無人機(jī)/無人艇協(xié)同控制研究進(jìn)展

徐小斌 段海濱 曾志剛 鄧亦敏

摘 要：面對未來水上作戰(zhàn)環(huán)境的立體化、多樣化、復(fù)雜化，無人機(jī)/無人艇在充分利用自身優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，能夠通過協(xié)同的形式獲得作戰(zhàn)效能的最大化，無人機(jī)/無人艇協(xié)同控制為軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域的水上作業(yè)提供了新的技術(shù)手段。本文分別對空海跨域協(xié)同-機(jī)/艇協(xié)同概念、國內(nèi)外無人機(jī)/無人艇協(xié)同發(fā)展現(xiàn)狀、無人機(jī)/無人艇協(xié)同起降技術(shù)及無人機(jī)/無人艇協(xié)同控制的未來發(fā)展趨勢等方面進(jìn)行了總結(jié)。研究表明，無人機(jī)/無人艇空?？缬蛄Ⅲw協(xié)同控制作為一項(xiàng)顛覆性技術(shù)和作戰(zhàn)理念，為未來異構(gòu)無人系統(tǒng)的研究發(fā)展指明了方向。

關(guān)鍵詞：無人機(jī); 無人艇; 無人系統(tǒng); 空?？缬? 異構(gòu)協(xié)同; 制導(dǎo)與控制

中圖分類號：TJ765; V279

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-5048（2020）06-0001-06

0 引? 言

無人系統(tǒng)是未來戰(zhàn)爭的主力軍，正朝著分布式、立體化、多域作戰(zhàn)的模式發(fā)展。無人平臺、武器系統(tǒng)及作戰(zhàn)運(yùn)籌的智能化對無人系統(tǒng)技術(shù)在未來智能化戰(zhàn)爭中的應(yīng)用起著關(guān)鍵作用。智能化協(xié)同的無人系統(tǒng)集群作戰(zhàn)是未來戰(zhàn)爭的主要形態(tài)，也是當(dāng)前及未來無人系統(tǒng)技術(shù)的研究重點(diǎn)[1]。

無人系統(tǒng)[2-3]作為有人系統(tǒng)的重要補(bǔ)充力量，以更加安全、隱蔽、高效、低廉的方式完成多種高危、復(fù)雜、繁瑣、重復(fù)的任務(wù)，成為異構(gòu)智能體聯(lián)合作戰(zhàn)體系的重要組成成分[4-5]。美國國防部在2018年8月30日公布第五版《2017—2042財(cái)年無人系統(tǒng)綜合路線圖》，旨在進(jìn)一步將無人系統(tǒng)整合到作戰(zhàn)體系，以確保各軍種的無人系統(tǒng)發(fā)展目標(biāo)及工作與國防部規(guī)劃保持一致[6]。2018年12月21日，中國工程院院士、同濟(jì)大學(xué)陳杰教授發(fā)表了題為《人工智能發(fā)展中的若干科學(xué)問題及顛覆性技術(shù)》的報(bào)告，指出自主智能無人系統(tǒng)將是人工智能的發(fā)展方向，亟需各學(xué)科交叉融合以及各領(lǐng)域?qū)＜业耐献鱗7]。據(jù)預(yù)測，到2025年無人系統(tǒng)在美軍、俄軍武器裝備中的比例將達(dá)到30%以上，到2030年美軍60%的地面作戰(zhàn)平臺將實(shí)現(xiàn)無人智能化。

隨著無人機(jī)自主能力和智能化水平不斷提高，無人機(jī)不僅在任務(wù)偵察、目標(biāo)打擊等軍事領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，而且在農(nóng)業(yè)植保、遙感測繪、森林消防及影視航拍等民用領(lǐng)域也被大量應(yīng)用[8-10]。可見，無人化智能裝備及武器越來越受到世界各國的關(guān)注。如今，世界軍事強(qiáng)國又紛紛把目光投向水上無人作戰(zhàn)艇[11]，作為未來海上戰(zhàn)爭的新銳武器，無人艇技術(shù)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展。同樣，無人艇也分為軍用和民用兩類，軍用無人艇主要用于海事安全及感應(yīng)掃雷等，民用無人艇主要用于海洋環(huán)境監(jiān)測、海洋生物研究、海岸測量測繪、通信中繼、領(lǐng)海監(jiān)視等。無人系統(tǒng)發(fā)展過程中都存在各自的優(yōu)勢及其自身難以克服的短板，異構(gòu)無人系統(tǒng)的協(xié)同可以達(dá)到取長補(bǔ)短、效能最大化的目的。

