無人機協同偵查問題研究

于慶灝

摘 要：由于國防軍事偵察任務逐漸變得復雜，且偵察方式逐漸向多無人機協同的方向發展，如何利用合理的任務規劃以及有限的載荷資源偵查到最大化的情報信息是無人機執行偵察任務的關鍵技術，因此研究多無人機協同偵察的新方法便對未來偵查作戰具有更加長遠的意義。根據偵察對象的不同將其分為“點對點”協同偵察和“點對面”協同偵察兩種新的模式，通過航路平滑的常用方法從環境因素是否可知的角度對當前的偵查方法進行了分析總結;根據電子信號偵察設備、合成孔徑雷達（SAR）和長焦距傾斜CCD相機3種機載偵察載荷的偵察特點，分析了影響多偵查機載設備協同偵察性能的因素和指標。

關鍵詞：多無人機;協同偵查;航路規劃;偵查載荷

0 前言

當今戰場環境日趨復雜，無人機已逐漸成為進行戰場偵察的主要工具。隨著無人機偵查問題呈現出偵察任務復雜多變以及對偵察效率高要求的特點，傳統的單無人機攜帶單載荷已不能滿足當前戰場環境超實時性的需求[1]，為了加快系統論證分析評估的過程、縮短指戰員的決策時間，采用多無人機攜帶不同載荷協同偵查很有必要[2]。

本文對多無人機協同偵查任務規劃和多載荷協同偵查兩個方面進行研究，其中無人機協同偵查航路規劃通過“點對點”的協同偵察和“點對面”的協同偵察兩個方向進行研究;多載荷協同偵查從電子信號偵察設備、合成孔徑雷達（SAR）和CCD相機三種光電偵查設備根據不同的作戰任務需求，合理設計4種偵查載荷的協同使用方案。

1 無人機協同偵查航路規劃

1.1點對點協同偵查

“點對點”的協同偵察即設計一種航路規劃方案，將目標按相應的需求（如航程最短、偵查效能最高等）分配給各無人機，生成各自特定的偵察序列，然后根據無人機的性能再對其局部航路進行優化，使得在可操作下偵查效能最大化。“點對點”的協同偵察任務規劃根據其實施步驟可分為上層系統的目標分配和下層各無人機平臺的航路規劃。目標分配即綜合多種要求，上層系統以相應任務效能為牽引，將具體目標分配給每架無人機平臺。航路規劃即為下層無人機平臺分配到的目標規劃最優偵查序列，然后結合相應無人機的性能和不同戰場環境的影響，對生成的航路進行平滑處理，方便偵察任務的執行。

目前多無人機任務規劃技術已取得了相對明顯的成就。“點對點”協同偵察任務規劃方面，從上層系統的任務分配到下層無人機平臺的航路規劃，其理論研究比較成熟。

1.2點對面協同偵查

“點對面”協同偵察即要求無人機在相應戰場環境的約束下能夠將任務區域進行全覆蓋偵察。目前，關于區域全覆蓋偵察任務規劃問題的分析較多，主要集中于機器人AI應用，針對多無人機區域內全覆蓋方向需要進一步分析研究。多無人機協同區域覆蓋偵察根據戰場環境不同可以分為已知環境下的全覆蓋偵察和未知環境下的全覆蓋偵察。

相比于單無人機區域覆蓋，多無人機區域覆蓋可以顯著提高其覆蓋效率以及穩定性。覆蓋效率的提高是因為多無人機工作時，可以加快偵察任務的執行速度。穩定性則是當任務中待偵查目標分配的某架無人機出現異常或損毀時，可以對其他偵查目標以及剩下的無人機進行重新規劃，以完成區域全覆蓋任務。

2 無人機多載荷協同偵查

2.1電子信號偵查設備與SAR協同

該方案主要利用電子信號偵察設備提供粗略定位信息，再運用SAR進行高精度偵察。電子信號偵察設備在遠距離、大范圍探測到目標輻射源，將目標信息發至數據處理器，經處理后傳輸至控制終端，并采用電子信號偵察和SAR的協同模式重新規劃無人機航路，對目標進行精確定位;飛行至SAR作用距離時，SAR開始工作，以提高對目標的偵查時間，提升載荷在復雜環境下對目標的高精度成像觀測能力。

2.2電子信號偵查設備與CCD相機協同

該方案主要用于對目標區域進行第一時間的可視偵察或采集高分辨率目標圖像。電子信號偵察設備在長距離、大范圍探測到目標輻射源后，控制終端操縱無人機規劃航路抵近目標區域。當無人機抵近至CCD相機工作距離時，采用CCD相機同電子信號偵察設備協同模式對目標進行觀測;到達目標規定距離后，拍攝高精度圖像或進行即時可視偵察。

2.3SAR與CCD相機協同

SAR在較大范圍內對偵察區域進行掃描搜索，實現對運動目標的搜索和追蹤。鑒于SAR圖像判讀的復雜性，為提高對目標的探測或對運動目標即時可視偵察能力，無人機規劃航路到達目標區域規定距離后，開啟CCD相機偵察模式，實現對目標的探測成像、定位和追蹤。

2.4電子信號偵察設備、SAR與CCD相機協同

該方案主要用于對目標的精確定位、觀測成像和特征檢測。電子信號偵察設備在遠距離探測到目標輻射源的位置后，控制無人機規劃航路抵近目標區域。偵察靜止目標時，采用SAR或CCD相機分別在作用距離范圍內對目標進行觀測成像或即時可視偵察;偵察運動目標時，則運用SAR或CCD相機分別在作用距離范圍內對目標進行跟蹤和即時可視偵察。若電子信號偵察設備未偵察到目標，可采用SAR工作模式再規劃其他偵察方案。

3 結論

本文在分析無人機偵察載荷和偵察作戰環境上，設計了4種多偵察載荷協同使用方案，為無人機的偵察載荷的協同作戰使用提供了參考依據。為了提高整個多無人機系統的容錯率與安全性，必須使得多無人機系統具備在線動態規劃的功能[3]，保證遇到某架無人機出現異常或被摧毀后，可進行偵查任務自主重新分配與航路重新規劃，這樣能夠更好地體現出無人機群的自主性與協同性。

隨著無人機偵查問題呈現偵察任務復雜多變以及對偵察效率高要求的特點，傳統的單無人機攜帶單載荷不能滿足當前戰場環境要求，為了獲得最好的偵查結果，以及縮短指戰員決策時間，采用多無人機攜帶不同載荷協同偵查很有必要。

參考文獻

[1]龐強偉，胡永江，李文廣，等.多無人機協同偵察任務規劃方法研究綜述[J].電訊技術，2019，59（6）：741-748.

[2]張海峰，韓芳林.給予任務協同的無人機多偵查載荷使用.海軍航空工程學院學報，2018，33（3）.

[3]柳長安，王和平，李為吉，白俊強.無人機的協同偵查航路規劃.火力與指揮控制，2004（1）：60-63.