無(wú)人機(jī)群協(xié)同偵察與戰(zhàn)斗技術(shù)

????????警用裝備網(wǎng)訊：?隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)正在朝著“海，陸，空，天，電”的融合發(fā)展。新的軍事理論，軍事技術(shù)和武器平臺(tái)也在不斷涌現(xiàn)。多無(wú)人機(jī)具有成本低，可回收，可重復(fù)使用，戰(zhàn)斗時(shí)間長(zhǎng)，自主權(quán)強(qiáng)和傷亡為零的優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，許多戰(zhàn)爭(zhēng)充分顯示了其優(yōu)勢(shì)和軍事地位，成為許多國(guó)家的主要作戰(zhàn)力量。隨著任務(wù)需求的復(fù)雜性和多樣性，盡管單個(gè)無(wú)人機(jī)可以完成一些復(fù)雜的任務(wù)，但成功率和承受緊急情況的能力卻相對(duì)較弱。無(wú)人飛行器編隊(duì)的概念具有高度的立體感，信息性和電子性，也出現(xiàn)了。無(wú)人機(jī)已經(jīng)成為跨國(guó)技術(shù)發(fā)展的重要方向。

　　無(wú)人機(jī)群的概念基于仿生學(xué)，例如蟻群，蜂群，鴿子群，魚(yú)群，狼群等。它可以避免在群體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中相互碰撞，并完成覓食，遷移，攻擊防御等任務(wù)。通過(guò)無(wú)人機(jī)編隊(duì)，充分發(fā)揮團(tuán)體協(xié)作的優(yōu)勢(shì)，在戰(zhàn)斗或其他場(chǎng)合共同執(zhí)行任務(wù)。無(wú)人機(jī)群是將群智能技術(shù)具體應(yīng)用于無(wú)人偵察和作戰(zhàn)行動(dòng)的關(guān)鍵。實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)群的自主，分布式共識(shí)，適應(yīng)性和智能化是該技術(shù)的核心目標(biāo)。大量?jī)?yōu)秀的獨(dú)立低成本低成本無(wú)人駕駛飛機(jī)將取代有人駕駛飛機(jī)，以完成安全空域情報(bào)，監(jiān)視和偵察。

　　2014年，《自然》報(bào)道匈牙利的羅蘭大學(xué)利用生物群行為機(jī)制在室外環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了10架四旋翼無(wú)人機(jī)的自主編隊(duì)飛行。無(wú)人機(jī)中沒(méi)有中央控制節(jié)點(diǎn)，每個(gè)無(wú)人機(jī)都通過(guò)與相鄰的無(wú)人機(jī)進(jìn)行交互來(lái)自主實(shí)現(xiàn)，無(wú)人機(jī)群以自組織目標(biāo)回避能力實(shí)現(xiàn)在邊界區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)，并通過(guò)穩(wěn)定的編隊(duì)（網(wǎng)格，旋轉(zhuǎn)環(huán)，直線）對(duì)目標(biāo)進(jìn)行集中跟蹤。2015年4月，美國(guó)海軍宣布了“ LOCUST”項(xiàng)目。該項(xiàng)目可以從艦船，飛機(jī)和其他發(fā)射平臺(tái)的發(fā)射管發(fā)射自主無(wú)人機(jī)群，并通過(guò)群壓制和攻擊敵人的火力。該概念在圖1中示出。目前，該項(xiàng)目已于2016年8月初使用土狼無(wú)人機(jī)進(jìn)行了群發(fā)測(cè)試。30架土狼無(wú)人機(jī)在墨西哥灣的一艘船上成功發(fā)射。

　　圖1“ LOCUST”項(xiàng)目

　　由于對(duì)飛行速度和續(xù)航能力的要求，固定翼無(wú)人機(jī)已成為蜂群作戰(zhàn)的主要成員。2015年8月，由美國(guó)海軍科學(xué)院的蒂莫西·鐘（Timothy H. Chung）領(lǐng)導(dǎo)的無(wú)人機(jī)小組完成了50架固定翼無(wú)人機(jī)編隊(duì)的編隊(duì)自主戰(zhàn)斗競(jìng)賽。2015年，英國(guó)的薩斯卡團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證了在沒(méi)有GPS支持無(wú)人機(jī)的情況下進(jìn)行自我穩(wěn)定的可能性，在真實(shí)場(chǎng)景中并基于機(jī)載視覺(jué)感知設(shè)備的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，無(wú)需GPS定位即可實(shí)現(xiàn)密集編隊(duì)飛行。同年，美國(guó)提出了“格林姆林斯”項(xiàng)目。目的是開(kāi)發(fā)小型無(wú)人機(jī)群的空中發(fā)射和回收技術(shù)。圖2是Gremlins發(fā)射和回收的想象力。2017年3月，Dynetics和General Atomics航空系統(tǒng)（GA-ASI）進(jìn)一步推動(dòng)了設(shè)計(jì)方案的發(fā)展，使其變得更加成熟。2017年8月，GA-ASI公開(kāi)了Gremlins無(wú)人機(jī)空中發(fā)射和回收的概念，2016年5月，美國(guó)空軍正式提出了“ SUAS飛行計(jì)劃：2016-2036”。它希望建立一個(gè)跨越航空，空間和網(wǎng)絡(luò)空間三個(gè)主要作戰(zhàn)空間的小型無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，并在2036年實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的群策群力。據(jù)報(bào)道，無(wú)人機(jī)群的自主控制已進(jìn)入實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證階段。但是，無(wú)人機(jī)群協(xié)同偵察與戰(zhàn)斗的研究仍處于理論研究階段，其成果很少。

