基于生物群集行为的无人机集群控制
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2024-04-12
无人
生物
群体
控制
群集
机集群
系统
能力
智能
无人机
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基于生物群集行为的无人机集群控制
生物群集行为是一种普遍存在的自然现象，群体中的个
体利用简单的规则、局部的交互，形成了鲁棒性强、自适应
度高、可扩展性好的自组织行为，在系统层面体现为智能的
涌现。本文首先简要叙述了蚁群、蜂群、鸽群、鱼群等典型
的生物群集，并从组织结构的分布式、行为主体的简单性、
作用模式的灵活性、系统整体的智能性等方面分析了生物群
体智能的特点。然后，介绍了部分具有代表性的无人机集群
项目，总结了无人机集群的关键技术，包括集群态势感知、
自主编队控制、智能协同决策。最后，从生物群集和无人机
集群在直观上的相似性出发，分析了生物群体和无人机集群
自主控制的映射关系，并探讨了仿生物群集的无人机集群自
主控制中的核心问题。
无人机起源于军事领域，经过几十年的发展，目前已经进入
了快速发展期，种类越来越多，应用领域不断拓展，任务类
型越来越广泛。“平台无人，系统有人”是无人机系统的基本
特征，与有人飞机相比，无人机可有效避免人员伤亡，具有
持续工作能力强、全寿命周期成本低等特点，在尺寸、速度
和机动性等方面也具有独特的优势。在军事领域，无人机可
以执行情报、 侦察、监视、干扰和打击等任务， 在民用方面，
可用于农业植保、 森林防火、 电力（管道）巡检和地质勘探。
随着无人机的自主能力和智能化水平不断提高，其控制方式
逐步从简单的遥控、程控方式向人机智能融合交互控制，甚
至是全自主控制方向发展，其任务空域也逐步从执行情报、
监视与侦察任务的安全性空域向干扰、打击等对抗性空域发
展。由于单架无人机所能携带的任务载荷相对单一，执行任
务能力有限，而通过多架无人机的能力互补和行动协调，可
实现整个系统效能的提升，无人机的应用样式逐步从单平台
向多平台“集群”方向发展。 生物群集行为是一种普遍存在
的自然现象，从成群迁移的角马、集体飞行的鸽子、结队巡
游的鱼类，到觅食的蚂蚁、 采蜜的蜜蜂， 乃至细菌等微生物、
细胞和蛋白质，不同尺度的生命体都存在着复杂的群体行为。
在生物群体中， 个体的感知 /行动能力有限， 遵循简单的行为
规则，却能够通过相互协作完成迁徙、觅食、筑巢、御敌等
复杂的团队活动，在群体层面上呈现出有序的自组织协调行
为。生物群体既能形成协调有序的集体运动模式， 又能快速、
一致
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