无人机蜂群军事应用分析

无人机蜂群军事应用分析

张旭东

武警指挥学院，天津市河东区，300250

摘 要：无人机蜂群具有机动灵活、去中心化、鲁棒性好、作战效能高的特点，具有广泛的民用价值和军事应用价值。本文分析了无人机蜂群的作战特点，对无人机蜂群在军事领域的应用进行了综合分析。

关键词：无人机蜂群；作战特点；军事应用

0引言

随着人工智能技术和自动控制技术的发展，无人机蜂群在近年取得了飞速发展，广泛应用与航拍、物流运输等民用领域。同时，美国等西方国家不断加强无人机蜂群的军事应用研究与探索，对未来作战样式具有重要影响。

1  无人机蜂群作战特点

无人机蜂群的作战特点主要体现在6个方面。第一，群体智能。无人机蜂群的个体之间可以智能分工协作、相互协调，对复杂战场环境具有良好的适应性。第二，效能倍增。单个无人机平台载荷低，功能相对简单，随着无人机数量的增加，根据兰彻斯特平方律，其作战效能将显著增强。第三，功能分布。无人机蜂群可以将传统的集成在一个大型平台上的多个功能模块分布到不同无人机个体上。第四，去中心化。去中心化的无人机蜂群可以避免单一节点被摧毁造成系统整体失能。第五，鲁棒性好。利用数量优势，当无人机蜂群中的某个节点失能时，可以对系统自行调整，实现能力自愈。第六，效费比高。使用无人机蜂群执行任务不必考虑人员伤亡，且可以根据任务需要灵活调整无人机蜂群编成和任务载荷。

2  无人机蜂群军事应用

2.1  基于人脸识别技术的目标识别

以神经网络为基础的深度学习技术使目标检测和识别的准确率大幅提升，其中人脸识别技术已经在军用和民用领域得到大量应用。美军使用高空长航时察打一体无人机在反恐作战中对高价值目标进行精准识别和精确打击，取得了优异成绩。通过在无人机上搭载高清摄像头，可基于人脸识别技术对目标进行精准识别，特别是无人机蜂群可以从多个角度对目标进行拍摄，从而更全面的采集目标特征数据。传统的目标识别方式难以适应复杂环境下运动目标的识别，而无人机蜂群具有很强的环境适应能力和机动能力。在阴雨、大风等恶劣气象条件下，基于深度学习算法，无人机蜂群可以对采集到的数据进行缺失值填充、冗余数据去除、异常数据清洗等数据预处理操作，最大限度识别目标特征信息并通过模型融合等手段提升目标识别的准确率。此外，在山地、沙漠、丘陵等远离城市的环境中，难以依托“天网”等视频监控系统。无人机蜂群响应时间短、监控区域广的特点使得任务部队可以快速对大片区域进行目标搜索与识别，摆脱对固定监控设施的依赖。

2.2  基于多目标分组技术的目标跟踪

复杂环境下，对多个运动目标的定位和跟踪是无人机蜂群应用的研究热点。无人机蜂群对多个运动目标的跟踪首先需要对多个目标进行识别。第一步，对采集到的图像进行预处理，去除低质量图像和低相关性图像。第二步，运动分割，从背景中分割图像中的运动目标。第三步，提取运动目标和背景的特征。第四步，将特征与已储存的特征模板匹配，从而确定待跟踪目标。第五步，基于多目标任务规划算法将无人机蜂群分组，每组独立执行跟踪任务。第六步，分组后的子蜂群或单个无人机独立进行航迹规划和编队飞行。在实际应用场景中，跟踪目标群体往往运动状态复杂多样，且随时间快速变化，靠地面操作员进行人工任务规划和无人机蜂群分组难以适应任务需求。因此，无人机蜂群的智能任务规划是同时对运动状态不同的多个目标准确识别并进行跟踪的关键。