無人機(jī)/無人艇跨域協(xié)同是當(dāng)今國際的前沿技術(shù)，引起了世界各發(fā)達(dá)國家和經(jīng)濟(jì)體的廣泛重視，并被列為無人系統(tǒng)發(fā)展路線圖的戰(zhàn)略核心技術(shù)。我國將無人系統(tǒng)群體跨域協(xié)同列為未來的戰(zhàn)略發(fā)展方向[12]。無人機(jī)/無人艇協(xié)同技術(shù)及裝備對維護(hù)我國海洋權(quán)益、管控我國水域資源起著至關(guān)重要的作用。

1 空?？缬虍悩?gòu)協(xié)同-機(jī)/艇協(xié)同概念

無人機(jī)作為一種自動化作業(yè)工具，具有速度快、視野廣等優(yōu)勢。隨著無人機(jī)的自主能力和智能化水平不斷提高，以及無人機(jī)面對的復(fù)雜跨域協(xié)同任務(wù)需求的不斷增長，決定了未來無人機(jī)勢必朝著多域化、自主化、智能化、集群化方向發(fā)展[13-15]。但是在發(fā)展過程中，無人機(jī)續(xù)航能力短、載荷能力弱的缺陷極大地制約了其作戰(zhàn)效能。美國陸軍于2020年9月發(fā)布的《小型無人機(jī)系統(tǒng)（Small Unmanned Aerial System，SUAS）戰(zhàn)略》，旨在將現(xiàn)有的無人機(jī)和新型無人機(jī)整合到未來的無人系統(tǒng)編隊(duì)中，并能夠?qū)崿F(xiàn)多域作戰(zhàn)（Multi Domain Operations，MDO），以提升作戰(zhàn)效能。無人艇作為未來水上新銳武器，具有自主航行、智能避障、續(xù)航能力長、載荷能力強(qiáng)等優(yōu)勢，在軍用和民用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

隨著工業(yè)4.0概念的提出，《中國制造2025》[16]等國家戰(zhàn)略接踵而至，正式宣告第四次工業(yè)革命開拔。隨著對無人系統(tǒng)自動化、數(shù)字化、集群化和智能化要求的深化，相比于同構(gòu)多無人平臺，異構(gòu)多無人平臺可以利用不同個(gè)體的優(yōu)勢形成更強(qiáng)的多維空間信息感知能力，完成更復(fù)雜的工作[17-18]。針對無人機(jī)和無人艇自身存在的優(yōu)勢及短板，將無人機(jī)/無人艇融合到?？哲娮鲬?zhàn)體系和民用領(lǐng)域中，將極大地改變未來?？章?lián)合作戰(zhàn)態(tài)勢及跨域復(fù)雜任務(wù)執(zhí)行模式。李凌昊等[19]將無人機(jī)與水面無人平臺協(xié)同作戰(zhàn)分為3類：無人艇為跨域中心的協(xié)同作戰(zhàn)、異構(gòu)平臺一體化的協(xié)同打擊作戰(zhàn)和異構(gòu)平臺協(xié)同探測隱身目標(biāo)。

2 國內(nèi)外無人機(jī)/無人艇協(xié)同發(fā)展現(xiàn)狀

在無人機(jī)/無人艇控制相關(guān)研究中，主要包括協(xié)同體系結(jié)構(gòu)、協(xié)同系統(tǒng)組成、協(xié)同任務(wù)分配、協(xié)同編隊(duì)、協(xié)同路徑規(guī)劃、協(xié)同控制等[18]。其中，無人機(jī)/無人艇精準(zhǔn)協(xié)同起降控制對海面異構(gòu)平臺可靠執(zhí)行協(xié)同任務(wù)尤為重要，對保證其全天候任務(wù)執(zhí)行與安全具有重要意義。

