主頁（http://www.130131.com）：想研究無人機(jī)智能集群編隊，這些核心技術(shù)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(jī)器領(lǐng)域也同樣適用�？催^《星際迷航》《獨(dú)立日》的兩部科幻電影的朋友應(yīng)該都記得，里面出現(xiàn)的無人機(jī)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(jī)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?nèi)粘Ｉ�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(yīng)用價值。

無人機(jī)集群作戰(zhàn)，從電影走進(jìn)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?nèi)チ私狻?/p>

無人機(jī)集群優(yōu)勢

低生產(chǎn)成本，高使用效率

無人機(jī)集群系統(tǒng)一般由不同的平臺實(shí)現(xiàn)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(bǔ)。針對不同的任務(wù)目標(biāo)，可通過調(diào)整搭配的各型無人機(jī)的數(shù)量快速適應(yīng)，免去了開發(fā)專用復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)備的成本。在軍事領(lǐng)域中，相比于傳統(tǒng)武器系統(tǒng)，無人機(jī)集群的壽命周期費(fèi)用低。例如一枚“魚叉”導(dǎo)彈120萬美元的成本可以購買80架“郊狼”無人機(jī)，且不需要長時間服役的維修保養(yǎng)費(fèi)用。無人機(jī)集群一方面流程化生產(chǎn)成本低，組裝速度快，另一方面可以快速消耗敵方防空導(dǎo)彈，高效摧毀敵方雷達(dá)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(shí)現(xiàn)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(jìn)行匯總和投票，可以顯著提高結(jié)果的正確性，避免隨機(jī)誤差。

分布式探測

無人機(jī)集群具有分散度高，局部感知能力強(qiáng)而全局感知能力弱的特點(diǎn)。但是如果能把集群中的每一個終端的探測信息匯總?cè)诤希�可以�?shí)現(xiàn)全局信息的高效獲取。

更高的可靠性

無人機(jī)集群的分布式特性決定了當(dāng)集群中的部分設(shè)備故障后，其他無人機(jī)可以迅速重新規(guī)劃任務(wù)，填補(bǔ)空缺，從而完成預(yù)定的全部目標(biāo)或大部分目標(biāo)。避免傳統(tǒng)大型復(fù)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(jīng)過上述分析，很多無人機(jī)愛好者，心里是不是在吶喊著，“無人機(jī)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(jī)集群方面有深度研究還要掌握以下關(guān)鍵技術(shù)才行呢！

無人機(jī)集群技術(shù)核心

集群控制算法

多無人飛行器系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)相互間的協(xié)同就必須確定無人飛行器之間邏輯上和物理上的信息關(guān)系和控制關(guān)系，針對這些問題而進(jìn)行的體系結(jié)構(gòu)研究可以將多無人飛行器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制有飛行器地結(jié)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(jìn)行協(xié)同，而且不依賴于無人飛行器的數(shù)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(jié)構(gòu)。

通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

在多無人飛行器協(xié)同任務(wù)自組織系統(tǒng)中，無人飛行器作為通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其空間的分布決定了網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有著不同的通信性能。在一定的通信拓?fù)浼靶阅芟�，根�?jù)所執(zhí)行的任務(wù)分配通信資源，提高通信質(zhì)量，是集群技術(shù)的難題之一。

控制算法與通訊技術(shù)的耦合

多無人飛行器為了提高協(xié)同完成任務(wù)的效能，需要進(jìn)行信息交互。為了使得所交互的信息及時完整地進(jìn)行傳輸，對于通信網(wǎng)絡(luò)性能有一定的要求�；�于通信質(zhì)量約束的協(xié)同控制方法，就是在當(dāng)前的通信服務(wù)質(zhì)量約束下，設(shè)計多無人飛行器協(xié)同控制方法，使得在這種控制方法下，多無人飛行器的運(yùn)動既滿足任務(wù)需求，又可以使得多無人飛行器構(gòu)造的通信網(wǎng)絡(luò)性能，滿足信息及時完整傳輸?shù)男枨�，進(jìn)而提高多無人飛行器協(xié)同完成任務(wù)的效能。

