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无人机系统中的协同控制技术研究随着无人机技术的发展与应用的不断拓展，无人机系统的协同控制技术也变得越来越重要。
协同控制技术使多架无人机可以协同作战，完成各种任务。
本文将从无人机系统的协同控制需求、协同控制模型、协同控制方法等方面探讨无人机系统中的协同控制技术。
一、无人机系统的协同控制需求无人机系统中的协同控制技术是指多架无人机之间的协同作战，需要满足以下需求：1. 系统稳定性：多架无人机之间的控制必须保证系统的稳定性，以便实现更高效的协同作战。
2. 任务复杂度：在实际情况下，协同作战的任务通常非常复杂，因此多架无人机之间的协同控制需要能够适应不同的任务复杂度。
3. 可扩展性：无人机系统中，无人机的数量可能非常多，因此协同控制技术需要具有可扩展性，以便更好地适应不同数量的无人机。
4. 适应性：无人机系统的协同控制要求具有较强的适应性，以便在不同的环境和条件下都能够有效协同作战。
二、协同控制模型无人机系统中的协同控制模型可以用分布式控制模型或中央控制模型来描述。
其中，分布式控制模型中的无人机之间是相互独立的，每个无人机都有自己的感知、规划和执行等能力，它们通过交换信息来协同完成任务；而中央控制模型则是由一个中心控制器来完成无人机的任务分配、控制命令下达等操作。
三、协同控制方法无人机系统中有多种协同控制方法，下面我们将分别介绍。
1. 基于协同控制规划的方法基于协同控制规划的方法是无人机系统中最常见的一种协同控制方法，它可以通过协同控制规划算法来实现无人机之间的协同作战。
该方法的主要优点是能够在保证任务质量的同时，达到较高的效率。
2. 基于能量最小化的方法基于能量最小化的协同控制方法可以利用无人机之间的信息交换来实现协同控制。
该方法的优点是能够在保证无人机系统稳定性的同时，有效节约能量，降低能量消耗。
3. 基于混合智能算法的方法混合智能算法是指利用多种算法和模型来实现协同控制。
这种方法的优点是具有很强的适应性和灵活性，能够在不同的环境和条件下实现高效的协同控制。
多无人机协同作战技术
多无人机协同作战技术是指使用多架无人机进行协同作战。
这种技术有助于提高军事行动的效率，并能够更有效地完成部署任务。
多无人机协同作战技术的使用，有助于提高军队的战术能力，提高作战效率，更好地满足军事任务的需要。
多无人机协同作战技术主要由两部分组成：组织和管理技术，以及控制技术。
组织和管理技术是用来协调多架无人机之间的关系，从而使它们能够更加有效地完成任务。
控制技术是用来确保多架无人机之间进行通信和协调，从而使它们能够更有效地完成任务。
此外，多无人机协同作战技术还可以利用自动化技术，以提高无人机的协同作战能力。
自动化技术可以让无人机更好地完成任务，而不需要人工干预，从而提高协同作战的效率。
多无人机协同作战技术可以用来实现自主编队，并可以在不同地域提供更好的控制力度。
这种技术还可以利用虚拟现实技术来模拟多架无人机的协同作战，更好地提高它们的可操作性。
总而言之，多无人机协同作战技术可以显著提高军事行动的效率，更好地满足军事任务的需要。
它是一种新兴的军事技术，有望成为未来军事行动的重要组成部分。
无人机群协同搜索最佳路径规划法一、无人机群协同搜索概述无人机群协同搜索是一种新型的搜索技术，它利用多架无人机的协同作业来提高搜索效率和覆盖范围。
这种技术在事侦察、灾害救援、环境监测等领域具有广泛的应用前景。
无人机群协同搜索技术的发展，不仅能够提升搜索任务的成功率，还将对相关领域的技术进步产生重要影响。
1.1 无人机群协同搜索的核心特性无人机群协同搜索的核心特性主要包括以下几个方面：- 高效性：无人机群通过协同作业，能够在短时间内完成对广阔区域的搜索。
- 灵活性：无人机群可以根据任务需求快速调整搜索策略和路径。
- 智能性：无人机群能够利用先进的算法进行自主决策，优化搜索路径。