作為無人艇的一類重要協(xié)作平臺，艦艇無人機(jī)對于拓展無人艇海上作業(yè)有著舉足輕重的作用[18]。2011年9月，美國成功進(jìn)行了無人機(jī)著艦試驗(yàn)，由此拉開了無人機(jī)自主著艦的序幕。2012年12月，法國在“拉斐特”級護(hù)衛(wèi)艦上進(jìn)行了艦載無人機(jī)自動起降系統(tǒng)的海上試驗(yàn)并取得成功[20]。在無人機(jī)著艦的研究過程中，也付出了巨大的代價(jià)，美國EA-6B“徘徊者”著艦失敗，損失慘重。2016年，俄羅斯“雅克”-141在垂直降落著艦過程中瞬間毀滅。因此，對于無人機(jī)著艦的研究需要進(jìn)一步深化。

相比于大型艦艇，無人艇具有易操縱、成本低、自主性強(qiáng)、靈活性強(qiáng)等優(yōu)勢，在海洋測繪、水上救援、軍事偵察、協(xié)同打擊等方面發(fā)揮著巨大的作用。2017年美國海軍水面艦艇協(xié)會年會公布了空海協(xié)同系統(tǒng)概念圖，表示美國海軍未來將列裝單艇攜帶多架無人機(jī)執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)的系統(tǒng)[17]，美國海軍空海系統(tǒng)概念圖如圖1所示。

2005年，5級颶風(fēng)“威爾瑪”登陸佛羅里達(dá)州羅曼諾角，南佛羅里達(dá)大學(xué)機(jī)器人輔助搜救中心出動iSENYS直升機(jī)和一架無人水面艇AEOS-1對距離馬可島14 km的部分地區(qū)的破壞情況進(jìn)行調(diào)查，這是已知的第一次使用無人機(jī)/無人艇聯(lián)合平臺進(jìn)行的應(yīng)急響應(yīng)，也是第一次體現(xiàn)出無人機(jī)/無人艇協(xié)同系統(tǒng)的實(shí)用價(jià)值[21]。

2017年，美國海軍實(shí)現(xiàn)多旋翼無人機(jī)在RobotX競賽艇上的降落。據(jù)美國《國防系統(tǒng)網(wǎng)》報(bào)道，美海軍開發(fā)的“幽靈艦隊(duì)”概念，是使水面、空中和水下的多個(gè)無人系統(tǒng)編隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)，在執(zhí)行廣泛的作戰(zhàn)任務(wù)的同時(shí)使海軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)人員遠(yuǎn)離風(fēng)險(xiǎn)。以色列作為無人艇研究的另一支先驅(qū)隊(duì)伍，在“海上騎士”的基礎(chǔ)上，將無人機(jī)/無人艇協(xié)同作戰(zhàn)作為海軍在無人艇發(fā)展方面的新方向。法國艦艇建造局（DCNS）于2017年5月成功實(shí)現(xiàn)3種無人系統(tǒng)（無人機(jī)、無人艇和無人潛航器）的協(xié)同作戰(zhàn)，在歐洲范圍內(nèi)尚屬首次。

空?？缬騾f(xié)同不僅在軍用領(lǐng)域有極大的應(yīng)用價(jià)值，在民用領(lǐng)域也有非常廣泛的應(yīng)用。2018年，由云洲、百度、比亞迪、零度智控和高巨創(chuàng)新等企業(yè)聯(lián)合開發(fā)的由無人船（艇）、無人車（Unmanned Ground Vehicle，UGV）、無人機(jī)組成的“海陸空”無人系統(tǒng)聯(lián)合展演，震撼亮相世界上最長的跨海大橋——港珠澳大橋，如圖2所示，向全世界展現(xiàn)了中國實(shí)力。2020年11月，長江干流開展冬季執(zhí)法大練兵首次執(zhí)法巡航，無人機(jī)從游艇上起飛并在空中巡查污染源，但此次無人機(jī)是與游艇的合作，尚未實(shí)現(xiàn)自主。

