中国电子技术标准化研究院-智能无人集群系统发展白皮书-77页_29mb

报告摘要

智能无人集群系统发展白皮书总结（2021版）

核心内容

智能无人集群系统是由多个无人系统根据任务分工，协同完成复杂任务的整体系统，具备群体智能、人机共融、互操作性、成本优势和快速测试能力等特征。该系统融合了物联网、大数据、人工智能、网络通信等新一代信息技术，具有适应恶劣环境、协同作业能力强、智能程度高等优势，广泛应用于农业、制造业、交通、教育、医疗、军事、金融等多个领域。

主要观点

智能无人集群系统的优势
- 具有自组织、高稳定、高容错性和内在并行性等优点。
- 能够通过群体信息共享，提升对环境态势的感知和任务执行效率。
- 在军事领域，可承担侦察、定位、打击等任务，实现作战方式的颠覆性变革。
- 在民用领域，可用于农业信息采集、道路施工、海洋搜救等任务，提升效率、降低成本。
技术发展需求
- 提升群体智能能力，实现自主学习、相互协作。
- 发展人机共融集群，实现有人与无人装备的协同作战。
- 提高互操作性，通过标准化软件模块和硬件组件实现高效协同。
- 提升成本优势，研发低成本、小型化的无人平台和载荷。
- 增强快速测试能力，构建虚实结合的测试环境。
- 引入5G技术，提升通信性能，实现远程控制和管理。

关键信息

国内外发展现状

国外发展
- 美国在智能无人集群领域处于领先地位，国防部和DARPA持续发布路线图，推动技术发展。
- 典型项目包括LOCUST、Perdix、CICADA、Gremlins、OFFSET等，展示了在集群控制、协同作战、通信组网等方面的最新进展。
- 俄罗斯也积极布局，出台相关政策和规划，推动军用机器人技术发展。
国内发展
- 我国在智能无人集群系统研究方面起步较晚，但发展迅速，部分技术已达到国际领先水平。
- 国内已开展“五站四机”、“119架无人机集群飞行”、“200架无人机集群飞行”等重要试验，验证了集群系统的协同能力和任务执行能力。
- 国内高校和科研机构在集群通信、协同控制、任务规划等领域取得突破。

智能无人集群系统关键技术

系统架构
- 分为集中式、分布式和混合式架构，各有优劣。
- 集中式架构易于管理，但缺乏灵活性；分布式架构具备自愈性，但缺乏统一调控；混合式架构结合两者优点，实现功能互补。
无人平台
- 包括无人机、无人地面设备、无人水面船舶、无人水下航行器等。
- 各类平台具备不同的结构特点，如固定翼、旋翼、扑翼等，满足不同任务需求。
通信组网
- 需要具备大容量、高可靠、低时延、动态自适应等能力。
- 通信方式包括有线通信（如同轴电缆、光纤）和无线通信（如5G、卫星通信、无线局域网）。
- 路由协议有基于拓扑结构、地理信息、随机方式、仿生学等。
智能协同
- 包括协同感知、导航定位、任务规划、载荷接口和协同控制等关键技术。
- 协同感知通过多源信息融合实现精准环境认知。
- 导航定位包括卫星、惯性、无线电、匹配和组合导航等多种方式。
- 任务规划涉及任务分配与路径规划，是多目标优化问题。
- 协同控制包括一致性控制、蜂拥控制、会合控制和编队控制等。
效能评估
- 评估智能无人集群系统的自主协同能力、系统鲁棒性和任务效能。
- 采用定性和定量评估方式，以提升系统整体性能。