飛行器集群協(xié)同控制技術(shù)分析與展望

鄭 卓，路坤鋒，王昭磊，姚 征

(1. 北京航天自動(dòng)控制研究所，北京 100854；2. 宇航智能控制技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100854)

0 引 言

飛行器集群具有高韌性、低成本、組織靈活的優(yōu)勢(shì),集群協(xié)同控制技術(shù)是飛行器由單平臺(tái)獨(dú)立作戰(zhàn)轉(zhuǎn)向集群協(xié)同作戰(zhàn)的關(guān)鍵技術(shù),支撐飛行器體系化、智能化、實(shí)戰(zhàn)化發(fā)展,在協(xié)同探測(cè)、協(xié)同干擾、協(xié)同打擊等多種任務(wù)中全面提升飛行器集群作戰(zhàn)效能。

航天技術(shù)發(fā)展至今,飛行器在氣動(dòng)、動(dòng)力、控制等多個(gè)領(lǐng)域遇到技術(shù)瓶頸,飛行器個(gè)體能力難以無限提升;同時(shí),面臨復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、高動(dòng)態(tài)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)、不確定對(duì)抗策略等挑戰(zhàn);飛行器集群作為顛覆性作戰(zhàn)樣式,飛行器協(xié)同技術(shù)在近十年中成為研究熱點(diǎn)。通過協(xié)同技術(shù)賦能,多飛行器呈現(xiàn)出“1+1>2”的效果,既可提高綜合效能,又能夠降低成本,集群協(xié)同控制系統(tǒng)性能的優(yōu)劣將直接影響整個(gè)集群的作戰(zhàn)能力。

本文針對(duì)協(xié)同感知、群智決策、系統(tǒng)穩(wěn)定性、信息傳輸和驗(yàn)證評(píng)估等方面的問題,提出協(xié)同控制系統(tǒng)體系架構(gòu),系統(tǒng)借助射前協(xié)同任務(wù)規(guī)劃、協(xié)同探測(cè)和抗干擾、在線態(tài)勢(shì)認(rèn)知、在線協(xié)同決策與規(guī)劃、協(xié)同制導(dǎo)控制、組網(wǎng)通信、智能計(jì)算和協(xié)同效能評(píng)估技術(shù)的不斷突破,完成集群物理域、信息域、認(rèn)知域融合,實(shí)現(xiàn)集群綜合效能提升。

1 先進(jìn)協(xié)同飛行器分析

1.1 飛行器協(xié)同實(shí)戰(zhàn)運(yùn)用

2019年也門胡塞武裝使用10架無人機(jī)重創(chuàng)沙特石油加工設(shè)施,2020年納卡沖突中阿塞拜疆使用大量無人機(jī)摧毀亞美尼亞上百個(gè)地面目標(biāo),以上作戰(zhàn)樣式已初現(xiàn)集群協(xié)同雛形。2022年俄烏沖突期間,俄羅斯國(guó)防部公布其“棱堡”和“舞會(huì)”兩型岸艦導(dǎo)彈系統(tǒng)及“口徑”巡航導(dǎo)彈的實(shí)戰(zhàn)視頻。這些導(dǎo)彈明確具備了協(xié)同能力,體現(xiàn)了俄羅斯飛行器集群協(xié)同技術(shù)研究成果和實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用能力。

1)“棱堡”系統(tǒng)

“棱堡”系統(tǒng)包含4輛發(fā)射車及配套作戰(zhàn)指揮、后勤保障、運(yùn)輸裝填車輛,配備P-800“縞瑪瑙”超音速反艦導(dǎo)彈,P-800為P-700“花崗巖”反艦導(dǎo)彈的改進(jìn)型[1]。根據(jù)“花崗巖”導(dǎo)彈已知的協(xié)同能力,可推測(cè)“縞瑪瑙”導(dǎo)彈同樣具備網(wǎng)絡(luò)化傳感目標(biāo)信息獲取能力,可實(shí)現(xiàn)高彈道領(lǐng)彈搭配低彈道從彈協(xié)同作戰(zhàn)[2]?！盎◢弾r”導(dǎo)彈協(xié)同作戰(zhàn)示意圖如圖1所示[3]。

