。如何建立無人機集群這一整體動態(tài)特性和物理約束的模型，如何面向更加復雜的任務環(huán)境將人工智能與無人機集群自主控制緊密結合，如何將有人與無人機、無人車、無人船等跨域融合，實現全自主群集系統(tǒng)廣泛應用，還需要進一步研究和深入探索。具有“平臺簡單、高度協調、完全自主、群體智能”特點的無人機自主集群系統(tǒng)勢必將引發(fā)新一代戰(zhàn)爭模式的顛覆性變革，不僅在滲透偵察、誘騙干擾、察打一體、協同攻擊等國防科技領域大顯身手，而且也將在智能交通、地質勘測、災害監(jiān)測、農業(yè)植保、物流運輸等國民經濟發(fā)展中有著廣闊的發(fā)展前景。