無人機是一種利用無線電遙控設(shè)備或者自主控制裝置操縱飛行狀態(tài)的無人飛行器。

與有人機相比，無人機在作戰(zhàn)中具備靈活性強、作戰(zhàn)效費比高等優(yōu)勢。

然而，在體系化作戰(zhàn)中，由于戰(zhàn)場環(huán)境復雜、要素配置分散、作戰(zhàn)樣式多維，單一無人機難以勝任多樣化作戰(zhàn)任務(wù)。

依托群體智能開展智能化無人機集群作戰(zhàn)，可將無人機數(shù)量優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為非對稱作戰(zhàn)優(yōu)勢。

無人機集群智能化作戰(zhàn)樣式

近年來，無人機集群在協(xié)同探測、全域打擊、戰(zhàn)術(shù)騙擾等作戰(zhàn)任務(wù)中，逐漸發(fā)揮出越來越重要的作用，成為軍事領(lǐng)域重點發(fā)展方向之一。

按照目前無人機集群的群體智能化程度與作戰(zhàn)樣式，可將其劃分為3種類型：

——偽集群。這是一種由地面人員分別操控多架無人機構(gòu)成的“集群”方式。無人機看上去是集群，其實相互獨立，并不存在信息交互協(xié)同。

2016年，美國海軍進行了數(shù)百次無人機“集群”進攻“宙斯盾”防御系統(tǒng)的模擬試驗。結(jié)果表明，當由8架無人機組成的“集群”突防攻擊時，防御系統(tǒng)難以合理分配火力，平均每次約有2.8架無人機可避開攔截系統(tǒng)實施打擊。

上述案例，無人機在形式上表現(xiàn)為“集群”，但不存在群體智能，僅靠多架無人機集聚帶來的數(shù)量優(yōu)勢提高作戰(zhàn)能力。

——集中式集群。這是一種以地面指揮中心作為集群大腦、無人機之間無交互、統(tǒng)一受集群大腦指揮調(diào)度的集群方式。2020年11月，美軍通過地面軟件驅(qū)動“復仇者”無人機組成集群，進行了約2小時的自主協(xié)同飛行試驗。該項目利用軟件確定最優(yōu)作戰(zhàn)方案，提高了現(xiàn)有無人作戰(zhàn)力量的靈活性和生存能力。

集中式集群智能化程度低，面臨單鏈失效、可靠性差等潛在問題。當?shù)孛嬷笓]中心與集群通信鏈路遭到破壞時，整個集群將因失去控制而喪失作戰(zhàn)能力。

2018年，敘利亞反對派出動13架固定翼無人機構(gòu)成集中式集群，對俄羅斯空軍基地進行襲擾攻擊。俄方利用電子戰(zhàn)加火力殺傷的手段實施攔截，最終俘獲6架無人機，擊落7架無人機。

——分布式集群。這是一種不存在中心控制器、各無人機通過機間信息共享、協(xié)同配合執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)的集群方式。該方式具有去中心化、低復雜度和自組織性等優(yōu)勢，極大提高了遂行復雜任務(wù)能力。

2017年，美國利用3架F/A-18戰(zhàn)斗機釋放了103架無人機，形成分布式集群進行飛行試驗，實現(xiàn)了載機發(fā)射、隊形變換等功能，達到了預(yù)期作戰(zhàn)效果。

相比于集中式集群，分布式集群具備了分布式體系結(jié)構(gòu)，機間信息交互為群體智能的產(chǎn)生提供了必要條件。擁有群體智能的無人機集群，自主性高、安全性好，是集群作戰(zhàn)的主要發(fā)展方向。

利用群體行為特征為集群賦智

在瑰麗的自然界中，存在著魚群、獸群、蜂群和鳥群等生物群落。這些生物個體本身是脆弱的，但通過交互協(xié)作聚集而成的群體，則擁有更強的覓食、趨利避害和遷徙等能力。