圖1 “花崗巖”導(dǎo)彈協(xié)同作戰(zhàn)示意圖[3]Fig.1 Cooperative operation of the Granit missiles[3]

2)“舞會(huì)”系統(tǒng)

“舞會(huì)”系統(tǒng)包含4輛發(fā)射車及配套的指揮控制、裝填、通信車輛,配備Kh-35“天王星”反艦導(dǎo)彈,每輛發(fā)射車齊射8枚,一套系統(tǒng)可齊射32枚,可實(shí)施編隊(duì)制導(dǎo)飽和攻擊[4]?！拔钑?huì)”系統(tǒng)發(fā)射“天王星”導(dǎo)彈如圖2所示[5]。

圖2 “舞會(huì)”系統(tǒng)發(fā)射“天王星”導(dǎo)彈[5]Fig.2 A Uranus missile launched from the Bal system[5]

3)“口徑”巡航導(dǎo)彈

“口徑”巡航導(dǎo)彈可進(jìn)行8枚齊射,具備飛行中信息交換能力,每枚導(dǎo)彈探測(cè)到目標(biāo)后均可與其他導(dǎo)彈共享信息;如果一枚導(dǎo)彈被擊落,其余導(dǎo)彈能夠據(jù)此改變目標(biāo)及航跡[6-7]。飛行最高馬赫數(shù)可達(dá)3以上,具備強(qiáng)大的突防能力和高命中率。在俄烏沖突中,“口徑”導(dǎo)彈與“棱堡”系統(tǒng)和“舞會(huì)”系統(tǒng)進(jìn)行了協(xié)同作戰(zhàn)?！翱趶健毖埠綄?dǎo)彈如圖3所示[8]。

圖3 “口徑”巡航導(dǎo)彈[8]Fig.3 Kalibr missile[8]

1.2 先進(jìn)飛行器協(xié)同項(xiàng)目

1)對(duì)地協(xié)同制導(dǎo)武器體系項(xiàng)目

對(duì)地協(xié)同制導(dǎo)武器體系由雷神公司于2014年對(duì)外發(fā)布,是雷神公司將其小型空射誘餌彈(MALD)、高速反輻射導(dǎo)彈(HARM)和聯(lián)合防區(qū)外武器(JSOW)組合而成的協(xié)同作戰(zhàn)體系。每架次運(yùn)輸機(jī)或轟炸機(jī)可掛載上百枚小型空射誘餌彈,從而開展飽和式蜂群攻擊;而高速反輻射導(dǎo)彈和聯(lián)合防區(qū)外武器的加入則可對(duì)敵防空系統(tǒng)實(shí)施空射集群壓制和摧毀。該項(xiàng)目示意圖如圖4所示[9]。

圖4 對(duì)地協(xié)同制導(dǎo)武器體系項(xiàng)目作戰(zhàn)示意圖[9]Fig.4 Cooperative operation of air-to-ground cooperative guided weapon system[9]

2)拒止環(huán)境協(xié)同作戰(zhàn)項(xiàng)目

拒止環(huán)境協(xié)同作戰(zhàn)項(xiàng)目(CODE)由美國(guó)國(guó)防部預(yù)先研究計(jì)劃局(DARPA)于2014年4月發(fā)起。該項(xiàng)目主要任務(wù)是發(fā)展先進(jìn)協(xié)同算法和軟件,探索分布式空戰(zhàn)無人機(jī)的自主協(xié)同技術(shù),使無人機(jī)蜂群可在單名任務(wù)指揮官的管理下協(xié)作完成搜索、跟蹤、識(shí)別和攻擊等任務(wù),其作戰(zhàn)示意圖如圖5所示[10],當(dāng)兩架無人機(jī)共同執(zhí)行任務(wù)時(shí),若第一架無人機(jī)遇到突發(fā)障礙,兩架無人機(jī)將協(xié)同決策確定各自新的行動(dòng)方案。

圖5 CODE項(xiàng)目作戰(zhàn)示意圖[10]Fig.5 Operation of the CODE[10]

