1、無人機蜂群的軍事應用
當前無人機作戰中主要存在兩個問題：單機機載功能有限；單機抗未知因素能力弱。為了解決上述諸多問題，各軍事強國對在未來無人機作戰研究及發展的思路上有著不同的發展方向，如隱身化、高速化、小微型化、大型化等。但均意識到無人機單機的作戰能力已很難有較大提高。因此提出了一種新的無人機作戰方式，即蜂群作戰技術。
密集固定翼無人機編隊組網協同作戰
無人蜂群作戰是指一組具備部分自主能力的無人機在有人或者無人操作裝置輔助下，實現無人機間的實時數據通信、多機編隊、協同作戰，并在操作員的指引下完成滲透偵查、誘騙干擾、集群攻擊等一系列作戰任務。無人蜂群作戰系統可填補戰術與戰略之間的空白，以多元化投送方式快速投送到目標區域執行多樣化軍事任務，包括與其他武器平臺協同攻擊海上、空中、地面目標及ISR等，實現對熱點地區戰略威懾、戰役對抗、戰術行動。
無人機蜂群空中作戰
“無人機蜂群”的靈感來源于大自然中的蜜蜂，是機器人技術和仿生技術的融合。機群利用以弱攻強、以多攻少的方式，來對敵方的大型目標進行襲擊。在現代化戰場上，無人機是集探測、監視、偵查、打擊于一體，還不會造成人員傷亡的利器。因此，無人機蜂群技術是現代戰爭中的一個新概念和熱門研究領域。在龐大的航母面前，一兩架無人機很容易被敵方殲滅，如果是成千上萬架，敵人的防空系統就可能破損。有美國專家分析稱，中國的“無人機蜂群”戰術，正在成長為新一代的“航母殺手”。在面對“無人機蜂群”的數量優勢時，美國航母戰斗群的宙斯盾系統很難在短時間內將其一一擊落，只需幾架自殺式無人機撞擊航母的甲板，航母就能在瞬間失去作戰能力。
無人機蜂群一般由一組承擔不同作戰任務的無人機群組成，其執行任務簡單的流程如下：由大型運輸機作為母船前出至任務區域并釋放無人機組，無人機蜂群進行編隊并俯沖至任務區域展開協同作戰行動，任務完成后返回母船。
無人機集群作戰流程
無人機蜂群”主要具有兩大優勢。第一，隱蔽性強。小型無人機的單個目標微小，電磁信號特征微弱，具有非常強的隱蔽性，能夠輕易突破敵方的防空體系，還可攜帶偵察探測設備抵近偵察，并通過“無人機蜂群”間的數據鏈為后方傳遞情報。第二，可以較小的代價實現作戰目的。運用“無人機蜂群”作戰，不僅可以節省開支，還能減少人員的傷亡，另外根據作戰任務部署的需要，“無人機蜂群”可以由多個模塊組成，例如火力打擊、偵察探測以及信息處理等。最后，“無人機蜂群”還可以與有人機編隊協同作戰，以較小的代價來實現更多的作戰目的。
比如，在最近爆發的俄烏沖突中，俄軍就將“立方體”自殺式無人機投入到烏克蘭戰場中，“立方體”在執行常規作戰外，還能對烏軍進行精準打擊以及蜂群作戰，這使得基輔地區的烏軍來說可謂是“雪上加霜”。
烏克蘭戰場發現俄制立方體無人機
2、無人機蜂群的起源和技術發展
群體行為(Swarming Behavior)是自然界中常見的現象，典型的例子如編隊遷徙的鳥群、結隊巡游的魚群、協同工作的蟻群、聚集而生的細菌群落等等。這些現象的共同特征是一定數量的自主個體通過相互合作和自組織，在集體層面上呈現出有序的協同運動和行為。
自然界中生物群集活動現象：群集活動中的個體生物可以依據相鄰個體狀態自主規劃自身狀態。
在深入觀察動物群體行為時受到啟發，科學家開始研究協同機器人技術，其中包括蟻群機器人和蜂群無人機。研究早期，大量的工作集中在對自然界生物群體建模仿真上。學者們通過大量的實驗數據，探究個體行為，個體與個體之間關系對群組整體行為表現的影響。1987年Reynolds提出一種Boid模型，這種模型的特點為：(1)聚集：使整個組群中的智能體緊密相鄰；(2) 距離保持：相鄰智能體保持安全距離；(3)運動匹配: 相鄰智能體運動狀態相同。這種模型大體概括描述了自然界中群體的運動特征。1995年，Vicsek 等人提出一種粒子群模型，這種模型中每個粒子以相同的單位速度運動，方向則取其鄰居粒子方向的平均值。該模型僅實現了粒子群整體的方向一致性，而忽略了每個粒子的碰撞避免，但是仍為群體智能體建模方面做出了重要貢獻。
粒子群模型：在一段時間之后所有粒子最終都沿著相同方向運動
無人蜂群作戰技術來源于多智能體系統理論，一般將無人機蜂群作戰技術中的無人機視為智能體(Agent)，執行任務的無人機編隊視為一個多智能體系統(Multi-agent Systems)。多智能體系統具有“個體智能+通信網絡=整體運動行為”特點。其中“個體智能”是指組成群體系統的每個個體都具有一定的自主能力, 包括一定程度的自我運動控制、局部范圍內的信息傳感、處理和通信能力等。多智能體系統具有以下主要特點：
