无人机蜂群关键技术发展综述

现代战争模式催生了无人机蜂群新型作战样式。系统分析了无人机蜂群利用功能简单的个体，应用自然界蜂群组织算法模型形成高级群体智能行为的概念，介绍无人蜂群的分类和特点，凝练总结无人机蜂群协同组网、协同感知、协同决策、协同控制等关键领域技术及发展现状，针对复杂对抗环境下的实际需求提出集光电探测、通信组网、协同控制、任务规划等多学科于一体的无人机蜂群技术发展的重点和难点，给出无人机蜂群技术发展的途径和举措建议，期望达到牵引无人机蜂群技术发展方向，推动无人机蜂群从技术走向实用的目的。

伴随着人工智能、自主系统、网络通信等技术的发展，无人机装备任务谱系日益完善，发展出的低成本可消耗无人机逐步衍生出“无人机蜂群”概念，无人机蜂群由成本较低的小型无人机平台组成，机动性高、鲁棒性好，且具有抗毁性好的特点[1-2]。相对简单、单体能力有限的无人机构成的蜂群，通过个体平台之间的局部协作，可实现全局行为的能力“涌现”，完成动态任务规划、高效快速突防、集群协同组网、长时巡飞监视、持续时空封控、电子侦察对抗、持久跟踪监视、精准火力引导、即时精确打击、自主协同攻击、实时效果评估等作战能力，实施对严密设防目标、时敏集群目标，以及灰色拒止区域的侦察、干扰、诱骗、打击、评估等一体化作战任务，可形成“侦-控-抗-突-打-评”于一体的智能化火力打击武器和网络化协同攻击系统，可以实现灵活高效的智能化集群对抗、网络化协同攻击和分布式协同封控等作战任务，提高任务完成的效率和成功率。由于无人蜂群作战不需要在发射前即确定攻击目标，即便没有详细的目标情报也可以进行发射，可根据战场态势灵活选择目标进行打击，也可以在任务执行过程中改变飞行任务或飞行航迹，具有强机动飞行能力，战术灵活性更强。无人蜂群使得无人机蜂群实战化和主战化趋势日益明显，为谋求构筑高强度作战环境下的规模化优势提供了新型作战模式[3-4]。

对集群的最初研究源于科学家对昆虫行为的观察和研究，单个昆虫虽然行为相对简单，完成特定任务的能力相对有限。然而，当多个单体聚集到一起形成集群后，通过集体协同分工与合作，即可响应复杂的任务需求，例如蜂群、狼群、蚁群、鸟群等，如图1所示。事实上，集群作战的方式由来已久，冷兵器时代的人海战术、骑兵时代的马群战术，二战时期的狼群战术都是集群作战的典型运用形式，其核心要义在于创造出局部空间的以量取胜、协同取胜，通过成体系对抗和低成本作战获胜[5-6]。无人机蜂群的节点平台类型丰富、研制周期短、新技术迭代快，具备遂行侦察监视、诱饵欺骗、电子对抗、饱和攻击等能力，可以大幅度提升作战效能，而且部分节点的损耗不会显著影响整体的系统功能。

美军先后启动了“小精灵”、“灰山鹑”、“蝗虫”等项目，验证了无人机蜂群多样化作战任务执行能力[7-9]。美军曾在2014年启动了拒止环境中的协同作战“CODE”项目，实现弱连通、强干扰条件下无人集群的自主协同作业，美国国防高级研究计划局（DARPA）通过一系列试验进行了试验验证。美军的“小精灵”项目通过大型空中运输平台从空中发射无人机集群实施侦察、干扰等任务，未被打击的无人机具有再回收能力，可大限度节约成本。之后，DARPA于2017年启动了进攻性蜂群使能战术 “OFFSET”项目，通过组建无人机蜂群作战系统来支援城市环境下的地面作战部队，并针对该项目开展了多次场地试验。国外典型集群作战系统如图2所示。

近年来，无人装备在实战中的应用愈加频繁，作用日益突出。2020年9月，阿塞拜疆与亚美尼亚两国在纳卡地区爆发激烈冲突[10]，无人机在此次冲突中发挥了重要作用，被认为是一场无人机的战争。以色列国防军在攻击加沙地带时，第一次使用了人工智能引导巡飞弹集群投入战斗，这是世界上无人机集群第一次被投入实战中。被无人机集群、精确武器和C4I综合电子信息系统赋能的单个连队，完成了30多项任务，摧毁了边界外数公里的几十个敌方目标。无人机集群可在几分钟内在复杂地区确定敌方位置、指示目标，并让指挥所评估目标、打击选定的目标、进行战斗损伤评估。2022年2月开始的俄乌冲突中，俄乌双方均投入并持续加强加强了对无人机作战的使用频率和力度。无人机的长时间制空监视、压制、时敏打击的优势，增强了战场态势感知和高效打击能力。同时，长时间消耗作战亦考验着双方国家的低成本武器研制和生产能力。

总之，无人机蜂群利用大量功能简单的无人飞行器模拟自然界蜂群行为，通过信息共享、自组织编队、自适应飞行、智能决策和协同合作，形成高级群体智能涌现现象和完成多样化任务的能力，以应对瞬息万变的复杂战场环境，具有高抗毁性、低成本、智能化和功能分布的新质特点。针对现实需求，剖析无人机蜂群的决策体制、协同机理、涌现效应等，探索研究无人机蜂群技术发展现状和瓶颈难点，以期达到推动无人机蜂群技术进步和走向实用的目的。

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