6G時代
——基于新形勢下的智能集群技術暢想

蔡佳輝 張志浩，2 李昊陽

1.空軍工程大學空管領航學院 陜西西安 710038；2.陜西省電子信息系統綜合集成重點實驗室 陜西西安 710038；3.中國人民解放軍94116部隊 新疆和田 848000

近幾年，隨著無人機技術、分布式技術和集群智能等新興科技的快速發展，世界軍事技術先進國家的戰斗理念和戰斗模式不斷更新，對顛覆未來戰斗樣式具有里程碑意義。

一、新形勢下智能集群技術初現端倪

智能集群作戰涉及地、空、海、潛等領域，具有自組織、自同步的協同作業特點和合作、競爭、相互學習[1]等能力涌現行為，對任務規劃智能性、快速性、適應性、魯棒性提出了極高要求，亟須創新任務規劃理念與方法，實現“人在環上/人在環外”的自主、分層、動態、在線任務規劃，達成物理域、信息域、認知域等集群作戰空間殺傷網快速閉合。

智能集群是由一定數量的單功能或多功能、有人或無人平臺共同組成，通過個體自主、群體協同的自組織群智匯聚，實現自主協同、能力涌現、智能對抗，具有“任務高韌性、決策高自主、行動強彈性”的優點，支撐“偵—控—打—評—保”多域聯合一體化作戰。[2]通過先進通信網絡將廣域分布的作戰平臺“神經搭接”為一個整體，形成聚集、自組織、他組織、涌現、動態性、自修復性等特征，并基于平臺之間的隨遇智能交感，實現集群決策和分布式控制。智能集群將松弛傳統作戰體系中作戰平臺、傳感器和武器系統之間的硬鏈接關系，以松耦合的方式構建“探測—跟蹤—決策—打擊—評估”殺傷鏈，催化集群編組方式、指控方式、作戰樣式、作戰體系及軍事理論等方面的變革。智能集群的發展趨勢(如圖1所示)。

圖1 智能集群的發展趨勢

智能集群運行空間包括太空空間、臨近空間、航空空間、地表空間、海面空間、水下空間，相應的集群平臺包括星(航天器)、機(航空器)、車(裝甲車輛)、艦(艦/潛艇)、彈(彈道導彈)，以及未來可能出現的在水下、空中、太空跨越飛行的跨介質航行器等。智能集群可以是星/機/車/艦/彈同維空間平臺構成的同構集群，也可以是多維空間平臺構成的星—機—車—艦—彈異構集群。因此，深入研究如此復雜的新興技術，并掌握核心技術，將獲得新形勢下的技術主動權。智能集群組成與藍圖(如圖2所示)。

圖2 智能集群組成與藍圖

二、6G技術支撐下的智能集群技術

“5G改變社會，6G改變世界”。更先進的通信技術將促使整個世界走向“數字孿生、智能泛在”，實現人、機、物間的體驗交互，信息可以攜帶更多的感官感受，除了聽覺、視覺外，觸覺、味覺和嗅覺也能夠被充分調動起來。屆時，無線網絡具有更低時延，更大帶寬，并且能夠利用專門設計的納米天線接入衛星通信網絡(尤其是量子衛星)，這將使物聯感知和通信一體技術順利實現。在這些優勢條件支撐下，未來戰場通信將更加快捷以及保密，與此同時，6G會填補5G在網絡上的不足，要新增UCBC(上行超帶寬)、RTBC(寬帶實時交互)、HCS(通信感知融合)三個場景，從5G場景的“三角形”變成6G場景的“六邊形”，才能從支撐萬物互聯到使萬物智聯，以此協助實現無人機的“智能集群”。

6G的超高速、超帶寬通信能力是智能集群形成網絡的基礎。目前，5G的最高頻帶約為52GHz，它的可用頻譜帶寬有2GHz，而基于毫米波的6G技術帶寬可以再增大10倍，延遲可以精確到毫秒級，從而能夠保證其傳輸速度更快，戰場通信的迅速高效性得以實現，這將極大地提升戰場通信能力，實時傳輸也會變成現實。

充分發揮“6G+智能集群”的新型組合作用，借助大量的智能無人設備進行戰場資源探測，利用增強現實技術，可實現對目標物進行方位的識別、遠程偵察和預警，實現指揮網絡化、及時化、一體化戰場控制。

三、智能集群典型技術原理

(一)基于智能集群技術的任務規劃

智能集群任務規劃[3]由預先規劃、在線規劃兩部分組成。其中，預先規劃是基礎，主要運用先進技術、理論方法，實現態勢分析、兵力計算、目標分配、路徑規劃，將行動構想、方案分解為可操作、可執行的行動安排；在線規劃是核心，主要運用先進智能理論方法與信息科學技術，依據戰術意圖與作戰規則庫，實現集群資源、任務環境、任務目標的映射表征，資源按需聚合，行動自主智能決策，生成執行指令。5G通信的高帶寬，低時延，大速率已經基本滿足智能集群作戰對任務規劃的快速性要求，是實現智能集群作戰[4]的良好工具。6G技術的出現，將為智能集群作戰的任務規劃提供更便捷的服務和技術支撐。