1.2 无人机群协同搜索的应用场景无人机群协同搜索的应用场景非常广泛，包括但不限于以下几个方面：- 事侦察：在复杂地形或敌方控制区域进行隐蔽侦察。
- 灾害救援：在地震、洪水等自然灾害发生后，快速定位受困人员。
- 环境监测：对森林、海洋等大面积区域进行生态或污染情况的监测。
二、无人机群协同搜索技术的发展无人机群协同搜索技术的发展是一个跨学科、多领域的技术融合过程，需要航空、计算机科学、通信技术等多方面的共同努力。
2.1 无人机群协同搜索的关键技术无人机群协同搜索的关键技术包括以下几个方面：- 路径规划算法：开发高效的路径规划算法，确保无人机群能够以最优路径进行搜索。
- 通信与协同控制：建立稳定的通信机制，实现无人机群之间的信息共享和协同控制。
- 自主决策能力：提升无人机的自主决策能力，使其能够根据实时信息调整搜索策略。
2.2 无人机群协同搜索技术的发展历程无人机群协同搜索技术的发展历程可以分为以下几个阶段：- 初期探索：早期无人机群协同搜索技术主要依赖于简单的编程和预设路径。
- 技术突破：随着算法和通信技术的进步，无人机群协同搜索开始实现动态路径规划和实时信息共享。
- 成熟应用：目前，无人机群协同搜索技术已经在多个领域得到实际应用，并展现出良好的发展前景。
无人机侦察/打击一体化的关键技术K ey Technologies for Integrated R econnaissance and A ttack Syste m o fUAV s(南京航空航天大学自动化学院 姜长生)姜长生南京航空航天大学自动化学院控制学科二级教授,江苏省优秀博士生导师。
目前兼任国家教育部武器系统与应用工程学科教学指导委员会委员,中国航空学会航空武器系统专业分会委员,江苏省电子与信息科学教学指导委员会副主任, 电光与控制 、 航空兵器 编委,江苏省科技大学兼职教授。
先后荣获省部级科技进步三等以上奖励共八项,省部级二等以上教学成果奖五项,其中国家级二等奖一项。
出版研究生教材和学术专著十二部,发表学术论文近350篇。
已培养出硕士生、博士生共138人。
感兴趣的研究领域是:智能飞行控制和火力控制、精确制导技术,非线性系统的鲁棒自适应控制等。
无人机是现代和未来战争的有力武器,世界各国都纷纷积极发展它的性能和作战能力。
涉及无人机性能和作战能力的关键是实现侦察/打击的一体化,其中的关键技术有:侦察/打击一体化系统的设计和构建,目标(特别是弱小时敏目标)的快速、准确检测,识别与跟踪,无人机指挥与控制的数据链技术,无人机的自主飞行控制技术,基于数据链的协同攻防一体化威胁回避与决策技术及导弹精确打击的制导技术等。
关键词:无人机;侦察/打击一体化;关键技术;目标识别;数据链中图分类号:V243 文章编号:1671-637X(2011)02-0001-070 引言在近年的历次战争中,无人机通过网络数据链发挥了越来越重要的作用,使得无人机在现代信息化战争条件下的重要性越来越突出了,未来它必然成为网络中心战的重要武器节点。
无人机承担了攻击、侦查、搜救、特种作战、反坦克、空中无线电中继或诱导、预警、垂直登陆作战和后勤保障等多种用途。
尤其在障碍物众多,地形复杂以及恶劣环境中执行任务时,更迫切需要高性能的无人机,因此提高无人机性能成为现代战争的迫切需要。
侦察无人机技术参数
侦察无人机是一种用于侦察和监视任务的无人机器。
它们通常具有各种技术参数，包括飞行性能、传感器能力、通信系统和操作能力。
首先，侦察无人机的飞行性能是关键参数之一。
这包括飞行高度、巡航速度、续航时间和作战半径。
飞行高度决定了其侦察范围和覆盖区域的大小，而巡航速度和续航时间则影响了其在任务区域内的停留时间和快速移动能力。
作战半径则决定了无人机的作战范围。
其次，侦察无人机的传感器能力也是至关重要的技术参数。
这包括光电/红外相机、雷达、信号侦测器等各种传感器。
这些传感器能够提供实时图像、视频和其他情报，帮助作战人员了解敌方动向和环境情况。
另外，侦察无人机的通信系统也是重要的技术参数之一。
它们通常配备有先进的数据链系统，能够与指挥中心进行实时数据传输和指挥控制，以及与其他战术飞行器进行协同作战。
