作者：张丹凝 程岳 林清 余冠锋 肖刘炜
来源：《中国新通信》2022年第04期
【摘要】 近年来，由于无人机的迅猛发展，无人机集受到了广泛地关注。无人机集本质是一个复杂且庞大的系统，单机执行任务时承载量较小、对信息的感知能力弱等不足随着其作战概念的提出也得到了有效的解决;另外，无人机技术发展的重要方向之一就是其作战 方面的研究与应用。本文介绍了无人机集作战的关键技术及发展趋势。首先，介绍了无人机集作战的概念和优势。其次，对集作战的发展现状进行了简要说明。然后分析了集作战中所需的关键技术。最后对集作战未来的发展趋势进行了一些推测。为无人机集作战理论研究工作提供参考。 【关键词】 无人机（UAV） 无人机集 集互作战
引言：
无人机集作战，是近些年被提出的一个概念，其本质是一种作战模式。集作战的灵感来自蜂、蚁、鸽、狼等自然界生物落，目的是对低智能居生物在迁徙、巡游或是躲避敌害过程中的联络和协同的方式进行模仿，大幅提升作战系统整体性能，自主协同完成复杂任务。集作战主要是由智能机器构成的，值得注意的是，简单地将大量无人作战平台集合并不能称为智能机器集，智能机器集是指各作战平台间能够进行协同合作沟通，并且利用集智能来完成复杂作战任务。由于人工智能技术在自主协同作战和无人机集项目上的发展与运用，无人机集作战对未来战场的影响必将越来越大，集互作战也必然成为当前空战中亟需解决的重难点问题。[1]
一、 集互作战的概念和优势
（一）集互作战的概念
集是指为实现某种共同目标的体在实现目标时而产生的协调行为，是受自然界蜂、蚁等的启发衍生而来的。其特点为可以显现出智能行为的整体是基于大量的个体间相互协作、沟通而形成的，个体的数量多、功能单一，且运动遵循的逻辑规则相对简单。
集作战是集在军事领域方面的应用。其核心是利用很多作战单元执行各种作战任务，比如侦查、攻击、防御、控制等，在执行任务的同时，各个作战单元需要实时感知战场态势的变化，以此来转换不同的作战模式。
无人机集作战，其本质是模仿自然界生物集的编队飞行，[2]一般是指通过多个关键技术使得母机在不同平台投放的一定规模及数目的无人机间相互协同合作来完成作战任务的一种新型作战概念。
集互作战，该概念来源于美国空军发布的《小型无人机系统飞行规划（2016-2036）》，一方面，该规划首次提出了“集作战”和“忠诚僚机”这两个概念，另一方面，这
是当前空战系统中的重要研究方向。自2015年由美空军启动的忠诚僚机项目，其本质就是有人机/无人机协同作战，为了保证系统的可靠性和稳定性，降低系统的智能成本，领导者-跟随者机制是解决有人机/无人机协同的有效手段之一。忠诚僚机使用的是中型无人机和有人机编队的集形式。[3-4]首先是可以降低成本，方法是将老旧飞机进行改造，使其可在能自主控制的情况下与新型战机组成新的编队进行协同作战;其次是新型战机可以对改造后的无人机进行指挥和控制，更加贯彻了无人机集项目的低成本规模化和自主性，目的是让无人机进入防空态势严峻、任务条件严苛等有人机到达不了的区域进行作战，大大降低了飞行员的负担。
（二）集互作战的优势
1.作战效率高，容错性好
集互作战相较于大型无人机作战具有作战效率高且容错性好的优点。集互作战可以在不同的战场态势、不同的打击效果下，灵活变更作战计划、为无人机匹配不同的作战任务，且单个无人机间互相不关联，不会影响整体作战效率。在完成相同的任务时，集作战所需时间比单个无人机所需时间要少很多。综上，集互作战具有明显优势，
在对抗敌人时拥有更大胜率。
2.参战数量多，任务完成率高
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在复杂的战场环境下，作战单元数量比单元作战能力更为重要、更能决定胜负。无人机集中的无人机个体具有“无中心”和“自主协同”的特点，互相之间不依赖于对方。如果集中的一架无人机遭遇打击，其他的无人机仍然可以完成任务。
大数量决定了无人集中无人机功能可以趋于分化，单個无人机可以完成不同的任务，诸如侦察、攻击、通信、防御等，无人集能够建立起一套完备的作战体系。对敌方来说，无人集庞大的体量使其战损的概率大幅提高，再坚实的防御体系也难免会有疏漏。
3.作战成本低
功能单一的小型无人机设计构造相对简单、平台成本较低，数千架小型无人机的价格也远小于一架大型无人机的成本，其研制费用、生产成本和维修保障费用更是比有人机低很多。退役的无人机还可以被改装加以使用，经济性较高。并且无人机集具有较强的隐
藏性，不易被察觉，甚至被击落的成本也远远小于其本身的价格。所以在战争预算有限的情况下，无人机具有更低的作战成本。
4.人员伤亡少，决策与行动速度快
无人机能够在极端天气情况下取代有人机执行作战任务，例如极寒、酷暑、暴雪等，并且其可以不受影响高强度飞行，很大程度上节省了人力，而且不会有人员伤亡。无人机可以且其作战目标较小，战场生存能力强。另外，无人机集自身具有决策能力，在不同战场态势的情况下，自主分配作战任务，并传递信息给对应的作战平台。各平台协同实施行动，提高了反应速度，加快了作战进程。
