刘平贵
西安爱生技术集团公司 710065
摘要：无人机是现代战争中的重要作战装备。经过数十年的研究，与无人机相关的技术已获得越来越多的功能和惊人的进步，逐渐取代了有人驾驶飞机。但是，面对日益复杂的战斗环境和多任务处理要求，单个无人机执行任务的能力已显示出一定的局限性，具体包括：由于机载传感器与通信设备的限制，单架无人机对任务环境的感知能力是有限的；受自身的燃料限制，飞行时间有限，不具备高强度持续作战能力；单无人机一旦受到故障影响，任务执行效率将大幅下降，甚至导致任务终止。
关键字：集群智能，无人机，协同控制，系统分析
1无人系统智能自主控制技术开发的要求
开发这项技术的需要主要基于以下方面的紧迫需求：
（1）高性能和高适应性。未来的无人机系统的操作环境非常复杂，性能要求不断提高。无人机战斗系统必须在不可预测的危险战斗环境中运行，战场条件正在迅速变化。未来作战策略的部署需要无人作战系统，该系统必须能够适应这些动态环境的不确定性并具有强大的自适应作战能力。无人轨道交通装备、无人运输机、无人服务飞行器等直接与人类的安全性和生活舒适性息息相关，未来的应用市场将需要具有人工智能的无人驾驶系统，以适应复杂的交通环境和客户的各种需求。
（2）高可靠性无论是军事还是民用领域的无人机系统，可靠性和安全性是非常重要的指标。为了保证系统的可靠运行，不仅需要提高硬件可靠性和必要的冗余配置以及软件的完备性和鲁棒性，还需要增强无人机系统的自主故障诊断和容错控制能力。
（3）多智能体组网和协同完成任务利用强大的计算机信息网络，将多个智能体合成一个大系统或作战平台，以获取综合的侦察和测量信息，迅速而全面地洞察整个局势，进一步协同完成复杂任务，更快速、更高效地实现连续工作，例如多架无人机协同的火灾现场侦察、多导弹协同的高机动目标拦截等，是解决单个智能体能力有限问题的一个有效途径。多智能体组网系统完成复杂任务的策略在具有诸多优势的同时也给无人系统的控制带来了新的挑战，需要解决系统建模、资源管理、信息融合和全面感知等难题。网络中心战是美国军方在20世纪90年代提出的概念多架无人机组成的无人系统协同工作可充分利用现有无人机的智能性发展趋势，实现单架无人机无法完成的作战任务，如多导弹系统的协同攻击可实现高强度突防、全方位攻击和以弱胜强的可能性。这种作战方式既能充分发挥低成本武器装备的规模优势，又可利用新型网络中心战框架下的信息交互，形成协同对抗、联合突防和规模饱和打击等方法，有效克制敌方高新技术武器装备的优势，实施战术上的有效体系对抗。随着计算机技术和无线移动网络技术的迅速发展，多无人系统协同合作的武器系统必将成为未来新一代智能武器的一个重要发展方向。
（4）高经济效益性21世纪，高科技在各领域的应用飞速发展，推动着低成本无人机技术的发展，同时为了追求更高的性能和可持续性发展，提高无人机的操作效率和可重复使用率是航空航天技术研究的一大热点。世界各航天技术发达国家都先后实施了可重复使用飞行器的计划
图1 UCLASS计划
2舰载无人机集群系统作战构想
（1）基于智能集群的协作策略。基于航母的无人机集群所执行的操作类型主要分为进近侦察和进近干扰攻击。小型无人机与空中雷达，地面和卫星情报相结合，可以自主规划其轨迹并协调来自多个来源的传感器识别，或者在接近目标时协调智能干扰。还可以发射弹药或以自毁的形式攻击。无人机平台价格便宜，在接近目标后会对目标施加巨大的防御压力，以低成本损坏高价值目标，并提高作战效率。传统的控制策略是远程控制无人机的单一平台。指挥和控制平台对于预先获取全球情报信息，在敌方雷达探测区域设置逃避点，并根据位置执行路径规划，目标指示和任务分配是必不可少的这取决于个无人机操作台。在地面环境中，敌方雷达通常是动态的，事先计划无法及时识别敌方的侦察区域。同时，根据每个无人机平台位置的路线规划策略也无法大规模应用。传统的控制策略无法命令和引导大型无人机完成接近任务，规模效率低。大型无人机集团应通过相互识别和交互，信息传递以及无人机平台之间的简单逻辑处理，根据生物团体的行为来形成协同作战能力。遵循控告节点的一些简洁控制指令，完成了一些复杂的任务。
