无人机是一种利用无线电遥控设备或自主控制装置进行飞行操作的无人飞行器。与有人驾驶飞机相比,无人机在作战中展现出灵活性强、作战效费比高的显著优势。
然而,在复杂的体系化作战环境中,单一无人机难以应对多样化的任务需求。为了克服这一难题,利用群体智能进行无人机集群作战变得尤为重要,这可以将无人机的数量优势转化为非对称作战优势。
近年来,无人机集群在协同探测、全域打击、战术欺骗等作战任务中发挥着越来越重要的作用,成为军事领域的一大发展重点。
根据无人机集群的群体智能化程度和作战方式,可以将它们分为三类:
伪集群:这是指由地面人员分别操控多架无人机形成的集群。虽然看起来像是一个整体,但实际上每架无人机都是独立运作,没有信息交互和协同。例如,2016年美国海军曾用数百架无人机模拟攻击“宙斯盾”防御系统,尽管取得了部分成功,但缺乏真正的协同效应。
集中式集群:这种集群依赖于地面指挥中心作为大脑,所有无人机都接受统一指挥,彼此间没有信息交互。例如,2020年11月,美军使用地面软件操控“复仇者”无人机进行自主协同飞行试验。尽管提高了灵活性,但也存在单点故障的风险。
分布式集群:在这种集群中,无人机之间通过信息共享和协同来执行任务,没有中心控制器。这种方式具有去中心化、低复杂度和自组织等优点,极大提升了执行复杂任务的能力。例如,2017年美国利用3架F/A-18战斗机释放103架无人机,实现了载机发射、队形变换等功能,达到了预期作战效果。
自然界中,如鱼群、兽群、蜂群和鸟群等生物群落展示了通过简单通信实现高效协同的现象。这些生物个体虽然脆弱,但通过群体协作展现出强大的觅食、趋利避害和迁徙能力。
这种由群居生物通过协作表现出来的宏观智能行为,称为群体智能。结合无人机系统技术,研究群体智能的理论与方法,有望开发出更具自主性的无人机集群,形成高级群体智能。
分布式作业:无人机集群可以通过相邻无人机的信息交互,设计协同控制协议,实现全局一致、方向趋同和期望队形等目标,提高任务执行效率。
编队跟踪:借鉴狼群模式,无人机集群可以利用目标吸引行为特征,形成领航跟随任务模式,实现高效的编队跟踪和任务分配。
智能防撞:无人机集群需要具备智能防撞功能,以确保飞行安全。通过构建“智能斥力势场”,无人机可以实时规避障碍物,避免相互碰撞。
随着信息化、无人化和智能化技术的应用,具备体系化作战能力已成为决定战争胜负的关键因素。群体智能技术的发展,将极大地推动无人机集群作战模式的变革,成为未来军队适应复杂战场环境、提升作战能力的重要手段。
无人机集群通过搭载不同的载荷,可以执行多样化作战任务。小型化、低成本的无人机集群,有望通过机间信息共享,形成探测、感知、识别、通信和攻击等协同能力,发挥非对称作战优势。
未来,拥有群体智能的无人机集群将凭借其环境适应能力强、部署灵活、功能集成、小型高效等优势,在多域多维的体系化作战中发挥重要作用,实现智能组网、协同作战与博弈对抗,对防御系统实施全向突防,形成“侦-抗-打-评”的作战闭环,克敌制胜。