　　圖2 Gremlins項(xiàng)目的想像圖

　　在軍事作戰(zhàn)理論中，群體對(duì)抗模型研究的理論基礎(chǔ)。它通過(guò)應(yīng)用數(shù)學(xué)方法描述了戰(zhàn)斗過(guò)程中武器和人力消耗的過(guò)程。但是，該理論通常僅適用于早期作戰(zhàn)模式，例如戰(zhàn)trench戰(zhàn)和陣地戰(zhàn)。很難適用于現(xiàn)代群體對(duì)抗的情況。現(xiàn)代群體對(duì)抗的特征取決于訓(xùn)練有素，裝備精良和自主作戰(zhàn)單位之間的協(xié)同作用，每個(gè)作戰(zhàn)單位都具有適應(yīng)外部條件和環(huán)境變化的能力。盡管Lancheste方程有很多改進(jìn)，例如隨機(jī)微分方程和偏微分方程的應(yīng)用克服了一些應(yīng)用上的缺點(diǎn)，但其應(yīng)用仍然非常有限。隨著非線性動(dòng)力學(xué)理論和復(fù)雜系統(tǒng)理論的發(fā)展，它為無(wú)人機(jī)群對(duì)抗的動(dòng)力學(xué)建模提供了一種有效的途徑。本文展示了無(wú)人機(jī)群協(xié)同偵察與作戰(zhàn)的總體框架圖3。

　　圖3 無(wú)人機(jī)群協(xié)同偵察與戰(zhàn)斗的總體框架

　　在圖3中，無(wú)人機(jī)群的協(xié)同偵察和作戰(zhàn)行動(dòng)分為三個(gè)不同的部分。每個(gè)部分代表戰(zhàn)斗過(guò)程中的不同狀態(tài)，指向不同的無(wú)人機(jī)功能。由無(wú)人飛行器組成的群是異構(gòu)的，并且無(wú)人飛行器所承載的負(fù)載與無(wú)人飛行器所承載的其他負(fù)載不一致。因此，無(wú)人機(jī)具有不同的功能。他們分別負(fù)責(zé)與框架功能相對(duì)應(yīng)的不同任務(wù)，并共同完成攻擊任務(wù)。

　　在發(fā)現(xiàn)，捕獲和跟蹤目標(biāo)之后，無(wú)人機(jī)趨向于移動(dòng)對(duì)時(shí)間敏感的目標(biāo)單元。同時(shí)，無(wú)人機(jī)群應(yīng)根據(jù)當(dāng)前規(guī)模和對(duì)周圍信息的搜索，決定是否繼續(xù)收集信息。通過(guò)估計(jì)敵人目標(biāo)的情況，推斷出敵人的作戰(zhàn)目的。我們?cè)u(píng)估敵人的作戰(zhàn)效能以及我們的作戰(zhàn)效能，包括平臺(tái)機(jī)動(dòng)性，火力破壞，戰(zhàn)場(chǎng)生存能力，信息融合能力，破壞能力等等。然后綜合評(píng)估敵人的作戰(zhàn)效能，我們的作戰(zhàn)效能以及敵人的處境和情況。在作戰(zhàn)策略庫(kù)中找到最合適的決策方式，作為作戰(zhàn)行為決策的一部分。例如，在已知的戰(zhàn)場(chǎng)情況下并完成決策，有必要控制每個(gè)無(wú)人機(jī)。根據(jù)確定的決策，制定任務(wù)計(jì)劃以進(jìn)行搜索或配合攻擊。協(xié)同攻擊任務(wù)包括攻擊角度，同步攻擊能力，攻擊覆蓋區(qū)域和攻擊時(shí)間。同時(shí)，還需要計(jì)劃攻擊路徑。為了搜索任務(wù)或撤退，有必要計(jì)劃賽道。設(shè)計(jì)的航跡將被傳輸?shù)矫總€(gè)無(wú)人機(jī)，無(wú)人機(jī)將能夠機(jī)動(dòng)。由于戰(zhàn)場(chǎng)對(duì)時(shí)間敏感，因此無(wú)人機(jī)的攻擊范圍，搜索范圍和生存狀況都會(huì)發(fā)生變化。因此，環(huán)境已經(jīng)改變。負(fù)責(zé)搜索的無(wú)人機(jī)人員應(yīng)研究環(huán)境信息。

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