浅谈无人机蜂群指挥控制系统
导 读2021年7月14日，英国空军上将迈克·维格斯顿在英国空军和航天力量协会于伦敦举办的全球空军司令会议上表示，在“阿尔维娜”（alvina）计划下，其第216无人机测试中队经过一年多的测试与评估证明了无人机蜂群具有颠覆性和创新性的效用，英国皇家空军（raf）未来将扩大部署无人机蜂群项目，其目标是短时间将无人机蜂群部署至一个以上的中队，并采取逐年螺旋式发展模式。第216中队先前进行的测试包括使用20多架超低成本无人机进行联合作战演示，并达到了预期的效果。
一、多无人机轻量作业项目概况
英国国防科技实验室（dstl）主导的多无人机轻量作业（many drones make light work）项目于2020年1月28日公布了其大规模无人蜂群竞赛的验证飞行成果。多无人机轻量作业项目旨在开发一种先进的无人机集群技术，该技术将实现由单操作员管理 20 架无人机，以紧耦合的方式在对抗环境中实现协同作战，实现全频谱（可见光、红外及电磁谱段）的态势感知。
在具体项目形式上，该项目以竞赛的方式聚焦系统架构设计、无人平台与传感器、载荷系统、任务规划管理、组网通信、系统弹性与生存能力、军事任务与评估等方面的能力。项目要求无人机起飞重量在2-20kg之间，采用开放式体系构架，可执行电子干扰/电子对抗、电磁态势感知、情报监视侦察和通信中继等任务。
蜂群体系架构示例图
该项目的目标作战概念包括：
陆上战场支援：在复杂战场环境下，采用eo/ir及电磁传感器进行广域侦察搜索及监视，实现群体智能的涌现性
海上作战支援：在沿海区域战场对水面和陆地威胁进行侦察搜索，针对舰船、雷达等目标实现跨域态势感知
空中机动支援：利用无人机集群平台对敌空中威胁进行抵近探测和干扰，在复杂环境中搜索隐蔽的陆基威胁目标。
多无人机轻量作业项目的第一阶段于2016年8月开始，英国国防企业中心（cde）为竞赛拨款100万英镑（128万美元）。cde后来过渡到“加速推进国防和安全（dasa）”计划。
由蓝熊系统公司（blue bear systems）牵头的财团在2019年获得了250万英镑（330万美元）的第三阶段资金，用于开发无人机群技术。该财团还包括iqhq、plextek dts、空中客车公司和达勒姆大学。
第三阶段涉及集成概念评估，以探索部署多达20架无人机的军事效用。
dstl表示，该竞赛在坎伯里亚郡spadeadam空军机场举行，竞赛中无人机蜂群由5种不同类型、不同大小和具有不同的作战能力的220 架固定翼无人机组成，携带6种不同类型的任务载荷，执行典型作战任务，实现了态势感知、医疗援助、后勤补给、爆炸物检测与处置以及电子干扰与欺骗等功能演示。
蓝熊系统公司和dstl于2020年10月完成了无人机群的评估。20架无人机群包括cobra固定翼无人机、ghost（或模块化ghost）垂直起降（vtol）固定翼无人机、redkite固定翼无人机和flat pack手持发射无人机，试验共持续了两周。该公司还于2020年4月在超视距（bvlos）条件下展示了一套完全自主的无人机群资产，包括redkite和cobra固定翼系统。无人机配备了自动相关监视广播（ads-b）技术，在四天内飞行了15个小时。
二、部分无人机设计
1、cobra固定翼无人机
cobra固定翼无人机的机身结构坚固，可承受多达500次飞行周期。该设计提供了一种具有高度灵活性的先进无人机系统。cobra无人机可装入背包，可在恶劣环境中部署。
cobra无人机的翼展为3.1m，最大起飞重量为8kg。它可以由两人团队操作，使用轻型弹射系统从未铺装的地面或舰船上发射。它的最长续航时间约为3小时，最大飞行高度可达5000米。
cobra无人机的制造要求极低，可确保快速生产。cobra无人机还提供了高度的自主性，而其高可修复性确保了在整个产品生命周期内可持续和低成本的维护。