最后，操作能力也是侦察无人机的关键技术参数。
这包括自主飞行能力、自动化任务规划和执行能力，以及对抗恶劣天气和电磁干扰的能力。
总的来说，侦察无人机的技术参数涵盖了飞行性能、传感器能力、通信系统和操作能力等多个方面，这些参数的不同组合将影响无人机在侦察任务中的效能和适用性。
无人机系统的设计与研发一、绪论随着科技的不断进步和无人机技术的不断成熟，无人机系统被广泛应用于军事、民用、商业等领域。
无人机系统的设计与研发成为无人机应用领域中的重要环节。
本文将介绍无人机系统设计与研发的主要内容和关键技术。
二、无人机系统的设计流程无人机系统设计流程主要包括以下几个步骤：1.需求分析：根据使用环境和使用需求，对无人机系统的功能、性能、应用等进行分析。
需求分析是无人机系统设计的基础，如果需求分析不清晰，将会严重影响后面的设计工作。
2.系统架构设计：根据需求分析结果，确定无人机系统的总体架构和各个组件的功能。
系统架构设计必须充分考虑到无人机机身的体积，重量，电量等因素。
3.硬件设计：包括嵌入式系统、传感器、动力系统、通讯系统等设计。
硬件设计需要充分优化产品的性价比，确保产品质量和性能的达成。
4.软件设计：无人机系统中的软件设计主要包括无人机控制、导航和通信控制等方面。
面向对象的设计方法在软件设计中得到了广泛的应用。
5.系统集成测试：将各个组件进行组装，进行调试和测试。
系统集成测试是无人机系统设计中非常重要的一步。
三、无人机系统的关键技术1.嵌入式系统设计技术：嵌入式系统主要是指无人机机身内嵌的计算机控制单元，可以控制无人机的飞行和应用，嵌入式系统的设计是无人机系统开发中的核心技术。
在嵌入式系统设计中要注意开发效率、可靠性和安全性。
2.控制技术：无人机的控制方法可以分为手动控制和自动控制。
对于自主控制的无人机，需要开发复杂的控制算法，充分考虑环境变化的影响。
3.导航技术：无人机的导航技术主要包括惯性导航、GPS导航等。
在导航技术的设计中需要考虑环境的影响，如风力、天气等。
4.通讯技术：无人机系统中需要内嵌多种通讯技术，如蓝牙、Wi-Fi、LTE等。
通信技术的设计需要考虑到无线信号传输的安全性和可靠性。
5.机身结构设计技术：无人机机身结构设计要充分考虑重量、平衡、稳定性等因素。
同时，还需要考虑无人机飞行过程中的抗风能力和抗撞击能力。
基于多智能体系统的无人机协同控制无人机技术的快速发展对人类生活和工作方式产生了巨大影响。
随着无人机数量的增加，如何高效地协同控制多个无人机成为了一个重要的研究领域。
基于多智能体系统的无人机协同控制技术应运而生，它通过将多个无人机看作一个整体的智能系统，实现无人机之间的协同工作，提高任务效率和安全性。
基于多智能体系统的无人机协同控制技术能够实现多个无人机之间的信息共享和任务分配。
通过实时共享传感器数据和无人机状态信息，无人机之间可以相互交换信息，实现决策的共识和合作。
例如，在一次搜救任务中，多个无人机可以共同搜索并定位被困人员，通过信息的共享和协同，能够更快速、高效地完成任务，并提高搜救的成功率。
在基于多智能体系统的无人机协同控制中，任务分配是一个关键问题。
通过智能算法和协同决策策略，可以将任务分配给不同的无人机，使得每个无人机都能够高效地完成任务。
例如，一架无人机负责搜索，另一架无人机负责物资运输，通过合理的任务分配，可以实现任务的协同完成，提高工作效率。
无人机协同控制的另一个重要问题是路径规划和避障。
多个无人机在同一个空域内工作时，应避免碰撞和交叉问题。
基于多智能体系统的无人机协同控制技术可以通过合理的路径规划和避障算法，避免无人机之间的碰撞和冲突，并保持相应的安全距离。
例如，在一次巡航任务中，多架无人机需要按照规定的路径巡航，通过避障算法，可以使无人机之间保持安全距离，避免发生碰撞事故。
基于多智能体系统的无人机协同控制技术还可以通过优化算法提高任务的效率。
通过合理地调度无人机的工作顺序和分配任务优先级，可以实现任务的最优指派。