3 無人機(jī)/無人艇協(xié)同起降研究現(xiàn)狀

當(dāng)無人機(jī)距離陸地太遠(yuǎn)且剩余電量很低時(shí)，無人機(jī)必須在水上降落。無人機(jī)降落到無人艇上進(jìn)行能源補(bǔ)充是無人機(jī)/無人艇異構(gòu)協(xié)同平臺的一項(xiàng)重要任務(wù)，也是無人機(jī)實(shí)現(xiàn)長航時(shí)執(zhí)行任務(wù)的基礎(chǔ)。無人機(jī)/無人艇協(xié)同的一個(gè)關(guān)鍵步驟是無人機(jī)/無人艇精準(zhǔn)起降，但機(jī)/艇精準(zhǔn)起降存在落點(diǎn)動、區(qū)域小、干擾多等挑戰(zhàn)。

3.1 無人機(jī)/無人艇協(xié)同平臺

早期的無人機(jī)/無人艇協(xié)作平臺之間的耦合很小。趙良玉等[22]對無人機(jī)/無人艇自主降落的若干相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，主要包括：無人機(jī)自主降落到無人艇上的整個(gè)工作過程、無人機(jī)自主降落的引導(dǎo)技術(shù)和無人機(jī)自主降落的輔助技術(shù)等。Koo等[23]提出了一種基于無人機(jī)/無人艇協(xié)作平臺的水母配送管理系統(tǒng)，無人機(jī)用于識別和估計(jì)水母的位置，無人艇根據(jù)無人機(jī)估計(jì)出的結(jié)果引導(dǎo)無人艇對水母進(jìn)行驅(qū)趕或清除。針對水上無人機(jī)/無人艇救援平臺的研究，Dufek等[24]利用無人機(jī)提供溺水者的實(shí)時(shí)視頻，分別通過兩種視覺定位方法來估計(jì)無人艇的位置和方向，進(jìn)而協(xié)助無人艇導(dǎo)航。Omar[25]分別建立旋翼無人機(jī)和無人艇模型，采用基于PID反饋回路的控制結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)不同任務(wù)模式下的無人機(jī)/無人艇協(xié)同控制。由于無人機(jī)/無人艇協(xié)同作戰(zhàn)性能受到通信能力的制約，Ma等[26]提出了一種適用于無人機(jī)/無人艇協(xié)同的基于AdHoc網(wǎng)絡(luò)的分布式動態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通信框架。隨著無人機(jī)/無人艇之間的聯(lián)動能力逐漸增強(qiáng)，無人機(jī)與無人艇之間的耦合關(guān)系逐漸被關(guān)注。Shao等[27]設(shè)計(jì)了一種用于USV-UAV耦合系統(tǒng)的新型協(xié)作平臺，該平臺采用多超聲波聯(lián)合動態(tài)定位算法，解決了耦合式無人偵察系統(tǒng)的定位問題，并利用層次化的著陸引導(dǎo)點(diǎn)生成算法，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)降落到無人艇上的有效引導(dǎo)，如圖3所示。

3.2 基于視覺的無人機(jī)/無人艇自主著艇技術(shù)

上海交通大學(xué)IPAC團(tuán)隊(duì)近年來一直在從事空地協(xié)同和空海協(xié)同方面的研究，于2018年在國內(nèi)最早成功實(shí)現(xiàn)了基于視覺的旋翼無人機(jī)自主水上精準(zhǔn)降落。2019年，上海交通大學(xué)通過GPS引導(dǎo)和視覺導(dǎo)航在夜幕中實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)自主著艇。同年，華中科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)相繼克服了識別慢、對不準(zhǔn)、跟不上、干擾大、難著艇等問題，在廣東松山湖采用自主研發(fā)的HUSTER-68無人艇和無人機(jī)，成功完成了基于視覺的機(jī)艇協(xié)同運(yùn)動起降。華中科技大學(xué)無人機(jī)艇協(xié)同起降試驗(yàn)如圖4所示，標(biāo)志著無人機(jī)/無人艇協(xié)同技術(shù)再上新臺階。