任務(wù)規(guī)劃技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)多無人飛行器之間有效的任務(wù)協(xié)同，同時保證控制結(jié)構(gòu)不依賴于無人飛行器的數(shù)量，構(gòu)建多無人飛行器協(xié)同任務(wù)自組織系統(tǒng)分布式體系結(jié)構(gòu)，各無人飛行器的基本行為和簡單任務(wù)由無人飛行器自己自主完成，當(dāng)面臨復(fù)雜任務(wù)和需要協(xié)作的任務(wù)時，當(dāng)前無人飛行器可以把任務(wù)信息和資源需求發(fā)布到由各無人飛行器組成的網(wǎng)絡(luò)上，各無人飛行器可以根據(jù)自身當(dāng)前任務(wù)和資源情況予以響應(yīng)。

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(jié)構(gòu)帶來影響。

路徑規(guī)劃技術(shù)

無人機(jī)在實(shí)際飛行中如果存在突發(fā)狀況，必須進(jìn)行航跡重新規(guī)劃，以以規(guī)避威脅。為滿足協(xié)同工作時的時效性，重新規(guī)劃所采用的算法必須具有實(shí)時、高效的特點(diǎn)。因此，可以根據(jù)蜂群算法領(lǐng)域搜索的特點(diǎn)，以參考航跡的突發(fā)威脅作為領(lǐng)蜂航跡，跟隨蜂僅在參考航跡的突發(fā)威脅段進(jìn)行領(lǐng)域搜索，而不需要對整條航跡進(jìn)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(jī)根據(jù)獲得的威脅信息，不斷修正參考航跡，直至達(dá)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。

編隊控制技術(shù)

在數(shù)學(xué)上，保持一定空間距離的無人機(jī)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(jī)集群需要掌握個關(guān)鍵技術(shù)，是不是一時慌了神，心想“我該從何入手呢”？其實(shí)近年來就這樣的問題，很多企業(yè)已經(jīng)基于無人機(jī)智能集群開發(fā)出教學(xué)研究應(yīng)用平臺，讓無人機(jī)集群研究更加簡單。只需我們教育、科研工作者在應(yīng)用平臺上做進(jìn)一步實(shí)驗、開發(fā)新的算法及研究就好了。該教研集群應(yīng)用平臺支持無人機(jī)多機(jī)編隊控制算法設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，特別針對上文所提到的、集群控制算法、通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、任務(wù)規(guī)劃技術(shù)、路徑規(guī)劃技術(shù)、編隊控制技術(shù)，及信息感知技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)、虛擬/實(shí)物驗證實(shí)驗平臺技術(shù)等無人機(jī)多機(jī)編隊關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究教學(xué)，還可開展編隊通信原理、集群算法、無人機(jī)集群作戰(zhàn)運(yùn)用等實(shí)踐教學(xué)。

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(xué)實(shí)驗平臺，也有效實(shí)現(xiàn)了集群基于分布式計算下，完成更為復(fù)雜的動作和協(xié)同。而且系統(tǒng)開放性強(qiáng)，用戶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證，可快速實(shí)現(xiàn)多種無人機(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，為無人機(jī)控制及多機(jī)集群控制等教學(xué)演示及二次開發(fā)實(shí)驗提供核心設(shè)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(tuán)隊的控制或編隊算法進(jìn)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(shí)驗效率，大大推動教學(xué)研一體化進(jìn)程，加速教學(xué)、科研的進(jìn)度。

無人機(jī)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(wǎng)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(jī)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(fù)雜的任務(wù)環(huán)境將人工智能與無人機(jī)集群自主控制緊密結(jié)合，如何將有人與無人機(jī)、無人車、無人船等跨域融合，實(shí)現(xiàn)全自主群集系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，還需要進(jìn)一步研究和深入探索。具有“平臺簡單、高度協(xié)調(diào)、完全自主、群體智能”特點(diǎn)的無人機(jī)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(xié)同攻擊等國防科技領(lǐng)域大顯身手，而且也將在智能交通、地質(zhì)勘測、災(zāi)害監(jiān)測、農(nóng)業(yè)植保、物流運(yùn)輸?shù)葒�民�?jīng)濟(jì)發(fā)展中有著廣闊的發(fā)展前景。