無人機集群對地攻擊時空協(xié)同控制策略

唐磊 劉嬌

摘 要：隨著無人機技術(shù)的飛速發(fā)展，對于無人機集群協(xié)同對地攻擊的研究已經(jīng)受到了世界各國的廣泛關(guān)注。然而值得注意的是，目前關(guān)于此類問題的研究多集中于靜止目標(biāo)，而對運動目標(biāo)的協(xié)同攻擊任務(wù)卻處理不足。盡管當(dāng)前已有針對無人機集群跟蹤運動目標(biāo)的研究，但很少考慮到無人機之間的時空協(xié)同因素。為了確保無人機集群在更多的戰(zhàn)場上發(fā)揮重要作用，本文特針對其時空協(xié)同控制策略展開闡述，以期能夠最大限度地發(fā)揮無人機集群的整體效能。

關(guān)鍵詞：對地攻擊；控制策略；集群；時空協(xié)同

在2018年1月，敘利亞反對派首次動用了13架小型攻擊無人機對俄羅斯的赫梅米姆空軍基地和塔爾圖斯港補給站進行了集群式攻擊，這是無人機集群作戰(zhàn)的首個戰(zhàn)例。無人機集群作戰(zhàn)打破了傳統(tǒng)單機執(zhí)行任務(wù)的局限，通過多架無人機協(xié)同作戰(zhàn)對地面目標(biāo)進行打擊的方式有效地提升了突防的概率和毀傷效能，這種作戰(zhàn)方式的出現(xiàn)使得未來戰(zhàn)爭中的作戰(zhàn)樣式更加多樣化。因此，特針對無人機來探索時間和空間協(xié)同策略有利于提升集群攻擊過程中的飽和攻擊能力。

一、時空協(xié)同概述

無人機集群作戰(zhàn)是一個較為復(fù)雜的問題，需要綜合考慮多個因素（包括時間、空間、任務(wù)、環(huán)境以及無人機性能等）才能夠有效地提高對地攻擊的效果和效能。同時，無人機集群作戰(zhàn)還需要考慮無人機的續(xù)航能力、載彈量以及機動性等因素以確保無人機集群能夠在長時間的戰(zhàn)斗中保持高效率的作戰(zhàn)能力。

現(xiàn)針對時間協(xié)同和空間協(xié)同介紹如下：

（一）時間協(xié)同

時間協(xié)同主要包括三種方式：同時到達、時序到達和定時到達，旨在確保無人機在攻擊過程中的時間同步以提高攻擊的效果和效率[1]。其具體內(nèi)容如下：①同時到達：要求所有無人機在同一時間到達目標(biāo)地點；②時序到達：要求無人機按照預(yù)定的時間順序到達目標(biāo)地點；而定時到達則要求無人機在預(yù)定的時間點到達目標(biāo)地點。

（二）空間協(xié)同

通過精確的空間協(xié)同控制可以確保無人機在攻擊過程中占據(jù)最佳的攻擊位置和角度，從而提高攻擊的精確度和破壞力[2]?？臻g協(xié)同主要包括攻擊位置協(xié)同和攻擊進入角度協(xié)同兩種方式。其具體內(nèi)容如下：①攻擊位置協(xié)同：要求無人機在攻擊前選擇最佳的攻擊位置以實現(xiàn)對目標(biāo)的全面覆蓋；②攻擊進入角度協(xié)同：要求無人機在攻擊時選擇最佳的進入角度以避免目標(biāo)的防御系統(tǒng)，從而提高攻擊的成功率。

二、時空協(xié)同控制策略

從當(dāng)前對于無人機研究的實際情況來看，實現(xiàn)時空協(xié)同控制的方法主要可分為兩種。具體如下：

（一）調(diào)整路徑

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，針對無人機集群作戰(zhàn)的時空協(xié)同控制已經(jīng)成為了一種關(guān)鍵的作戰(zhàn)樣式，它對提升無人機集群的作戰(zhàn)效能具有重要意義。為了實現(xiàn)無人機集群的時空協(xié)同作戰(zhàn)，我們通過調(diào)整每架無人機的航路路徑來實現(xiàn)對于無人機集群的時空協(xié)同控制。具體來說，其實現(xiàn)途徑如下：（1）通過在每架無人機的自動駕駛儀上輸入特定的航跡角、航向角等底層控制指令后，便可以有效地控制無人機的飛行方向，從而讓每架無人機朝著我們所設(shè)想的方向飛行。（2）在無人機朝著特定方向飛行的過程中，通過在每架無人機的自動駕駛儀上輸入加速度指令便可以改變原來的飛行方向，從而讓每架無人機在空中形成特定的回旋弧。簡單來說：加速度越大則回旋弧的弧度越大，即飛行方向的變化越明顯；加速度越小則回旋弧的弧度越小，即飛行方向的變化越趨近于一條直線。概括地說，當(dāng)無人機集群從出發(fā)點出發(fā)后，我們便可以通過對航跡角、航向角以及加速度等參數(shù)的設(shè)定來控制無人機在空中的飛行路徑；同時，通過改變加速度來讓不同的無人機形成不同的回旋弧，從而讓它們在同一時間到達目標(biāo)區(qū)域[3]。值得強調(diào)的是，通過調(diào)整路徑來實現(xiàn)時空協(xié)同控制的策略具有多種優(yōu)勢。具體如下：（1）可以提高無人機的機動性和靈活性：特定的回旋弧路徑可以使無人機在飛行過程中快速調(diào)整航向，從而避免與其他無人機發(fā)生碰撞并應(yīng)對戰(zhàn)場環(huán)境的變化。這種路徑設(shè)計有助于無人機在復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下保持穩(wěn)定飛行以提高生存能力和作戰(zhàn)效能。（2）在無人機集群作戰(zhàn)中，路徑弧度的協(xié)調(diào)對于保持隊形穩(wěn)定、提高協(xié)同打擊效果至關(guān)重要：通過調(diào)整加速度等參數(shù)可以使每架無人機的路徑弧度與其他無人機相匹配，從而實現(xiàn)對于飛行路徑的協(xié)調(diào)。這種協(xié)調(diào)可以確保無人機在飛行過程中保持合適的間距以避免碰撞和擁堵，從而有利于提高整體作戰(zhàn)效能。（3）有利于應(yīng)對突發(fā)情況：當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)威脅時，可以通過加速度指令來重新規(guī)劃攻擊路徑，從而確保無人機集群在任何情況下都能夠做到時空協(xié)同到達攻擊目標(biāo)。這種靈活的調(diào)整能力使得無人機集群能夠迅速應(yīng)對戰(zhàn)場環(huán)境的變動，從而確保作戰(zhàn)行動的順利進行。