3)“小精靈”項(xiàng)目

“小精靈”項(xiàng)目(Gremlins)由DARPA于2015年提出,研制對(duì)象是質(zhì)量約320 kg,最大速度不小于Ma0.8 的空中投放與回收無人機(jī)。其主要功能是從敵防區(qū)外發(fā)射,突防一定距離后與其他“小精靈”或F-35戰(zhàn)斗機(jī)通信協(xié)同,并以蜂群方式對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)或干擾。該項(xiàng)目功能和試飛情況如圖6所示[11]。

圖6 Gremlins項(xiàng)目作戰(zhàn)示意圖[11]Fig.6 Operation of the Gremlins[11]

4)低成本無人機(jī)集群技術(shù)項(xiàng)目

低成本無人機(jī)集群技術(shù)項(xiàng)目(LOCUST)由美海軍研究辦公室(ONR)于2015年4月公布,研制對(duì)象是質(zhì)量約6.3 kg的快速發(fā)射小型無人機(jī)。其主要功能是攜帶光電紅外傳感器,通過自適應(yīng)組網(wǎng)及自主協(xié)同技術(shù)組成集群,執(zhí)行監(jiān)視、護(hù)航和攻擊面目標(biāo)任務(wù)[12]。該項(xiàng)目飛行試驗(yàn)如圖7所示[13]。

圖7 LOCUST項(xiàng)目飛行試驗(yàn)圖[13]Fig.7 Flight tests of the LOCUST[13]

5)進(jìn)攻性蜂群使能戰(zhàn)術(shù)項(xiàng)目

進(jìn)攻性蜂群使能戰(zhàn)術(shù)項(xiàng)目(OFFSET)由DARPA于2016年12月發(fā)起。該項(xiàng)目主要內(nèi)容是運(yùn)用250臺(tái)小型空中、地面無人設(shè)備組成集群,完成城市作戰(zhàn)環(huán)境下的各類復(fù)雜任務(wù)。項(xiàng)目擬通過吸納和集成最新的集群自主和有人/無人協(xié)同技術(shù),攻克包括集群規(guī)模、單體/群體復(fù)雜性、集群異構(gòu)性、有人/無人交互在內(nèi)的多方面難題,從而釋放蜂群的巨大作戰(zhàn)潛力。該項(xiàng)目基于蜂群系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)完成了對(duì)蜂群傳感器、蜂群應(yīng)用技術(shù)、蜂群通信方法、蜂群操縱機(jī)制等的試驗(yàn),如圖8所示[14-15]。

圖8 OFFSET項(xiàng)目試驗(yàn)圖[14-15]Fig.8 Experiments of the OFFSET[14-15]

6)“金帳汗國(guó)”項(xiàng)目

“金帳汗國(guó)”項(xiàng)目(Golden Horde)由美國(guó)空軍于2019年3月提出。該項(xiàng)目主要內(nèi)容是將傳統(tǒng)智能炸彈與蜂群自主協(xié)同作戰(zhàn)理念融合,使GBU-39激光制導(dǎo)小直徑炸彈、AGM-158聯(lián)合空對(duì)地防區(qū)外炸彈、ADM-160微型空射誘餌等現(xiàn)有小直徑制導(dǎo)武器在發(fā)射后進(jìn)行協(xié)同規(guī)劃打擊,實(shí)現(xiàn)機(jī)載武器自主發(fā)射脫離、自主規(guī)劃航跡、自主攻擊等目標(biāo)。該項(xiàng)目演示情況如圖9所示[16]。

圖9 Golden Horde項(xiàng)目飛行演示[16]Fig.9 Flight tests of the Golden Horde[16]

本文對(duì)先進(jìn)飛行器協(xié)同作戰(zhàn)項(xiàng)目的主要特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié),詳見表1。

表1 先進(jìn)飛行器協(xié)同作戰(zhàn)預(yù)研項(xiàng)目總結(jié)Table 1 Summary of the above advanced vehicle cooperative operation projects