生物群落通過簡單通信實現(xiàn)高效協(xié)同，表現(xiàn)出協(xié)同聚集、目標吸引和避撞排斥等行為特征，能夠達成合作共贏的集群效果。

這種由群居性生物通過協(xié)作表現(xiàn)出的宏觀智能行為特征，即為群體智能。群體智能是人工智能的一個重要研究方向。

結(jié)合無人機系統(tǒng)技術(shù)，研究群體智能的理論與方法，有望探求到更具自主智能特性的無人機集群，形成高級群體智能。

——根據(jù)協(xié)同聚集行為特征，實現(xiàn)無人機集群的分布式作業(yè)。在自然界中，覓食的魚群能通過局部信息交流聚集，提高覓食效率。在遭遇捕食者時，又可快速散開逃逸，分散捕食者注意力，降低被捕食風險。與之類似，無人機集群的飛行控制，通過相鄰無人機的信息交互，設(shè)計無人機協(xié)同控制協(xié)議，使得集群中的每一成員就全局一致、方向趨同和期望隊形等達成“共識”，真正實現(xiàn)集群的分布式作業(yè)。就像波動現(xiàn)象一樣，相互間迅速準確地傳導信息，從而達成行動的一致性。

——利用目標吸引行為特征，實現(xiàn)無人機集群的編隊跟蹤。狼群能在頭狼帶領(lǐng)下進行任務(wù)分工，密切配合圍捕獵物。頭狼負責追蹤目標并發(fā)布命令，狼群則擔負不同職責共同協(xié)作高效完成捕獵任務(wù)。無人機集群可參照狼群模式，利用目標吸引行為特征，形成領(lǐng)航跟隨任務(wù)模式。領(lǐng)航機探測識別與分析處理能力較強，負責跟蹤目標生成航跡，發(fā)揮高性能優(yōu)勢和態(tài)勢感知能力，實現(xiàn)對目標的實時跟蹤，跟隨機既能實時跟蹤領(lǐng)航機航跡，又能通過機間協(xié)同形成任務(wù)所需的集群構(gòu)型，提高載荷分布配置效能，強化任務(wù)執(zhí)行力。

——依據(jù)避撞排斥行為特征，實現(xiàn)無人機集群的智能防撞。無人機集群在執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)時，實現(xiàn)智能防撞是保證自身飛行安全和順利執(zhí)行任務(wù)的基本要求。“集群智能防撞”，就是要讓各無人機實時規(guī)避戰(zhàn)場環(huán)境中的障礙物，同時集群間不發(fā)生碰撞。要實現(xiàn)這一效果，可構(gòu)建無人機之間和集群與障礙物之間的“智能斥力勢場”：當相對距離過小時，觸發(fā)避撞排斥機制，有效應(yīng)對復雜環(huán)境和作戰(zhàn)模式。

智能集群引領(lǐng)體系化作戰(zhàn)新樣式

從世界軍事強國發(fā)展趨勢來看，隨著信息化、無人化和智能化技術(shù)應(yīng)用于戰(zhàn)場，是否具備體系化作戰(zhàn)能力將成為決定戰(zhàn)爭成敗的重要因素。

群體智能技術(shù)的發(fā)展，將極大推動無人機集群作戰(zhàn)模式的變革，是未來軍隊適應(yīng)復雜戰(zhàn)場環(huán)境、提升作戰(zhàn)能力的重要手段。無人機集群將顛覆傳統(tǒng)戰(zhàn)爭形態(tài)，成為制勝未來戰(zhàn)場的新型作戰(zhàn)樣式。

具備一定協(xié)同能力與自主性的無人機集群，可搭載不同種類載荷，執(zhí)行多樣化作戰(zhàn)任務(wù)。從美國的“小精靈”“山鶉”等無人機集群協(xié)同作戰(zhàn)驗證項目的實驗效果來看，小型化、低成本的無人機集群，在短期內(nèi)有望通過機間信息共享，形成探測、感知、識別、通信和攻擊等協(xié)同能力。

鑒于此，各軍事強國持續(xù)發(fā)展無人機集群作戰(zhàn)力量，期望以成體系的低成本無人機集群，襲擾相對孤立的高價值軍事目標，發(fā)揮出非對稱作戰(zhàn)優(yōu)勢。

隨著人工智能技術(shù)的不斷升級，擁有群體智能的無人機集群，可發(fā)揮其環(huán)境適應(yīng)能力強、部署靈活、功能集成、小型高效的優(yōu)勢，實現(xiàn)智能組網(wǎng)、協(xié)同作戰(zhàn)與博弈對抗，對防御系統(tǒng)實施全向突防，形成“偵-抗-打-評”作戰(zhàn)閉環(huán)，在未來多域多維的體系化作戰(zhàn)中克敵制勝。