例如，一架无人机需要定点观察，另一架无人机需要进行测绘，通过合理的任务调度和优化算法，可以使得多个无人机之间的工作不互相干扰，提高任务的完成效率。
此外，多智能体系统可以进一步提高无人机的安全性和可靠性。
通过多机冗余设计和故障检测机制，即使其中一架无人机发生故障或失效，其他无人机仍可继续完成任务。
无人机的多机协同技术
无人机的多机协同技术是指多架无人机之间的协同技术，它能够实现多个无人机之间的高
效协作，从而实现更大范围的任务执行。
多机协同技术通常包括路径规划、航迹跟踪、通信、领导者/跟随者等。
路径规划是无人机多机协同技术中的一个关键技术，它可以帮助无人机实现更高效的路径
规划，以及路径跟踪和定位。
路径规划可以使用多种不同的算法，包括动态规划、蚁群算法、遗传算法等。
航迹跟踪是另一个重要的技术，它可以帮助无人机实现对路径的跟踪和定位，以及对目标
的追踪。
航迹跟踪可以使用多种不同的算法，包括滑动窗口算法、滤波算法、卡尔曼滤波
算法等。
通信是无人机多机协同技术中的另一个关键技术，它可以帮助多架无人机之间实现高效的
通信，从而实现更好的协同操作。
通信可以使用多种不同的协议，包括Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等。
最后，领导者/跟随者是另一个重要的技术，它可以帮助多架无人机之间实现高效的协作，从而实现更大范围的任务执行。
领导者/跟随者可以使用多种不同的算法，包括贝叶斯网络、模糊控制、神经网络等。
收稿日期：2016-10-15修回日期：2016-12-07基金项目：国家自然科学基金资助项目（61473227）作者简介：刘慧霞（1973-），女，陕西清涧人，博士，高级工程师。
研究方向：无人机目标跟踪及无人机侦察信息处理等。
*摘要：无人机作为信息战中的核心平台之一已经广泛应用于情报侦察、战场监视以及地形测绘等领域，同时随着未来战争向信息化、网络化、体系化对抗的发展，单架无人机已无法满足情报侦察和战场监视任务中对复杂环境下信息、空间、时间的宽覆盖以及高分辨率需求，因此，无人机多协同或无人机与其他平台协同侦察将是未来战场上重要的军事侦察行动方式之一。
回顾了无人机多机协同侦察的发展现状，讨论了多机协同侦察发展需要突破的关键技术。
关键词：无人机，多机，侦察协同，态势感知，信息融合中图分类号：TP753文献标识码：ADOI ：10.3969/j.issn.1002-0640.2017.12.001无人机多机协同侦察系统关键技术*刘慧霞1，马丽娜2，李大健1，田雪涛2，席庆彪1（1.西北工业大学第365研究所，西安710072；2.西安爱生技术集团公司，西安710065）Research on Technologies for Multi-UAV Cooperative ReconnaissanceLIU Hui-xia 1，MA Li-na 2，LI Da-jian 1，TIAN Xue-tao 2，XI Qing-biao 1（1.No.365Research Institute ，Northwest Polytechnical University ，Xi ’an 710072，China ；2.Xi ’an ASN Technology Group Co.Ltd ，Xi ’an 710065，China ）Abstract ：As one of the most important platform in the information warfare ，unmanned aerialvehicle （UAV ）has been widely used in intelligence reconnaissance ，battlefield surveillance and terrain mapping and other fields ，Withthe development of the information ，networking ，systematic