1.3 總結(jié)與分析

俄羅斯在俄烏沖突中使用的三種協(xié)同作戰(zhàn)導(dǎo)彈武器展現(xiàn)了初步協(xié)同功能,已具備彈間信息交互這一多飛行器協(xié)同技術(shù)的標(biāo)志性特征,這是集群協(xié)同控制技術(shù)在實(shí)戰(zhàn)中的具體體現(xiàn)。同時(shí),上述多項(xiàng)先進(jìn)飛行器協(xié)同項(xiàng)目在探測(cè)體制、通信條件、航跡規(guī)劃、任務(wù)分配、異構(gòu)集群、指揮決策等方面進(jìn)行了深入的研究與驗(yàn)證,飛行器集群會(huì)向更強(qiáng)協(xié)同能力發(fā)展。

2 飛行器集群協(xié)同控制主要科學(xué)問題

1)分布式平臺(tái)多域協(xié)同自主感知與干擾對(duì)抗問題

對(duì)抗環(huán)境具有狀態(tài)不確定性和極強(qiáng)時(shí)間約束性,通過時(shí)域、頻域、能力域、信息域等分布式平臺(tái)多域探測(cè)資源的自主協(xié)同、深度融合,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜多變戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下對(duì)目標(biāo)的可靠檢測(cè)、準(zhǔn)確識(shí)別與穩(wěn)定跟蹤。

2)動(dòng)態(tài)博弈條件下多約束強(qiáng)耦合群智決策問題

飛行器基于態(tài)勢(shì)變化,結(jié)合探測(cè)、制導(dǎo)、通信、對(duì)抗等復(fù)雜多樣的強(qiáng)耦合約束條件,實(shí)時(shí)進(jìn)行飛行器分簇編隊(duì)、對(duì)抗策略生成、載荷資源調(diào)度等在線決策,實(shí)現(xiàn)飛行器群體的協(xié)同效能最大化。

3)集群感知、決策、制導(dǎo)控制一體化系統(tǒng)穩(wěn)定性問題

綜合考慮態(tài)勢(shì)變化情況、本體控制能力、群體協(xié)同狀態(tài)、有效探測(cè)等因素,實(shí)時(shí)進(jìn)行感知、決策控制的一體化抽象化建模、設(shè)計(jì)層間與層內(nèi)信息流交互與優(yōu)化體系架構(gòu),實(shí)現(xiàn)分層集群系統(tǒng)的感知決策控制一體化。

4)對(duì)抗環(huán)境下協(xié)同信息可靠安全精準(zhǔn)傳輸問題

在大動(dòng)態(tài)、低信噪比條件下,飛行器集群網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采用無中心自組網(wǎng),通過協(xié)同感知復(fù)雜電磁環(huán)境,自主生成、優(yōu)化策略,實(shí)現(xiàn)飛行器內(nèi)自主信息和飛行器間協(xié)同信息可靠、實(shí)時(shí)、安全、精準(zhǔn)的傳輸與共享。

5)虛實(shí)結(jié)合大規(guī)模集群仿真驗(yàn)證與評(píng)估問題

為滿足多飛行器分布式并行實(shí)時(shí)仿真需求,構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的大規(guī)模集群仿真系統(tǒng),進(jìn)行集成仿真驗(yàn)證與評(píng)估。集群仿真系統(tǒng)軟硬件設(shè)備眾多,虛擬節(jié)點(diǎn)與實(shí)物節(jié)點(diǎn)交互并存,試驗(yàn)對(duì)時(shí)空一致性要求高;集群作戰(zhàn)任務(wù)、效能等難以量化,導(dǎo)致評(píng)估方法準(zhǔn)則指標(biāo)難以建立。

3 飛行器集群自主控制體系架構(gòu)

3.1 飛行器集群自主控制體系架構(gòu)設(shè)計(jì)

為了應(yīng)對(duì)決策中心戰(zhàn)的顛覆性作戰(zhàn)模式以及嚴(yán)密的導(dǎo)彈防御系統(tǒng),飛行器系統(tǒng)的研制和運(yùn)用也需采取對(duì)應(yīng)的措施和手段。多飛行器協(xié)同體系中各分系統(tǒng)如何工作并實(shí)現(xiàn)協(xié)同,是多飛行協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的核心問題。本文提出一種適用于飛行器集群作戰(zhàn)的體系架構(gòu),可以有效組織異構(gòu)/同構(gòu)飛行器集群,在復(fù)雜對(duì)抗態(tài)勢(shì)下自主決策、靈活應(yīng)對(duì)、彈性重構(gòu)、動(dòng)態(tài)調(diào)度集群資源,實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)任務(wù)。