（2）覆盖式干扰。在秘密攻击行动的背景下，敌军战舰三个维度的防御方法变得越来越丰富。无人机集团使用无人机提供昂贵的武器（反舰导弹）或使用发射台安装小型干扰任务有效载荷并部署附接的反舰导弹，创建飞行任务，以使反舰导弹能够穿透敌舰的防空系统。在偏远地区，密集的编队可以将远程搜索雷达的方位角和低距离分辨率特征识别为共同目标，从而形成单个命令和决策计划。短程传感器会检测何时进入附近区域。
防空系统与近距离之间的反应时间可以主动抑制敌人的雷达传感器，削弱敌人的防空系统的反导弹拦截概率，并提高反舰导弹的穿透力。根据上面提到的防空导弹制导过程的分析，反舰导弹可以驾驶战机，穿透防御系统并抑制敌方雷达传感器的干扰。舰载空对空搜索雷达降低了敌方雷达传感器测得的目标信息的准确性，从而导致传输系数计算中出现较大误差，例如，由于干扰信号的影响，空中搜索雷达在获取目标的高度信息方面存在重大错误。当打开舰空导弹导向系统时，天线的主瓣无法有效接收来自目标的回波，并且无法配置半主动制导条件。由于导引角测量路径的带宽较大，因此，通过干扰舰空导弹的导引头，无人机的干扰信号可以进入导引头的接收路径。目的是在制导过程中对舰空导弹进行额外制导，由于这种错误，舰空导弹将偏离目标或目标太大而无法有效拦截。海军陆战队单脉冲跟踪雷达可通过对单个高速机动目标的高精度测量以及控制海上火炮的干扰来干扰传统的海军陆战队单脉冲跟踪雷达，从而执行火控滤波和目标预测。将这种类型的跟踪雷达与一组目标配合使用可能会导致“闪烁边缘”现象，该现象可能会错误且不稳定地检测到被拦截的目标，并且海军枪械无法以任何方式损坏目标。占据武器系统通道的是一组获利的无人机，它们充分利用了数量和小型化的优势，模拟了反舰导弹的雷达信号特性并调整了局势。虚假弹幕攻击捕获了防空武器系统的通过，并摧毁了3D防空系统。还要摧毁舰船的雷达系统。
3多无人机协同技术
许多实际应用需要多架无人机来协调空中侦察行动，例如平民现场的森林火灾，油田和管道监控，地形侦察，战场巡逻以及军事现场监控。由于各种操作，无人机飞行中队的通信带宽和连接能力通常受到限制。有时，多个无人机的通信链路非常嘈杂，并且通信拓扑会动态变化。沟通是零散的，许多人被忽略了。计算机系统的分布式协调问题如下：飞机协调和协调控制问题近年来受到广泛关注。在卫星，无人机和机器人的训练和组装方面已经完成了许多工作，但是还没有通用的理论。
鉴于无人机协同控制的特点和难点，现有的一致性理论在应用时具有很多拘囿：由于飞行器飞行速度快，且有时无法向后移动和盘旋，在一致性理论框架下，既要同时接近目标又要避免碰撞会很困难；如何设计协作变量和协作函数，以保证飞行器在有限的控制能力下实现协同侦察或编队飞行；多飞行器之间耦合程度和耦合形式，以及耦合对协同性质和水平的影响。
结语
综上所述，通过对智能无人机的发展需求和应用前景进行分析，将人工智能与智能控制技术引入无人机系统设计智能自主控制器的重要性得以展现。本文回顾了国内外无人机系统智能自主控制研究水平和发展历程，总结了无人系统智能自主控制关键技术，并对未来的发展趋势进行了展望。无人机系统的智能自主控制技术正在蓬勃发展，还有很多有待解决的问题，尤其是学术研究成果与工程应用的转换将是一个漫长的过程。
参考文献：
［1］DoDUnmannedSystemsIntegratedRoadmapFY2013-2038［R］.WashingtonDC:OfficeoftheSecretaryofDefense,USA,2013.
［2］陈宗基，魏金钟，王英勋，等.无人机自主控制等级及其系统结构研究［J］.航空学报，2011，32(6)：1075-1083.