(1)分布式：又稱去中心化。整個群集系統中不存在中心控制器控制所有的智能體，每個智能體均具有一定的自主能力。該特點使得多智能體系統具有良好的魯棒性，具體表現為執行任務的無人機蜂群中即使有若干架無人機因故障或者被攻擊喪失功能，剩下的無人機可以在重新組網之后繼續執行任務，提高了戰場生存能力。
(2)智能體自主化：智能體具備一定的位置共享、路徑規劃及障礙規避能力。具體表現為蜂群中的無人機可以根據一定的規則自主飛行，將指揮員從繁重的作戰任務中解脫出來，必要時又可以進行人工干預。
(3)復雜功能分布式化：多個結構功能相對簡單的智能體可以通過協同的方式完成多種復雜的任務。具體表現為可以對無人蜂群作戰系統中的無人機裝備不同設備與武器來完成滲透偵查，火力壓制以及目標摧毀等多種作戰要求。
隨著網絡技術的發展，對多智能體系統的研究進入“網絡化系統與圖論描述”階段。具體是指：群體系統是由許多個體通過某種特定的相互作用所形成的一類網絡化系統；個體之間的相互作用關系在數學上可以利用圖論方法進行描述和研究。在此階段，學者們在對自然生物群落建模仿真的基礎上，從對表象模擬推演層面跨越到從理論角度探尋個體與系統整體之間的關系層面。近幾年針對多智能體系統理論的研究進入實際應用階段，無人蜂群作戰技術趨于成熟。
無人機蜂群作戰技術包含以下關鍵技術
（1）無人機蜂群作戰系統中的同/異構主體問題
無人機蜂群作戰技術的理念是對自然界中蜜蜂和螞蟻族群的仿真，并且該系統中要同時兼備實施偵察，攻擊以及防御等功能。蜂群中的無人機所攜帶的作戰武器，通信設備存在一定的差別，因此無人蜂群作戰系統包含了豐富的異構主體(Heterogeneous Agents)。目前針對無人機蜂群作戰技術作用機理的研究僅限于4種形式即：近戰(Melee)、聚合(Massing)、機動(Maneuver)和群集(Swarming)。并未形成符合現代戰爭特點的技術-戰術集成體系。
（2）無人機蜂群作戰系統中的通信拓撲網絡問題
在多智能體系統理論中，數學上一般使用圖論來描述智能體之間的通信拓撲結構。從通信方向方面分類有：有向拓撲與無向拓撲；從通信拓撲結構方面分類則有：固定拓撲與時變切換拓撲。在無人機蜂群作戰技術方面，一般采用時變切換拓撲結構，在執行不同任務時無人機之間可以采用不同的通信拓撲結構連接，在任務完成之后又可以切斷連接。
控制多個對象時采用的三種控制/通信結構
（3）無人機蜂群作戰系統中的飛行編隊控制問題
在無人蜂群作戰系統中執行任務的無人機最基本的動作要求就是可以保持一定的隊形進行編隊飛行。現有多種協同編隊方法：
l 領導者-跟隨者法(Leader-follower)。在該方法模擬鳥群編隊飛行的生物活動，將一個無人機指定為領導者(即長機)，其他無人機則被指定為跟隨者(僚機)。跟隨者們以一定的偏置量跟蹤領導者的位置和方向。
l 一致性法(Consensus)。目的是通過對系統中的每個智能體(無人機)設計分布式控制算法，使所有智能體所有狀態值達到相同的值。在此基礎上對每個智能體設定一定的偏移量，以達到特定的飛行隊形。
l 基于行為的控制（Behavior-based control)。該方法的基礎是將主要控制目標分解為任務或者行為。該方法還可以處理避免碰撞，中心聚攏，障礙繞行等復雜群體行為運動。
（4）無人機地圖構建和避障技術
即時定位與地圖構建技術（SLAM ）可以讓機器人在未知的環境里實時地知道自己在哪里，并同步繪制環境地圖。目前采用的傳感器系統有：GPS、激光雷達、超聲、深度相機等。通常采用無人機航拍圖像的 GPS 信息和圖像重疊度實現快速建模以及地圖構建。這種技術依靠GPS信號，容易被制裁。而且需要進行場景構建，繪制目標需要大量的時間，傳感器成本也較高。
3、未來
隨著武器裝備的進一步精進，“無人機蜂群”作戰技術也將會進入到一個全速發展的時代，在未來還會發展成人工智能、機器人技術、生物技術、量子技術等多種技術交叉融合與綜合應用。
當前，在無人機蜂群技術方面，美國和中國處于領先地位。美國的科技自然無需贅言，他們在人工智能領域遙遙領先。我國近二十年來，依靠自身努力，不斷發展出新技術。西方國家雖然持續不斷地對我國實行“技術封鎖”，也促使我們自己的技術發展起來。中國的“無人機蜂群”作戰技術處于第一梯隊，也是“無人機群”投入使用的一個先例。隨著我國科技水平的不斷發展，假以時日中國定能在無人機領域闖出自己的一番天地。
近日浙江大學發布的無人機蜂群實驗視頻，表明我國的無人機蜂群技術突破技術限制，實現了無人機群在密林自主飛行突破。這項技術除了在軍事上的用途之外，未來可以用于自然災害調查、災難人員救援等。
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編輯：智言
審核：智語