无人机仿鸟群协同控制发展现状及关键技术

doi:10.7527/S1000-6893.2024.29946

Abstract

Abstract:

Unmanned Aerial Vehicle （UAV） swarms have been widely used in disaster relief， reconnaissance and surveillance， anti-terrorism and stability maintenance and many other fields， and highly autonomous intelligent UAV swarms based on “swarm intelligence” have become a hot spot all over the world. Birds have the characteristics of high autonomy and robustness； therefore， it is an important way to solve the cooperative control problems of UAVS swarms by mapping the birds’ behavior rules to UAVS swarm systems. In order to better guide the innovation of technology and theory of UAV swarms， this paper summarizes the research status， key technologies and future development of cooperative control of bird-inspired UAV swarms. Firstly， typical projects and main progress of UAV swarms at home and abroad are introduced. Secondly， the development status of bird flocks is reviewed from three levels： internal structures， interaction rules and behavior mechanisms. Besides， the research status and challenges of cooperative control of bird-inspired UAV swarms is summarized and analyzed in bird-inspired hierarchical control， bird-inspired interaction control and bird-inspired behavior control， respectively. Then， for the future development of cooperative control of UAV swarms， a new technology， which is called phase transition control of swarm behavior for bird-inspired UAV swarms， is proposed. Finally， the trend of cooperative control of bird-inspired UAV swarms is prospected， to provide ideas and basis for the development of UAV swarms in the future.

Key words: UAV swarm, bird-inspired, cooperative control, behavior mechanism, phase transition

CLC Number:

V249.1

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Figures/Tables 11

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项目名称	开始时间	研究内容	最新试验
“山鹑（Perdix）”	2014年	微型无人机集群，执行火力打击、获取情报、侦察监视等任务	2016年10月，3架F/A-18F战斗机空中投放103架“山鹑”无人机，测试其编队飞行、集体决策和编队修复等能力
拒止环境中协同行动（CODE）	2014年	发展自主协同能力，使无人机集群能在拒止环境中与移动目标交战	2022年1月，1架MQ-20无人机与5架虚拟机编队进行协同搜索任务，虚拟敌方进入指定的搜索区域，编队自主决定哪架无人机自动脱离编队并执行空对空战术
“小精灵（Gremlins）”	2015年	可空中发射、自主协调、分布式作战、可回收的无人机集群，执行侦察、监视、网络战、电磁战等任务	2021年11月，使用C-130型运输机成功投放、回收“小精灵”无人机
低成本无人机集群（LOCUST）	2015年	低成本、体积小、数量多、可快速释放的无人机集群	2021年7月，“郊狼”无人机成功击落由10架无人机组成的集群
进攻性蜂群使能战（OFFSET）	2017年	开发无人机集群战术，提高地面部队在城市环境下作战效能	2020年9月，成功测试了无人机与无人车的集群协同
“超级蜂群（Super Swarm）”	2020年	建造、部署和控制上万架规模的无人机集群系统	2022年4月，美国海军“无人系统综合战斗问题21”演习中，运用“超级蜂群”摧毁水面舰艇
自主多域自适应集群（AMASS）	2022年	开发通用指挥控制系统、架构、标准和接口，集群自主通信并执行特定任务	暂无

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Development status and key technologies of cooperative control of bird-inspired UAV swarms

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