空地协同无人系统研究

空地协同无人机系统是当今无人集群研究领域的热点，系统在负载、速度、机动性等要素上高度优势互 补，具有环境适应性强，应用场景多样，任务执行率高等特点。回顾了空地协同无人系统近年的研究发展现状，基于对 系统内无人机与无人车功能互补性的分析，总结了4种常用的功能角色分工模式，详细梳理了空地协同无人系统在协 同控制、任务规划、导航定位、协同着陆等关键技术领域的研究进展，分析了其研究发展方向和关键技术问题。从 20世纪人类第 1架无人机探索开始，经历了 百年的发展历程，目前无人机、无人车、无人潜航器 等已经取得了巨大的发展和进步，并在实战中得到 运用。借助无人化武器装备，作战人员可以在远离战场的环境中对敌人进行打击，从而减少自身伤 亡。当前的战争形态下，无人化作战只是作为一种 辅助手段，而随着人工智能、无人化技术的应用与 发展，未来战场上有生力量的直接对抗将显著减 少，无人化作战将遍及陆、海、空、天、电每一个战 场，贯穿整个战略、战役、战术直至单兵作战各层 次，对整个作战体系将产生颠覆性影响，成为智能 化战争的基本形态［1-2］ 。 无人作战集群以其高度的灵活性、广泛的适应 性、可控的经济性，拥有越来越广泛的应用潜力，受 到国内外的高度关注。但同构无人系统存在一定 的先天性不足，如无人车受战场地形和道路条件的 影响，且机动速度有限，无人机的飞行航程和运载 能力又限制了其作用功能的发挥。而空地协同无 人系统，在负载、速度、机动性等要素上高度优势互 补［3］ ，系统结合空地无人平台各自优势协同作战， 是适应未来战场的必然选择，在未来执行装甲集群 作战、巡飞蜂群作战、抢滩登陆破障、边境巡查等作 战任务时，必将发挥强大的作战效能。因此，对空 地协同无人系统的研究具有现实军事意义［4］ 。 1　研究发展现状 国内外主要机器人制造国对空地协同机器人 的研究日趋重视。2009 年，美国顶级机器人学术 研究机构在《机器人技术路线图 2009》中明确提出 协同能力作为空地协同机器人的关键能力和基本 技术，并在 2013 年更新该路线图予以强调。2016 年 欧 盟 机 器 人 公 私 合 作 组 织（Public Private Part⁃ nership，PPP）发布《欧盟机器人 2020 路线图》提出 需要不同种类的机器人通过合作完成高度复杂的 任务［5］。2015 年《中国制造 2025 机器人领域技术 路线图》［6］中提出“可实现多机合作、空地协作”的 概念。 在实际应用研究中，早在 2005 年，美国国防部 高级研究计划局（Defence Advanced Research Proj⁃ ects Agency，DARPA）资助项目中，1机3车的空地无 人系统演示实现了对地面移动目标的联合围捕［7］ 。 2015年，欧盟 SHERPA 项目构建空中——地面无人 平台，用于搜救失踪人员，该系统包括固定翼无人 机、多旋翼无人机、无人直升机用于侦察搜索、观察 定位和物资投送，并使用无人车进行挖掘和人员运 输［8］ 。2018 年，中国航天科工 X 院研制的空地无人 系统在“跨越险阻 2018 陆上无人系统挑战赛”—— 空地系统搜索比赛中演示目标搜索救援行动，系统 安全性能高、响应速度快、载荷性能强，具备较快的 遍历搜索速度及准确的目标识别能力［9］ 。2019 年， 美国“进攻蜂群战术”（Offensive Swarm-Enabled Tac⁃ tics， OFFSET）项目旨在研究在未来无人作战对抗 中使用上百个小型无人机和无人车的集群系统［10］ 。 2020 年，欧盟的“欧洲海上感知开放式合作”（Open Cooperation for European mAritime awareNess， OCEAN）项目演示了 9部无人系统（5艘无人舰艇和 4架无人机）联合侦察和数据交互行动［11］ 。2022年， 美国通用动力陆地系统公司展示了其 TRX 履带式 无人驾驶地面车辆的模型，配置为 50 枚“弹簧刀” 自杀式无人机和一架绳系的四旋翼无人侦察机，这 种配置提供了侦察监视和打击能力的重要组合，可 以在非常高风险的环境中使用［12］ 。