針對巡邏、偵察、攻擊一體化任務規劃[5]在時、空維度的復雜性、耦合性，在網絡維度的高時變、去中心化特征，基于“協商—決策”框架和差分進化算法提出了集群自主巡邏打擊任務規劃方法，具有“想定—戰術—行動”全要素規劃能力，支持“靠近即發現、越界即跟蹤、觸發即攻擊”全流程的無人化、自主化。

(二)無人機集群協同跟蹤攻擊任務模型

無人機集群根據攻擊任務需求自主編組[6]，形成廣域分布的多組攻擊子群，從多域多向來打擊目標，使對方防不勝防。無人機集群以其數量規模優勢消耗對方防御力量或阻塞對方防御通道，實現規模不對稱的飽和打擊態勢，使其難以對抗。協同跟蹤攻擊通常采用調整路徑和調整速度方法解決靜止目標的協同跟蹤攻擊問題，而針對無人機集群協同跟蹤攻擊運動目標問題則更加具有難度。

以無人機集群協同跟蹤攻擊地面運動目標為任務背景，針對集群攻擊中的時間和空間協同控制[7]方法展開研究。集群攻擊協同控制是指將分布在不同位置的多架攻擊型無人機按照一定的方法進行控制，使其在特定時刻從多個角度、以一定速度到達各自的攻擊陣位。為了更好地描述時間和空間協同關系，首先定義了時間協同函數和期望攻擊陣位。然后，將攻擊問題轉化為有限時間跟蹤系統問題，以末端時刻位置和最小速度誤差為優化目標建立二次型性能指標，采用最優控制方法求解控制律，使得所有無人機在攻擊過程中能夠實現時間和空間上的協同。最后，在“子群間隔到達、成員同時到達”的時間協同跟蹤攻擊策略下，仿真驗證了所提出控制律的有效性。[8]

四、6G+智能集群技術作戰應用

智能集群可構建為有人、有人-無人[9]、無人作戰集群等不同類別。在未來的無人化、智能化對抗中，平臺數量將處于次要地位，決定體系與體系之間對抗勝負的是雙方能否以更高的智能運用，比對手更大化從平臺、傳感器、武器到分群協同、集群作戰各個層級的行動能力，即“能力涌現”，智能任務規劃能力對集群作戰組織和運用水平的決定性更加明顯。智能集群在廣域分布空間“一致性”開展作戰行動，內部子群或隨遇多節點臨時組群，必須具備在線任務規劃與控制能力，保證在非預知戰場環境中可控實施時間、空間分散，但目標效能一致、集中的協同作戰行動。通過6G通信網絡“橋接”，實現集群各作戰單元的縱向集成與各作戰要素的橫向融合，形成偵察、攻擊、防御與支援等作戰行動在多域范圍跨平臺、跨系統的全方位優勢互補、聚集增效。

2017年6月10日中國電子科技集團有限公司成功完成了119架固定翼無人機集群飛行試驗，這標志著智能無人集群領域的又一突破。無人機集群并非單個作戰平臺的簡單疊加，集群作戰也擁有一些單個平臺作戰所無法比擬的優勢[10]：

(1)相對更高的勝算。據蘭徹斯特平方律，參戰平臺數量比單個平臺作戰能力在勝負的決定上更為重要[11]。集群作戰充分利用集群的數量優勢來提升局部戰爭的勝算。

(2)較高的效費比。無人機集群作戰不像重型武器那樣昂貴，耗費巨大，而對方應對大規模集群作戰時需要耗費較大成本進行防御，這就使得集群作戰，優勢凸顯。

(3)智能涌現。這是集群作戰最重要且最明顯的特征，它們通過集群個體之間的高度協同和自組織，使得集群涌現出遠超個體功能之和的集群功能。

正是由于這些優勢，使得各國積極發展集群技術。如今，無人系統技術在多學科交叉融合發展推動下，正在向更高水平的智能自主方向發展，其廣泛的覆蓋性、復雜的系統性、開放的知識性，決定了它必將成為一個極富創造力的領域。

五、總結展望

新形勢下的智能集群技術將會日趨成熟，相信在技術發展中，智能集群技術必將脫穎而出，并對信息化戰爭產生巨大的推動作用，而深入研究智能集群也變得愈發重要。以新形勢為背景，6G技術為依托，深入研究智能集群技術，并掌握運用方式，將極大有助于借鑒學習新的軍事技術未雨綢繆，做好準備。