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無人機(jī)集群表演=無人機(jī)智能集群

當(dāng)人們看到天空中成群結(jié)隊(duì)的飛鳥時(shí)，會(huì)想到說現(xiàn)在的無人機(jī)也可以這樣嗎？有的人說，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了啊！你看那些表演的無人機(jī)編隊(duì)不就是嗎？比如前不久火爆全網(wǎng)的哈工大集群無人機(jī)表演。

但事實(shí)上，相對(duì)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)之間毫無互動(dòng)和聯(lián)系，僅僅是表演而已，與智能集群相距甚遠(yuǎn)。

那什么是真正的無人機(jī)智能集群呢？

簡(jiǎn)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)。而“集群智能”技術(shù)的靈感源于蟻群、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(diǎn)，那就是單體都是很弱小的，而且也沒什么智能，但是這些生物卻是有著非常強(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(duì)人類來說，也都非常精巧復(fù)雜的“工程”。所以，現(xiàn)在的無人機(jī)集群智能技術(shù)就是模擬了，蜜蜂和螞蟻之間的溝通協(xié)作方式，并且以此來增強(qiáng)無人機(jī)群的整體作戰(zhàn)能力。

那現(xiàn)在無人機(jī)集群技術(shù)水平的現(xiàn)狀如何呢？

智能集群 （Swarm Intelligence）的研究起始于1959年法國生物學(xué)家PierrePaul Grasse，研究發(fā)現(xiàn)昆蟲之間存在高度結(jié)構(gòu)化組織完成遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出個(gè)體能力的復(fù)雜任務(wù)，蟻群的工作模式就是這種智能集群的經(jīng)典代表，它們通過單體之間簡(jiǎn)單的相互溝通協(xié)調(diào)，表現(xiàn)出大規(guī)模集群的智能行為。通過對(duì)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(gè)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(xiǎn)惡的環(huán)境下可以低成本完成多樣性的復(fù)雜任務(wù)。

國內(nèi)外智能無人機(jī)集群發(fā)展現(xiàn)狀

通過單體之間的緊密協(xié)作，體現(xiàn)智能無人機(jī)集群體作戰(zhàn)性能的優(yōu)越性，世界各國均致力開展智能無人機(jī)集群的研究，已經(jīng)成為無人機(jī)領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向。美國通過國防高級(jí)研究局 （Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA）和海軍研究實(shí)驗(yàn)室（United States Naval Research Laboratory, 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(xiàng)目、拒止環(huán)境中協(xié)同作戰(zhàn)項(xiàng)目（CODE）、“山鶉”（Perdix）微型無人機(jī)項(xiàng)目、低成本無人機(jī)集群技術(shù)項(xiàng)目(LOCUST)等。

其主要特點(diǎn)如表1所示。

而對(duì)于我國來說，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(yàn)，刷新了無人機(jī)集群飛行數(shù)量的新紀(jì)錄，試驗(yàn)成功的演示了編隊(duì)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(shí)國內(nèi)一些有實(shí)力的公司也成功開發(fā)出無人機(jī)集群智能開發(fā)平臺(tái)，供高校老師和者研究所人員在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上開發(fā)出新的算法，有效實(shí)現(xiàn)集群基于分布式計(jì)算下，完成更為復(fù)雜的動(dòng)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(yàn)證，可快速實(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)提供核心設(shè)備支撐。

而且對(duì)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(duì)科研團(tuán)隊(duì)的控制或編隊(duì)算法進(jìn)行驗(yàn)證。讓學(xué)校實(shí)驗(yàn)室專注于算法研究工作，檢驗(yàn)理論成果，提升實(shí)驗(yàn)效率，大大推動(dòng)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(duì)控制算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，可對(duì)多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)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(duì)控制技術(shù)、通信組網(wǎng)技術(shù)和虛擬/實(shí)物驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)平臺(tái)技術(shù)等無人機(jī)多機(jī)編隊(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究教學(xué)，可開展編隊(duì)通信原理、集群算法、無人機(jī)集群作戰(zhàn)運(yùn)用等實(shí)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(shì)，備受各國重視，目前正處于飛速發(fā)展階段，隨著相關(guān)技術(shù)的日益成熟，智能無人機(jī)集群必將作為無人機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分成為未來戰(zhàn)場(chǎng)中的重要作戰(zhàn)樣式，在戰(zhàn)爭(zhēng)中扮演重要的角色甚至改變戰(zhàn)局。

該技術(shù)團(tuán)隊(duì)由北京航空航天大學(xué)、清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等知名高校畢業(yè)的博士和碩士組成,擁有多年教育類無人機(jī)系統(tǒng)的研發(fā)經(jīng)驗(yàn),卓翼智能公司與多個(gè)高校建立重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室合作,與北航、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、哈工大等多所著名高校的飛行控制實(shí)驗(yàn)室建立長期深度合作。數(shù)位資歷深厚的北航教授、副教授擔(dān)任技術(shù)顧問,確保研發(fā)環(huán)境和設(shè)備的先進(jìn)性及行業(yè)技術(shù)的前瞻性。在無人機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)系統(tǒng)、飛行控制、抗風(fēng)穩(wěn)定、slam視覺導(dǎo)航、集群與協(xié)同、高精度室內(nèi)定位系統(tǒng)、無人車等多個(gè)領(lǐng)域擁有國內(nèi)一流的核心技術(shù),擁有國內(nèi)多項(xiàng)技術(shù)專利。

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