CICC科普栏目 中科院专家揭密:单人操纵百架无人机原理

CICC科普栏目 中科院专家揭密:单人操纵百架无人机原理

时间: 2024-05-04 03:50:32 |   作者: 行业应用

  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。

  无人机集群是由大量的无人机构成,可以是由完全相同的无人机组成,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来进行态势共享与信息交互,相互协调合作达成目标分配、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。

  多架无人机协同执行作战任务,能扩大探测、攻击范围,提高执行效率,俗话说“一个好汉三个帮”,就是这一个道理。

  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,第一步是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,并在机群内共享这一些信息,使机群能够自主的规划出最佳飞行路线,避开威胁物,以最短时间抵达目的地。在抵达目的地后,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:

  侦察机组负责侦察旁边的环境、火炮阵地具体坐标等,然后将火炮阵地坐标及旁边的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。

  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,在国内外已得到普遍关注。

  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、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。

  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,能够正常的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。

  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普遍关注,其低成本、大规模、高智能的特性,使其在民事领域也具备比较好的发展前途,大规模协同工作方式将大幅度的提升搜索效率、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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