5.协同作战
集互作战中各无人机间能够自适应协同，通常分为协同探测、协同攻击和自我防御三个阶段。协同探测阶段，有三种方式可以完成探测任务，一是无人机探测目标，有人机进行信息处理和决策;二是有人机定位目标，无人机前往探测并将目标信息传回给有人机;三是利用敌方目标自身的辐射源，无人机实现无源定位并将信息传递给有人机。协同攻击
阶段，有人机将目标信息实时发送给无人机集，各无人机随即做出武器系统发射准备，对目标进行压制、攻击和干扰。自我防御阶段，搭建一个多层次防御网，对敌警戒，并灵活地对威胁目标进行攻击，保护我方安全。[5]
蜂鸣器封装 二、国内外集互作战发展现状
关于集互作战技术的研究是国外先开始的，并且研究侧重于研究集整体。美军公布的首份小型无人机系统（SUAS）发展路线图阐述了无人机集的作战任务，主要有协同打击与侦查、反无人机、超视距作战、信息优势等。且在集互作战方面，美国有很多机构均开展了研究，重点项目有：“忠诚僚机”项目、“体系综合技术和试验”（SoSITE）项目以及“小精灵”（Gremlins）项目等。不过美军集互作战项目也均处于研制试验阶段，还没有成熟的装备。
由于国内的现有技术还不够成熟，所以对集互作战整体的研究还在起步阶段，但在一些个体方面有深度研究且有不少理论成果，例如在多架无人机自主协同控制中的信息感知与传递、编队和队形、避障等。虽然美国的无人机集技术一直遥遥领先，但是我国的发展也不容小觑，且我国的集互作战正在飞速发展。数据显示，我国已经连续两次
刷新了美国的无人机集飞行规模。或许在不久的将来能够实现弯道超车，超越美国。
三、集互作战发展中的关键技术
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（一）协同规划控制技术
集协同规划控制技术包括作战平台任务分配调整、集编队队形重构等几个方面。关于作战平台任务分配调整方面的研究，尚处于起步阶段，主要取得的成果均偏理论研究。
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文献[6]给出了两种场景，分别为无人机集执行单一任务和执行多个任务的场景，针对这两种场景，提出了“招标-竞标-中标”和基于CBBA算法两种流程。文献[7]提出了多种遗传算法，且都是基于任务时间最短这一原则，然后通过各算法对无人机进行控制规划及仿真。文献[8-10]主要研究的是无人机集的任务分配问题，其使用了不同的智能算法，例如蚁、粒子等。
集编队作战方面，战场态势是不斷变化的，各方面出现问题都会导致无人机集编队队形重构。如何根据作战环境和任务的变化保证编队队形高效且安全的变换，让无人机
集编队能够最大限度地进行打击和完成任务是至关重要的。目前有多种无人机集编队行为控制的方法：基于行为、基于环境感知、基于角分配。[11]
（二）通信环境受阻下的无人机集通信技术
由于无人机集的思想源自于居动物，自然界的鸟、蜂、蚁、狼等居动物在体行动时进行了密切沟通，所以通信技术是集互作战中的一个重要技术。对无人机集进行能力集成是提高无人机编队的组织能力与协同能力的关键。通信网络需要有效抵抗敌人反无人机的手段，所以需要具备智能化、高鲁棒、低探测、抗干扰等能力。[12]将来的无人机集通信技术要能保证高效、安全、稳定来满足无人系统完成任务高效性的需求。
自主交互集技术，是利用智能化、无人化平台的自主交互、能力集成和动态编组等功能进行运作的新一代信息技术。其关键技术主要包括：环境感知与认识、多机协同任务规划与决策、信息交互与自主控制、人机智能融合与自适应学习技术、人机综合显控技术
、基于故障预测的任务规划技术等。自主交互集技术的本质是“集智能”，是通过多个机器单个间进行合作协同，从而显现出来的集体智能行为。自主交互集技术大幅度增强了了无人系统的能力，例如自主感知、决策、控制、风险评估等。利用语音、手势、表情、眼动、脑电和肌电等先进的自主交互技术和设备，通过多通道的交互验证，最大程度地利用了人机交互的自然、方便与快捷，充分发挥战场信息系统的整体效能。[5]
（四）战场态势感知技术
卢卡纤维 战场环境非常复杂，一方对另一方的威胁程度也是一无所知，如何确定敌方的威胁程度至关重要，所以利用无人机集获取的实时信息对战场态势进行全面评估。态势感知技术的首要任务是通过各作战平台及其他传感器搜集信息数据，利用人工智能对其进行分析并处理，运用智能算法结合态势信息和理论逻辑，从而能够对决策进行辅助，提升系统对态势分析的精确度。[13]主要技术包括目标信息探测、目标状态评估、态势感知共享。[14]
四、无人机集技术的发展趋势
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