無人機(jī)/無人艇協(xié)同起降離不開精準(zhǔn)的導(dǎo)航技術(shù)。然而，常規(guī)的GPS導(dǎo)航方式并不能滿足無人機(jī)降落到無人艇上的精度要求; 慣性導(dǎo)航等其他導(dǎo)航方式也會存在受傳感器的限制及自身導(dǎo)航誤差積累而導(dǎo)致的精度降低問題?；谝曈X的導(dǎo)航方式具有不依賴傳感器且誤差不積累等優(yōu)勢，因此常常被應(yīng)用到精準(zhǔn)導(dǎo)航中。Sanchez-Lopez等[28]通過卡爾曼濾波器保證了無人機(jī)估計(jì)的魯棒性，進(jìn)而依靠視覺實(shí)現(xiàn)自主著陸。Xu等[29]通過識別合作目標(biāo)點(diǎn)并進(jìn)行位姿估計(jì)的方式，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)降落到海面移動目標(biāo)上。隨著計(jì)算機(jī)視覺及深度學(xué)習(xí)的不斷發(fā)展與深入，基于深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)檢測與跟蹤方式也被廣泛應(yīng)用到無人機(jī)降落過程的視覺處理。但是深度學(xué)習(xí)的方法依賴大量的目標(biāo)數(shù)據(jù)庫，算法運(yùn)算量大，很難做到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。Xu等[30]提出一種三階視覺檢測方法進(jìn)行無人機(jī)與無人艇之間的相對位姿估計(jì)，進(jìn)而控制無人機(jī)降落到無人艇上，最終在湖上進(jìn)行了驗(yàn)證。Young等[31]提出了USV/UAV輔助測量方法，該方法采用位于無人機(jī)上的視覺傳感器捕捉高分辨率圖像，以及部署在無人艇上的聲吶傳感器來獲取水深讀數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)無人機(jī)與無人艇的協(xié)同。

仿生視覺技術(shù)的發(fā)展為視覺信息處理提供了新的思路。以鷹為代表的猛禽享有“天空之王”的美譽(yù)，具有極高的視覺敏感度[32-33]。鷹能夠在高空中發(fā)現(xiàn)海面上的魚，并迅速跟蹤鎖定目標(biāo)直至抓捕到魚，如圖5所示。Duan等[34]應(yīng)用仿鷹眼視覺的對比敏感度機(jī)制進(jìn)行合作目標(biāo)檢測，并利用特征點(diǎn)匹配實(shí)現(xiàn)精確的位姿估計(jì)，獲得了較高的精度。Deng等[35]設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于仿

鷹眼視覺的目標(biāo)檢測視覺平臺，并采用顯著性分析的方法估計(jì)潛在目標(biāo)的位置。Wang等[36]通過對鳥類的視覺系統(tǒng)，特別是與視覺注意機(jī)制有關(guān)的細(xì)胞核進(jìn)行研究，

提出了一種分層視覺注意模型，用于顯著性檢測。Duan等[37]仿鷹眼視覺導(dǎo)航機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)的自主著陸。此外，為了更好地模擬鷹眼超強(qiáng)的視覺能力，北京航空航天大學(xué)的段海濱教授團(tuán)隊(duì)[32]研制出了一種仿鷹眼變分辨率視覺成像裝置，從實(shí)物的角度真正模擬鷹眼視覺。

無人機(jī)以其搜索范圍廣、通信距離遠(yuǎn)等優(yōu)勢彌補(bǔ)無人艇搜索距離近、通信范圍小的缺陷，無人艇以其續(xù)航能力強(qiáng)的長處填補(bǔ)無人機(jī)續(xù)航能力短的短板。因此，無人機(jī)/無人艇協(xié)同[22]及基于視覺的無人機(jī)/無人艇精準(zhǔn)起降協(xié)同是未來執(zhí)行戰(zhàn)爭任務(wù)、水上搜救、環(huán)境監(jiān)測等復(fù)雜任務(wù)的主要手段，也為實(shí)現(xiàn)空?？缬虍悩?gòu)協(xié)同奠定了基礎(chǔ)。