飛行器集群作戰(zhàn)體系中的主要特點(diǎn)是“功能可定義、戰(zhàn)法可演進(jìn)”,和傳統(tǒng)飛行器研制相比,主要轉(zhuǎn)變?yōu)?從物理域的作戰(zhàn)能力擴(kuò)展到信息域的協(xié)同能力、認(rèn)知域的決策能力,實(shí)現(xiàn)物理域、信息域、認(rèn)知域的三域融合,涉及單體運(yùn)動(dòng)層、多體協(xié)同層和任務(wù)決策層等三個(gè)層面。

圖10 飛行器集群自主控制體系架構(gòu)圖Fig.10 Autonomous control architecture for the swarming vehicles

3.2 各層面設(shè)計(jì)

1) 單體運(yùn)動(dòng)層

結(jié)合軟件定義的方式實(shí)現(xiàn)“功能可定義”,飛行器在硬件上可配置不同功能的載荷,在作戰(zhàn)任務(wù)中承擔(dān)不同的角色,分別用于體系中的感知、通信、決策、打擊等節(jié)點(diǎn)?？刂葡到y(tǒng)作為導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的中樞,除了傳統(tǒng)的導(dǎo)航、制導(dǎo)、姿控外,要具有實(shí)時(shí)軌跡規(guī)劃和協(xié)同控制等能力。

主要功能包括考慮信息感知資源、信息處理資源和執(zhí)行資源的軟件硬件分層和系統(tǒng)資源共享管理功能;綜合考慮飛行器本體、環(huán)境、戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)等信息的感知功能;信息融合/在線學(xué)習(xí)與任務(wù)生成等信息處理功能,指令生成與執(zhí)行功能。

2) 多體協(xié)同層

多體協(xié)同將多飛行器融合成一個(gè)信息共享、功能互補(bǔ)、戰(zhàn)術(shù)協(xié)同的作戰(zhàn)群體,利用多源探測(cè)信息提升對(duì)態(tài)勢(shì)的感知與認(rèn)知,利用群體優(yōu)勢(shì)對(duì)敵方目標(biāo)進(jìn)行多層次、全方位打擊,實(shí)現(xiàn)突防能力整體提升。

主要功能包括基于多傳感器多平臺(tái)的協(xié)同探測(cè)、廣域協(xié)同目標(biāo)識(shí)別、本體及目標(biāo)的協(xié)同定位等協(xié)同感知功能,協(xié)同組網(wǎng)等通信保障功能,協(xié)同突防、協(xié)同抗干擾、協(xié)同打擊、協(xié)同軌跡規(guī)劃等戰(zhàn)術(shù)決策功能。

3) 任務(wù)決策層

體系對(duì)抗模式下,飛行器集群根據(jù)博弈對(duì)抗態(tài)勢(shì)的變化,在實(shí)戰(zhàn)中獲取信息利用信息,實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地進(jìn)行任務(wù)決策,調(diào)整自身的任務(wù)。作戰(zhàn)任務(wù)決策層考慮作戰(zhàn)規(guī)則、作戰(zhàn)模式在當(dāng)前實(shí)戰(zhàn)態(tài)勢(shì)下進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃,然后由飛行器自主執(zhí)行。

主要功能包括基于信息支援系統(tǒng)的目標(biāo)跟蹤、目標(biāo)判斷、目標(biāo)識(shí)別等戰(zhàn)場(chǎng)感知功能,基于戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的信息融合處理和作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)評(píng)估功能,基于作戰(zhàn)規(guī)則、作戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)的指揮控制功能。

4 飛行器集群協(xié)同控制關(guān)鍵技術(shù)

未來飛行器集群對(duì)物理域、信息域、認(rèn)知域的融合需求更高,需要在控制系統(tǒng)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)等方面進(jìn)行研究和突破。飛行器集群協(xié)同控制技術(shù)體系主要包括射前協(xié)同任務(wù)規(guī)劃、協(xié)同探測(cè)和抗干擾、在線態(tài)勢(shì)認(rèn)知、在線協(xié)同決策與規(guī)劃、協(xié)同制導(dǎo)控制、組網(wǎng)通信、智能計(jì)算、協(xié)同效能評(píng)估等。