2.3  基于信息融合技术的协同探测

无人机蜂群通过携带多种传感器可以从多个维度进行信息获取，通过协同工作，无人机蜂群可以在执行探测任务时进行任务分割，以减少冗余，因此可以用最少的资源有效覆盖大面积区域。同时，无人机蜂群可以通过融合从不同角度或不同传感器平台采集的信息提高探测任务的准确性，也是确保机群中每一个个体对环境态势理解一致性的基础。多无人机协同探测需要完成感知数据的融合处理和传感器资源的优化管理。

多传感器数据融合在结构上按其在融合系统中信息处理的层级，主要分为三个层次：数据层融合、特征层融合和决策层融合，其根本目的是实现对环境态势的准确估计。目前，数据融合系统正朝着具有自主能力的智能化方向发展，目的是通过利用从外界获得的信息，并与系统中的其他个体共享信息，基于信息融合做出类似于人类的预判行为，从而向最有利于系统发展的方向做出决策与行动。

2.4  基于链路自适应技术的中继通信

相比地面通信链路易受建筑物遮挡或地形影响而产生较大信号衰减，配备收发天线的无人机可作为空中无线接入点利用空地链路进行无线信息传输。基于无人机蜂群的中继通信可以通过空地视距传播优势提高无线信道容量，同时空基通信网络节点部署具有高度的可重构性，可根据任务环境灵活改变通信链路拓扑结构。从大尺度衰落角度看，视距链路有助于减少无线信号传播的路径损耗。从小尺度衰落角度看，视距主成分使空地链路产生莱斯衰落信道。因此，空地通信链路从平均信道增益和瞬时信道增益两个方面相对地面通信链路都有较大优势。

在紧急情况下，基于无人机蜂群中继通信技术可以迅速构建大范围应急通信网。根据实际需求既可以选择无人机静态中继，也可以选择预设轨迹下无人机移动中继和三维自由度下无人机移动中继。其次，可以将无人机蜂群中继通信与卫星通信或5G等地面移动通信网络相结合，灵活构建异构应急通信网。例如，2019年四川省宜宾市长宁县的地震灾害中，四川移动为迅速恢复灾民安置点的联网状态，采用无人机中继通信为灾区提供无线接入服务，该无人机中继节点利用卫星网络提供无线回程链路来实现信息交互。

2.5  基于自主决策机制的精确打击

    无人机蜂群可利用数据链和自主航路规划建立高度的时空同步，将其与精确制导弹药相结合，可对敌方目标进行多波次、多方向的饱和式精确打击。国外公司曾发布演示视频，在手掌大小无人机上安装炸药，通过红外线进行目标指示，无人机可准确冲向目标并自爆。通过给无人机蜂群预先设定攻击目标或者由地面指挥员进行实时指挥，可将其部署在特定区域，功能类似巡飞弹，一旦发现目标，迅速发起攻击。相对于巡飞弹，旋翼无人机可悬停的优势使其可以定点监控任务区域，回传图像质量高，通信链路相对稳定，可以提升目标识别的准确率。根据任务需要，将无人机蜂群划分为不同任务分队，携带不同任务载荷，可协同实现作战目标。例如将其分为观测分队和攻击分队，观测分队携带高清相机和红外观测设备等传感器负责对任务区域进行协同观测和数据融合，提供战场态势感知服务，攻击分队携带炸药或其他武器执行攻击任务。无人机蜂群既可以由地面指挥员控制，也可在设定攻击目标后由无人机蜂群通过自主决策实现观察和打击。由于单个无人机有效载荷有限，因此将不同任务分配给蜂群中的不同分队，即功能分布化，可提高蜂群的整体作战效能。

3  结语

纳卡冲突和俄乌冲突中，无人机发挥了重要作用，在情报侦察、态势感知、精确打击等领域展现了巨大的军事应用潜力。本文系统分析了无人机蜂群在目标识别与跟踪、协同探测、中继通信、精确打击中的应用，对探索无人机蜂群的军事应用具有重要的实践价值。

参考文献：

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