confrontation for the future war ，a single UAV is impossible to meet the reconnaissance and surveillance missions in the complex battlefield environment ，which needs wide coverage in information ，space and time and higher resolution ，therefore multi-UAV cooperative reconnaissance orUAV joint other platforms will be the most important way in the future battlefield reconnaissance.Thestatus of development of multi-UAV cooperative reconnaissance is reviewed and the key technologiesare discussed for the future development of multi-UAV cooperative reconnaissance.Key words ：unmanned aerial vehicle ，multi-UAV ，cooperative reconnaissance ，situation awareness ，information fusion0引言无人机（UAV ）作为现代战争中必不可少的军事装备，已得到广泛的应用，例如：目标侦察、监视、目标定位、目标截获、火炮校射、电子对抗与反辐射攻击、通信中继、心理战、地形测绘、气象探测、电网攻击和作战效果评估等各个领域［1-4］。
目前，世界上已有美国、以色列、俄罗斯、南非等30多个国家和地区研制和生产无人机［5］。
在无人机能够承担的多种角色中，情报侦察、战场监视以及地形测绘是目前UAV 系统主要的作战任务之一。
UAV 可以用于战略、战役和战术侦察，能潜入敌目标上空进行昼夜侦察，并向作战指挥中心准确地传输实时目标图像和信息，使战场指挥官及时掌握战场情况，制定作战计划，为取得战斗的胜利起决定性作用。
在美军制定的《2005~2030年无文章编号：1002-0640（2017）12-0001-04Vol.42，No.12Dec ，2017火力与指挥控制Fire Control &Command Control 第42卷第12期2017年12月1··（总第42-）火力与指挥控制2017年第12期人机发展规划》中，规划建立重、中、轻型，远、中、近程的，配套成族的全系列无人机型谱，覆盖未来战场从后方、前线到战略纵深的整个战场范围［6］。
随着未来战争向信息化、网络化、体系化对抗的发展，面对未来复杂多变的信息化战场环境下，单架UAV执行情报侦察和战场监视任务会面临许多问题［7］:①在侦察范围上，单架UAV仅限于局部区域的侦察；②单UAV搭载的传感器性能有限，无法满足对所有侦察任务的需求，例如仅仅搭载了光电相机的UAV无法实现对地下掩体目标的侦察；③单UAV无法满足同时对大量目标进行侦察的任务需要；④单UAV无法满足侦察范围内对目标持续性侦察任务的需求；⑤单UAV无法满足对时敏目标的快速捕获；⑥单UAV在执行任务过程中出现故障或者被敌方击落情况会导致整个侦察任务的失败。
因此，组织多架UAV特别是多架不同性能的UAV共同执行侦察任务是未来战场上一种重要的军事行动方式。
美国空军科学顾问委员会指出，UAV通常将以成群的方式工作而不是单独行动。
多UAV群不仅具有宽广的搜索和观察范围，而且能按统一的时间进度在各个空间区域获取信息，从而达到时间与空间的高度统一［8］。
1国内外发展现状国外近年来提出了一种多无人机协同编队飞行（Coordinated Formation Flight，CFF）的新概念，目的是提高无人机完成任务的效率，拓宽其使用范围。