4 未來展望

無人作戰(zhàn)平臺是未來戰(zhàn)爭中武裝偵察、目標(biāo)探測、陣地防護(hù)、武裝打擊、執(zhí)行特殊任務(wù)、海洋環(huán)境保護(hù)、海洋生物保護(hù)，且實(shí)現(xiàn)零傷亡、多重復(fù)工作任務(wù)的重要手段。無人艇作為海上作戰(zhàn)的新銳武器，會在未來的戰(zhàn)爭中協(xié)同無人機(jī)、無人潛航器和無人車等，共同構(gòu)筑一個(gè)完整的無人化戰(zhàn)場[17]。

各國正在競相發(fā)展多功能異構(gòu)無人系統(tǒng)，無人機(jī)/無人艇異構(gòu)協(xié)同是無人系統(tǒng)智能化、立體化的新生力量。無人機(jī)/無人艇空海跨域異構(gòu)立體協(xié)同構(gòu)想如圖6所示。垂直起降無人機(jī)既具備多旋翼無人機(jī)懸停的優(yōu)勢，又具備固定翼無人機(jī)能夠高速航行的優(yōu)點(diǎn)，且兩種模式可以根據(jù)任務(wù)需求進(jìn)行切換。在保證通信正常的前提下，垂直起降無人機(jī)與水面無人艇的協(xié)同可以在有限的任務(wù)時(shí)間內(nèi)，收到更高的效益。

無人機(jī)/無人艇協(xié)同作為水面武器裝備無人化發(fā)展的重要分支，將在未來軍事打擊、偵察巡邏、遠(yuǎn)海作戰(zhàn)、海上救援、地理測繪、環(huán)境監(jiān)測等軍用和民用領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用，但要真正實(shí)現(xiàn)無人機(jī)/無人艇的協(xié)同控制還需要解決以下關(guān)鍵問題。

（1） 智能感知。對于任務(wù)環(huán)境的智能感知是使無人機(jī)/無人艇協(xié)作效能最大化的前提基礎(chǔ)。精確感知任務(wù)環(huán)境中的合作信息或威脅因素，使得無人機(jī)或無人艇在利用自身優(yōu)勢的同時(shí)，還能增強(qiáng)自身的存活率。模仿生物的視角實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的識別、跟蹤是計(jì)算機(jī)視覺長期以來發(fā)展的方向和目標(biāo)，仿鷹眼視覺恰恰能為無人機(jī)/無人艇對外界復(fù)雜環(huán)境的智能感知提供好的解決方案[38]。

（2） 環(huán)境自適應(yīng)。環(huán)境自適應(yīng)是無人系統(tǒng)在面臨復(fù)雜任務(wù)環(huán)境時(shí)的一個(gè)挑戰(zhàn)性問題。在復(fù)雜多變的環(huán)境中準(zhǔn)確識別擅長偽裝的目標(biāo)，對無人機(jī)/無人艇來說都是一個(gè)難關(guān)。隨著計(jì)算機(jī)視覺、深度學(xué)習(xí)及仿生視覺技術(shù)的發(fā)展，使無人機(jī)/無人艇具備環(huán)境自適應(yīng)及學(xué)習(xí)戰(zhàn)場環(huán)境的能力是機(jī)/艇在空?？缬騾f(xié)同任務(wù)中致勝的關(guān)鍵。

（3） 提升無人機(jī)/無人艇的自我生存能力。無人機(jī)/無人艇在執(zhí)行任務(wù)過程中難免會因?yàn)楣收隙鴵p失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，無人系統(tǒng)被擊落摧毀的案例也不在少數(shù)。因此，發(fā)展隱身技術(shù)是無人機(jī)/無人艇長時(shí)間執(zhí)行協(xié)同任務(wù)的一個(gè)重點(diǎn)方向。