1) 射前協(xié)同任務(wù)規(guī)劃

飛行器射前協(xié)同任務(wù)規(guī)劃主要包括射前任務(wù)分配和射前航跡規(guī)劃,可基于任務(wù)模型、目標(biāo)模型、飛行器能力模型、環(huán)境模型等約束,采用啟發(fā)式優(yōu)化、深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)等方法求解,滿足飛行器集群快速響應(yīng)多類型任務(wù)的需求,提升其環(huán)境適應(yīng)能力、協(xié)同能力。

2) 協(xié)同探測(cè)和抗干擾

當(dāng)前飛行器探測(cè)領(lǐng)域已具備人工智能識(shí)別能力和多傳感器數(shù)據(jù)融合能力,可支撐飛行器集群進(jìn)行協(xié)同探測(cè),獲取準(zhǔn)確目標(biāo)態(tài)勢(shì)等信息,并進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)。協(xié)同探測(cè)是指多飛行器利用當(dāng)前飛行方位以及搭載的不同探測(cè)載荷,對(duì)同一目標(biāo)進(jìn)行探測(cè),并對(duì)所得數(shù)據(jù)、信息進(jìn)行融合自動(dòng)分析,從而提高探測(cè)概率。協(xié)同抗干擾是指綜合利用不同體制的抗干擾手段,在多個(gè)維度上進(jìn)行博弈,從而克服單體制抗干擾的不足,成功抵制復(fù)雜干擾。

3) 在線態(tài)勢(shì)認(rèn)知

集群中各飛行器可以通過各類傳感器和群內(nèi)信息網(wǎng)絡(luò)獲知自身狀態(tài)、友鄰成員狀態(tài)、環(huán)境信息、來襲威脅信息、融合后的準(zhǔn)確目標(biāo)信息等多種信息。飛行器集群可基于離線學(xué)習(xí)或射前直接注入獲得作戰(zhàn)規(guī)則、作戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn),將各類信息進(jìn)行綜合處理,形成對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的統(tǒng)一認(rèn)知,從而為在線協(xié)同決策與規(guī)劃提供基礎(chǔ)。

4) 在線協(xié)同決策與規(guī)劃

在線協(xié)同決策與規(guī)劃是指集群根據(jù)探測(cè)和態(tài)勢(shì)感知結(jié)果,在當(dāng)前約束條件下進(jìn)行成員角色、任務(wù)、目標(biāo)、航跡等的決策與規(guī)劃,并且隨著態(tài)勢(shì)信息的變化各飛行器可對(duì)決策規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié),主要包括目標(biāo)在線分配、航跡在線規(guī)劃等功能。

5) 協(xié)同制導(dǎo)控制

協(xié)同制導(dǎo)控制主要包括協(xié)同導(dǎo)航、協(xié)同編隊(duì)控制、時(shí)空一致性制導(dǎo)等,其中協(xié)同導(dǎo)航包含多節(jié)點(diǎn)導(dǎo)航信息同步、自主相對(duì)導(dǎo)航、多源協(xié)同導(dǎo)航等;協(xié)同編隊(duì)控制包含編隊(duì)模式切換、編隊(duì)保持、編隊(duì)拆分與重構(gòu)等;時(shí)空一致性制導(dǎo)包含時(shí)間、方位等多種約束條件下的協(xié)同制導(dǎo)。

6) 組網(wǎng)通信

組網(wǎng)通信是飛行器協(xié)同作戰(zhàn)的保障,多飛行器可通過信息網(wǎng)絡(luò)傳遞和交換目標(biāo)信息、環(huán)境信息和協(xié)同信息,還可以接入指控中心,實(shí)現(xiàn)集群統(tǒng)一指控和信息回傳。對(duì)抗環(huán)境下要求通信網(wǎng)絡(luò)具有隱蔽性能好、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。當(dāng)前協(xié)同通信水平可支持飛行器自組織組網(wǎng)和信息高速交互,組成集中式或分布式集群。