例如，在执行侦察任务时，通过调整侦察设备（如相机）在UAV上的工作角度，CFF可使多UAV 群在较短时间（相对于单架UAV执行相同任务所需时间）内完成对目标全方位立体拍照的任务。
2003年，北约国家通过一项有关无人机协同作战的主要协议。
这份协议对北约所谓的“STANAG”（标准协议文件）进行了详细的规定，STANAG4586设定了北约UAV所使用的通用地面站规格。
该协议的实施将使不同国家之间的UAV信息通过通用地面站进行分析和共享，并使北约组织和盟国司令部在军事行动中对UAV将具有更为有力的统一管理，即多机协同指挥控制管理。
2004年，美军无人机参与了检验不同军种飞行器协同工作的试验。
此次名为“前视”（Forward Look）的演习旨在试验“影子”、“捕食者”和“扫描鹰”（Scan Eagle）3种无人机的协同工作能力。
通过不同飞行高度和留空时间的无人机协同工作，能更清楚地掌握某一区域的情况，这样能使未来作战态势感知变得更清楚。
演习试验已经证实，这些无人机能相互配合共同工作，从而可能改变未来作战环境。
2007年，美国空军对新型无人机协同飞行能力系统进行验证。
Proxy航空系统公司（Proxy Aviation Systems）验证了其SkyForce（空中力量）分布式管理系统（DMS）能力。
该系统是一种全面的网络中心无人机系统，能完成集群战术目标以满足多种任务需求。
SkyForce DMS可用于控制多达12架全自主无人机进行同步协作飞行。
有了SkyForce DMS，每架无人机具有飞行中做出完全独立决定的能力，不需人工干预，从而为集群战术目标做出贡献。
英军也在开发有人战机指挥无人机作战的控制系统。
2007年，英空军一架改装的“旋风”战机飞行员成功实现了对4架无人机的遥控，实施协同作战，完成搜索和摧毁目标的任务。
美国空军在2010年推动的“猎狐”项目旨在演示从“飞行母舰”上指挥并控制无人机群的技术。
“飞行母舰”就是在空中释放大批小型无人机，扩展武器系统的作战范围和传感器的侦察覆盖范围，该项目将在2013年取得阶段性成果［13］。
在《2005~2030年无人机路线图》［6］中，美军也越来越倾向于对无人机的集群使用。
美军为此曾经进行了模拟试验，将装有传感器和武器的100架无人机集群与现有的一个作战单元进行比较，发现无人机集群能探测到90%的模拟目标并摧毁63个目标，而现有的作战单元只探测了不到33%的目标，歼灭了11个目标。
但是无人机的集群使用必须建立在协同作战的基础上，包括无人机之间、无人机与有人机之间以及无人机与其他平台之间的协同。
美军曾对分别由陆军、海军和空军使用的“阴影”、“捕食者”和“扫描鹰”这3种无人机进行了协同作战试验，试验结果表明：通过不同飞行高度和留空时间的无人机协同工作，联合作战试验台系统（JOTBS）能更清楚地掌握某一区域的情况，这样能使未来作战态势感知变得更清晰［6］。
国内目前对多机协同侦察问题已经做了一些理论研究，但方法的有效性、实时性与自主性还需要在实际应用中进一步验证。
2多无人机协同侦察关键技术从上面国内外多无人机协同侦察的发展现状可以看出，随着未来战争向信息化、网络化、体系化2··2068（总第42-）对抗的发展，实时的情报侦察、立体/全维的战场态势感知将决定战争的胜负。
多无人机协同战场侦察感知将是不同类型、不同高度的无人机组成全空域、全天时、立体化持续的感知，无人机（群）将具备全纵深、全天候、全天时、全频段的侦察能力，从而实现对战场全维监视，即多位一体、全域覆盖、持续实时、精确精细的实时感知能力；同时，多机协同侦察也将不仅局限于无人机之间，同时无人机向着与有人机，以及无人机与其他平台之间的协同方向发展，因此，多无人机协同侦察面临以下关键技术的突破。
2.1多机协同指挥控制技术2.1.1多机协同任务分配技术多机协同任务分配的目标是实现有限资源的有效应用，即对给定的具有不同优先等级、位置不确定（只有一些先验信息）的目标，通过有效地进行任务分配，使多机协同侦察系统性能达到最大化。
