集藝術(shù)、科學(xué)和技術(shù)為一體，無人機(jī)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(jī)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(jī)集群距離真正的”智能”還相差較遠(yuǎn)，就類似于傳統(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)之間無互動和聯(lián)系，與智能集群相距甚遠(yuǎn)。

 

 

       什么是無人機(jī)智能集群？

 

       簡單的說，就是無人機(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(qiáng)大的群體協(xié)作能力，能夠完成諸如蜂巢、蟻穴等即使是對人類來說，也都非常精巧復(fù)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(jī)集群就是基于生物集群行為，以單個無人機(jī)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(fù)雜任務(wù)。

 

       無人機(jī)集群技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

 

       民用領(lǐng)域的無人機(jī)集群表演和真正的無人機(jī)集群作戰(zhàn)其實是有著本質(zhì)區(qū)別的。民用領(lǐng)域通常使用旋翼式無人機(jī)，這類旋翼式無人機(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作表演。相比于旋翼無人機(jī)，固定翼無人機(jī)具有飛行速度快、載重大、打擊能力強(qiáng)、航程長等特點，因此被廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。

 

       通過單體之間的緊密協(xié)作，智能無人機(jī)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(jī)集群的研究，已成為無人機(jī)領(lǐng)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(jī)構(gòu)全力探究無人機(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。目前典型的無人機(jī)集群技術(shù)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(jī)項目、低成本無人機(jī)集群技術(shù)項目(LOCUST)等。

 

 

       在我國，無人機(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架固定翼無人機(jī)集群飛行試驗，刷新了無人機(jī)集群飛行數(shù)量的新紀(jì)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(jī)集群技術(shù)。同時國內(nèi)一些公司也成功開發(fā)出無人機(jī)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(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)實驗提供核心設(shè)備支撐。

 

       對于技術(shù)先進(jìn)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(tuán)隊的控制或編隊算法進(jìn)行驗證。讓學(xué)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(xué)研一體化進(jìn)程，加速教學(xué)、科研的進(jìn)度。系統(tǒng)支持無人機(jī)多機(jī)編隊控制算法設(shè)計與實現(xiàn)，可對多無人機(jī)協(xié)同編隊控制技術(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)、編隊控制技術(shù)、通信組網(wǎng)技術(shù)和虛擬/實物驗證實驗平臺技術(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)，可開展編隊通信原理、集群算法、無人機(jī)集群作戰(zhàn)運用等實踐教學(xué)。

 

 

       智能無人機(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，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(jī)集群的防護(hù)能力和機(jī)動能力不強(qiáng)，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(nèi)才可以釋放，否則無法發(fā)動攻擊。同時，反無人機(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，破壞無人機(jī)集群之間的信號連接，將會讓無人機(jī)集群直接失控墜毀或自動返航。因此，無人機(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)，無人機(jī)集群帶來了全新的作戰(zhàn)概念，成百上千架微型無人機(jī)，瞬間從戰(zhàn)機(jī)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(gòu)的場景，或許即將成為現(xiàn)實。