（4） 提升電磁網(wǎng)絡(luò)的安全性。無人機(jī)/無人艇協(xié)同過程中高度依賴通信網(wǎng)絡(luò)，而二者之間進(jìn)行信息交互的通信網(wǎng)絡(luò)存在被敵人或其他電磁設(shè)備干擾的風(fēng)險(xiǎn)。因此，提升電磁網(wǎng)絡(luò)的安全性是無人機(jī)/無人艇數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)共享與交互的必要保障。

（5） 功能向攻擊性作戰(zhàn)平臺演變。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)的發(fā)展，無人機(jī)和無人艇單體功能的不斷增加與完善，無人系統(tǒng)的自主性也越來越強(qiáng)，二者將融合為一個(gè)整體，在戰(zhàn)場上發(fā)揮更大的優(yōu)勢。無人機(jī)/無人艇的協(xié)同也不再局限于編隊(duì)、巡邏、測繪等單一的任務(wù)模式，而是可以拓展到具有攻擊性且更復(fù)雜的作戰(zhàn)任務(wù)中，轉(zhuǎn)變成具有精確打擊能力的無人武器裝備，這對于敵方航空母艦等大型海上作業(yè)裝備構(gòu)成了極大威脅。

5 結(jié)? 論

我國擁有廣袤的海洋國土，以及眾多的河流湖泊?？蘸？缬驘o人系統(tǒng)裝備的革新是“海上絲綢之路”戰(zhàn)略落實(shí)的必經(jīng)之路。隨著無人化、智能化技術(shù)的不斷進(jìn)步，同構(gòu)個(gè)體到同構(gòu)集群、同構(gòu)個(gè)體到異構(gòu)個(gè)體、同構(gòu)集群到異構(gòu)集群是在未來復(fù)雜任務(wù)環(huán)境中無人系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展的一個(gè)必然發(fā)展趨勢。無人機(jī)/無人艇跨域任務(wù)模式將不斷拓展，其軍事價(jià)值受到世界各主要軍事強(qiáng)國的高度肯定和重視。無人機(jī)/無人艇協(xié)同控制在空?？缬虍悩?gòu)協(xié)同有著不可替代的地位。同時(shí)，無人機(jī)/無人艇精準(zhǔn)起降協(xié)同是無人機(jī)/無人艇能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)的關(guān)鍵步驟[39]。未來，我國應(yīng)加大投入研制輕型水面無人作戰(zhàn)艇與無人機(jī)等其他無人系統(tǒng)的協(xié)同，使我國水面武器裝備建設(shè)體系更加完善。伴隨著水面無人系統(tǒng)的智能感知、信息融合、自主決策、動態(tài)防撞、精準(zhǔn)起降等關(guān)鍵技術(shù)的不斷突破，必將推動我國空?？缬蛭淦餮b備無人系統(tǒng)發(fā)展到一個(gè)新臺階。

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Progresses in UAV/USV Cooperative Control

Xu Xiaobin1，Duan Haibin1*，Zeng Zhigang2，Deng Yimin1

（1. Beihang University，Beijing 100083，China; 2. Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China）

Abstract：

Facing to the three-dimensional，diversified and complex marine combat environment in the future，unmanned aerial vehicle （UAV） and unmanned surface vehicle （USV） make full use of their own advantages to maximize the effectiveness of cooperative operations. UAV/USV collaborative control provides a new technology for maritime operations in military and civil fields. The concept of air-sea multi domain cooperation- UAV/USV cooperation，the development status of UAV/USV cooperation，the technology of UAV/USV cooperation take-off and landing and the future development trend of UAV/USV cooperative control technology are summarized in this review. The research shows that the multi-domain air-sea three-dimensional cooperation of UAV/USV，which is regarded as a subversive technology and operational concept，points out the deve-lopment direction for the future research of heterogeneous unmanned systems.

Key words： UAV; USV; unmanned system; air-sea multi-domain; heterogeneous collaboration; gui-dance and control

收稿日期：2020-11-10

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（U1913602; U19B2033; 61803011）

作者簡介：徐小斌（1990-），女，山東威海人，博士，研究方向是仿生智能信息處理。

通訊作者： 段海濱（1976-），男，山東廣饒人，博士，教授，研究方向是無人機(jī)自主控制。E-mail： hbduan@buaa.edu.cn