7) 智能計(jì)算

面向飛行器集群協(xié)同控制智能算法高密度計(jì)算及嵌入式環(huán)境應(yīng)用需求,智能計(jì)算支撐神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在有限計(jì)算資源條件下的實(shí)時(shí)處理。當(dāng)前智能計(jì)算領(lǐng)域已能夠?qū)崿F(xiàn)深度學(xué)習(xí)算法輕量化設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、部署以及專用計(jì)算架構(gòu)設(shè)計(jì)等,可保障飛行器實(shí)現(xiàn)協(xié)同信息融合、協(xié)同認(rèn)知、協(xié)同在線決策規(guī)劃等復(fù)雜運(yùn)算。

8) 協(xié)同效能評(píng)估

飛行器協(xié)同效能評(píng)估需要建立飛行器集群、目標(biāo)、環(huán)境、攔截威脅等數(shù)學(xué)模型,開展協(xié)同作戰(zhàn)推演仿真,依據(jù)作戰(zhàn)設(shè)想、仿真結(jié)果,將定量定性方法結(jié)合、歷史戰(zhàn)例分析與現(xiàn)實(shí)信息結(jié)合,建立訓(xùn)練樣本數(shù)量、模型訓(xùn)練時(shí)間、算法泛化能力、工程可行性等多維度、層次化的指標(biāo)體系,充分利用飛行器博弈對(duì)抗推演平臺(tái)等工具進(jìn)行評(píng)估,實(shí)現(xiàn)從體系對(duì)抗態(tài)勢(shì)、并行協(xié)同仿真到多飛行器協(xié)同效能評(píng)估的仿真驗(yàn)證能力。

5 飛行器集群協(xié)同控制技術(shù)展望

1) 研究飛行器協(xié)同新理論

飛行器集群新理論的創(chuàng)新急需攻關(guān),未來將重點(diǎn)研究面向體系對(duì)抗條件下的多飛行器自組織演化、仿生集群架構(gòu)、高動(dòng)態(tài)在線協(xié)同控制、博弈對(duì)抗群智涌現(xiàn)等若干基礎(chǔ)理論,形成顛覆性理論創(chuàng)新,為后續(xù)具體技術(shù)研究和裝備研制奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2) 突破集群控制新技術(shù)

飛行器集群體系化的要求日益迫切,按照單飛行器融入構(gòu)成體系、多飛行器協(xié)同增強(qiáng)體系、集群智能體系對(duì)抗的技術(shù)路線開展技術(shù)攻關(guān),突破戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)智能認(rèn)知、演化博弈對(duì)抗與智能控制等新技術(shù),將進(jìn)一步提升飛行器體系化協(xié)同對(duì)抗能力。

3) 研制工程應(yīng)用新裝備

飛行器集群實(shí)戰(zhàn)化要求快速提升,未來將重點(diǎn)研制體系對(duì)抗條件下采用全新協(xié)同飛行控制技術(shù)的新型裝備,在陸?？仗祀娋W(wǎng)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)跨越式發(fā)展,大幅拓展飛行器集群的應(yīng)用范圍,為大國(guó)博弈中獲取戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)提供堅(jiān)強(qiáng)的支撐。

6 結(jié) 論

飛行器集群協(xié)同控制技術(shù)成為當(dāng)前群體智能領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn),也是世界各國(guó)軍事發(fā)展戰(zhàn)略的制高點(diǎn)之一,備受關(guān)注。由單飛行器控制到多飛行器協(xié)同控制的轉(zhuǎn)變將在協(xié)同感知、協(xié)同決策、決策控制一體化、協(xié)同組網(wǎng)、仿真驗(yàn)證等方面提出挑戰(zhàn)。隨著控制系統(tǒng)架構(gòu)的重新定義,飛行器在物理域的作戰(zhàn)能力擴(kuò)展為信息域的協(xié)同能力、認(rèn)知域的決策能力,將實(shí)現(xiàn)物理域、信息域、認(rèn)知域的三域融合,從而使飛行器集群在復(fù)雜環(huán)境中的適應(yīng)性和綜合效能全面提升。