单人操纵百架无人机原理与应用分析.doc

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1、单人操纵百架无人机原理与应用分析最近的国产军事电影中,无人机可谓出尽风头:它在空天猎里悄悄侦察对方阵地,在战狼2里扫射人群,在红海行动里直接报销了一辆坦克!不过,电影中的无人机虽然酷炫,但是每架无人机都需要配备一名遥控人员,控制上百架无人机协同作战似乎是个难以完成的任务。但是,在2017年6月,中国电子科技集团公司成功做到了119架固定翼无人机的集群协同飞行,成功演示了119架无人机的密集弹射、空中自主集结、多目的自动分组、自动编队合围等。这一实验的重点,就是“集群智能”!只需要一个人就可以操纵上百架无人机。中国无人机集群协同飞行什么是无人机集群?无人机集群是由大量的无人机构成,可以是由完全相

2、同的无人机组成,也可以是由红外侦察无人机、雷达探测无人机、图像侦察无人机、战斗机、轰炸机等不同无人机组成。它们彼此间通过无线网络等方式进行态势共享与信息交互,相互协调合作完成任务分配、航迹规划等。在系统内,每个无人机都是一个智能体,具有独立飞行、侦察等能力,而无人机群之间可通过无线网络进行信息交互,无人机群与有人机或地面也存在信息交互,最终实现无人机群体的管理、群体间任务的分配、群体航迹的规划及单无人机航迹的规划等。下图展示的为多无人机协同搜索的概念图,多架不同功能构成的无人机对特定区域展开搜索,提高探测准确度及探测范围。多无人机集群协同搜索多架无人机协同执行作战任务,可以扩大探测、攻击范围,

3、提高执行效率,俗话说“一个好汉三个帮”,就是这个道理。集群智能:向蜜蜂学习动物界集群行为是指以群体的形式出现,目的是通过相互合作提高群体的利益,同时满足自己的利益。无人机集群技术正是源于自然、源于生活,最初的无人机集群概念起源于古老的昆虫蜜蜂。为降低无人机操作手的操作难度,实现1个操作手可轻松操作成百甚至上千架无人机,需要模拟生物的集群行为对这个无人机群进行管理。要实现这个目地,首先需要设计集群管理控制器,通过设计控制算法,使这个群体能够像蚁群、鸟群等自主去寻找火炮阵地,同时在飞行过程中,探测周围的障碍物、雷达等威胁,并在机群内共享这些信息,使机群能够自主的规划出最佳飞行路线,避开威胁物,以最

4、短时间到达目的地。在到达目的地后,根据各个无人机的功能,通过集群管理,给各个无人机分配不同的任务:侦察机组负责侦察周边环境、火炮阵地具体坐标等,然后将火炮阵地坐标及周边环境信息发送给轰炸机组。轰炸机组根据火炮阵地坐标,规划出最佳攻击路径,对火炮阵地及周边威胁物进行轰炸摧毁。战斗机组负责周边警戒、护航,防止敌机进行骚扰拦截。当然除此之外还会有负责引诱、通信、干扰等用途的机组来共同完成此任务。未来的无人机群什么样近几年,无人机行业发展迅猛,无人机集群因其低成本、高效率的特点,在国内外已得到广泛关注。2016年5月,美国空军正式提出2016-2036年小型无人机系统飞行规划,希望构建横跨航空、太空、

5、网空三大作战疆域的小型无人机系统,并在2036年实现无人机系统集群作战。明确了美国空军小型无人机系统近期、中期和远期主要发展目标。小精灵无人机群概念图上图为无人机集群在复杂战场环境中协同作战的模拟作战效果图,可以看到机群由多个不同功能的无人机组成,包括一架有人机。有人机负责控制无人机群,对其发送指令,无人机群收到作战指令后,集群内侦查无人机自主探测敌方阵地坐标、探测威胁物,通过无人机群间网络,有人机与无人机群进行信息交互,通过无人机集群协同控制器的计算,规划处最佳的飞行路线及攻击方案,实现对敌方阵地的侦察及最大限度的破坏,最大限度提高任务成功率同时降低己方人员伤亡。复杂战场环境中协同作战项目模拟作战图此外,还有欧盟的异构多无人机实时协同和控制(COMETS)项目,以及澳大利亚研究中心的自主导航和环境感知研究项目等。无人机集群技术在军事对抗领域已得到广泛关注,其低成本、大规模、高智能的特性,使其在民事领域也具有较好的发展前景,大规模协同工作方式将大大提高搜索效率、探测精度,为农林防护、搜索救援等赢取宝贵时间,同时提供准确数据。

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