采用编队模式运行的无人机可充分释放无人机系统的效能与潜力。本文针对模拟有人—无人编组防御场景,分析了在面对来袭无人机蜂群攻击时,无人机编队重构所需的时间和空间代价。鉴于防御窗口期有限,必须优化无人机向目标编队各位置的分配方案。本文采用匈牙利算法求解多无人机编队重构优化问题,并通过三维仿真评估了不同编队构型间的转换效能。实验结果验证了所提出的编队重构方案与系统架构集成的可行性与有效性。
图1:多旋翼无人机有人—无人编组在地面装备支援下拦截自杀式威胁、护卫高价值目标的典型场景
近年来,无人机在军事与民用领域的各类应用中得到了广泛部署。例如在民用领域,无人机已应用于公共安全领域,支持体育场赛事、公众集会及游行示威等大型活动的监测,参与自然灾害后的搜救行动,并助力打击环境犯罪与毒品贩运。在军事领域,无人机凭借其在高危环境中无需飞行员涉险、长航时作业及实时数据回传等能力,已成为现代战争的刚需装备,深刻重塑了攻防策略、监视侦察及后勤保障模式。在未来具备“协同交战能力”[1]的作战场景中,有人—无人编组技术将使无人平台能与有人机围绕共同作战目标展开协同。在此背景下,“忠诚僚机”[2]概念应运而生,即智能化、互联化的无人机可在有人机的战术引导与控制下,充当战力与能力的倍增器,未来亦可作为高阶远程操控无人机发挥作用。
鉴于近期频发的无人机袭扰事件[3][4][5],部署高效的反无人机系统已成为保护高价值资产与重点区域的当务之急。反无人机系统具备探测识别敌对无人机并实施针对性处置以化解威胁的能力。目前学界已探讨多种反制手段[6],包括激光武器、无线电干扰、信号欺骗及网络攻击等非物理毁伤方式,以及弹丸打击、巡飞弹、搭载捕获网的拦截无人机[7],乃至训练鹰隼[8]等物理拦截方式。协同蜂群式无人机攻击极易饱和防御体系,因此研发低成本或等效成本的应对方案以瓦解此类威胁,对维持未来数十年攻防平衡至关重要。近年来,多旋翼飞行器凭借其灵活机动性与低成本优势,相关研究及产品迭代日益聚焦于此,有力推动了技术创新,使其成为构建多机协同反无人机系统的可行载体。
本文以文献[2]的研究为基础,针对未来有人—无人编组防空场景下对抗蜂群攻击的战术防御编队,分析了编队重构的性能表现。通过采用集中式优化规划方法,对提出的编队重构方案进行了实践性评估,实验结果验证了该方案在所设计的系统架构中能够实现无人机编队的快速高效自适应调整。
本文后续章节安排如下:第二章综述无人机编队控制与防御策略的相关文献;第三章阐述具体作战场景;第四章介绍系统架构与研究方法;第五章详述实验设计与结果分析;第六章总结全文并展望未来研究方向。