（二）調(diào)整速度

從實際情況來看，調(diào)整速度的方法對于無人機集群協(xié)同對地攻擊而言也是一種實現(xiàn)時空協(xié)同的有效手段。這種方法是基于預(yù)先規(guī)劃的無人機攻擊路徑，通過設(shè)計每架無人機的加速度指令來引導(dǎo)無人機在預(yù)定時間到達指定攻擊陣位，從而實現(xiàn)對地面目標(biāo)的協(xié)同打擊。具體來說，其設(shè)計如下：（1）通過在無人機自動駕駛儀內(nèi)輸入特定的加速度控制指令來預(yù)先規(guī)劃好攻擊路徑，不同的加速度指令會生成不同的攻擊路徑。這里需要注意的是，為了實現(xiàn)無人機集群的協(xié)同作戰(zhàn)，路徑規(guī)劃過程中加速度指令的設(shè)計需要考慮無人機的起飛地點、性能限制、地形地貌、飛行環(huán)境以及敵方防御系統(tǒng)的威脅等多種因素，只有這樣才能夠確保無人機在攻擊路徑上的安全性和有效性從而有效地引導(dǎo)無人機在預(yù)定時間到達指定攻擊陣位。（2）規(guī)劃好攻擊路徑后，還需要為每架無人機分配相應(yīng)的速度，從而通過精確控制每架無人機的速度來實現(xiàn)無人機集群的同時到達。而且，這些速度應(yīng)根據(jù)無人機的性能、任務(wù)需求和戰(zhàn)場環(huán)境進行調(diào)整以確保無人機在飛行過程中能夠保持穩(wěn)定和高效。值得強調(diào)的是，在實際作戰(zhàn)中可能會遇到各種不確定因素，如風(fēng)向變化造成的路徑誤差、敵方火力干擾造成的突發(fā)威脅等不利條件。為了應(yīng)對這些因素，需要實時調(diào)整無人機的速度和航向以確保無人機集群能夠依然在復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下實現(xiàn)時間協(xié)同。換言之，在無人機集群飛行過程中需要不斷監(jiān)測每架無人機的狀態(tài)（包括速度、位置和飛行路徑）從而做到適時調(diào)整無人機的速度，以保持集群內(nèi)各無人機之間的相對位置和速度一致。這也有助于實現(xiàn)無人機集群的同時到達以提高協(xié)同作戰(zhàn)效果。

三、結(jié)語

在無人機集群作戰(zhàn)過程中，綜合應(yīng)用時間和空間協(xié)同策略可以有效地提高對地攻擊的效果和效能。這種策略的應(yīng)用不僅需要精確的計算和分析而且還需要無人機集群之間的高度協(xié)同和配合。在時間協(xié)同上，無人機集群需要根據(jù)任務(wù)的要求和環(huán)境的變化來合理地安排攻擊的時間以達到最佳的攻擊效果。在空間協(xié)同上，無人機集群需要根據(jù)任務(wù)的要求和環(huán)境的變化來合理地安排攻擊的空間分布以達到最佳的攻擊效果。這可能需要無人機集群中的每一架無人機都能夠?qū)崟r地獲取任務(wù)信息和環(huán)境信息并進行快速的決策和響應(yīng)。

參考文獻：

[1]馮政，，吳傲.無人機集群打擊海面目標(biāo)指定時間協(xié)同控制方法[J].電光與控制， 2022， 29（9）：5.

[2]遲凱.艦載小型無人機集群協(xié)同作戰(zhàn)的智能控制策略研究[J].艦船電子對抗， 2018， 41（3）：5.

[3]趙艷麗，劉星宇，陶業(yè)榮，等.無人機集群對地攻擊協(xié)同控制算法及性能度量研究[J].飛行力學(xué)， 2023， 41（4）：52-58.

課題項目：石家莊市垂直起降固定翼無人機智能研究重點實驗室項目。