在载荷方面，cobra无人机采用小型化和高度集成的回收机构来携带光电/红外（eo/ir）万向架有效载荷。
2、ghost垂直起降无人机
ghost垂直起降无人机由美国anduril公司设计和制造，可提供实时情报、监视和侦察能力，具有自主性、模块化和灵活性等特点，可在anduril的安全lattice软件平台上运行。ghost先进的全电动动力总成可提供超过100分钟的满载任务载荷飞行，并具有近乎无声的声学特征。
ghost利用计算机视觉和传感器融合算法，能够在具有低射频特征的低带宽和竞争环境中识别、分类和跟踪感兴趣的对象。
ghost可以在本地、安全、闭环网络上飞行，或在加密的回程网络上用于分布式操作。
ghost还能够在各种任务中与其他ghost无人机自主协作。例如，如果一个ghost电池电量不足，它可以提示另一个无人机无缝地继续分配的任务，而无需人工干预。
3、redkite无人机
redkite无人机在性能、可靠性和成本效益方面是一款突破性产品。在2012年完成了54.5小时的世界纪录飞行，是一款经过验证的产品，能够在未经改善的地形昼夜运行超过20小时。redkite具有较长寿命，重量在20公斤以下，可携带最多5公斤的有效载荷。redkite提供极具成本效益的战术支持，并提供可改进提升的系统支持。redkite与蓝熊系统公司的航空电子设备和nexus地面控制站相集成。redkite与更复杂的战术平台相比，后勤开销较低，并且占地面积小，可以在有限的区域进行操作。
三、蜂群指挥控制系统
在2020年的演示中，这群无人机由蓝熊系统公司的移动任务指挥系统（mmcs）中的三位操作员指挥，mmcs是一种可现场部署的移动系统。
mmcs可以与蓝熊系统公司的centurion多域分级集群指挥和控制（c2）系统一起安装。centurion c2系统可用于使用单一的指挥中心控制无人机群，或通过多个局部的、现场部署的单元控制无人机群。
该公司于2020年8月为centurion添加了新的卫星通信功能。该功能允许c2系统部署在世界任何地方。
四、未来发展
根据英国相关报道，多无人机轻量作业项目成熟后相关技术成果有可能应用于最新的伊丽莎白航母。英国皇家空军曾与意大利莱昂纳多公司在空中机动支援概念研究上成功完成了一次重要的合作项目，项目演示了无人蜂群的自主飞行，蜂群中的每架无人机都携带了能够执行电子攻击的 “亮云”（britecloud）消耗性主动诱饵，该产品能够实时探测周边雷达辐射源，并在先进的信号处理与识别算法的基础上，实时感知威胁并生成逼真度很高的欺骗性干扰信号，从而起到误导和诱骗敌方防空系统的效果。尽管英国皇家空军并未透露具体的无人机机型及后续详细计划，但可以想见的是，目前无人机执行电子干扰任务的装备、作战样式等都在日益成熟，极有可能在未来局部战争中得到进一步应用。
在2021年7月英国伦敦举行的空天力量协会全球空军司令会议上，英国空军上将迈克·威格斯顿表示，其第216无人机测试中队经过一年多的测试与评估，已经证明了蜂群无人机具有颠覆性和创新性的效果。英国空军的目标是短时间将蜂群无人机部署至一个以上的中队，并采取逐年螺旋式发展模式。威格斯顿称未来的皇家空军将由bae 公司制造的暴风（tempest）可选有人驾驶战斗机、f-35战斗机、“蚊子”无人驾驶战斗机、阿尔维纳无人机蜂群系统和保护神遥控空中系统组成，其中80%为无人驾驶或远程驾驶。
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在具体项目形式上，该项目以竞赛的方式聚焦系统架构设计、无人平台与传感器、载荷系统、任务规划管理、组网通信、系统弹性与生存能力、军事任务与评估等方面的能力。项目要求无人机起飞重量在2-20kg之间，采用开放式体系构架，可执行电子干扰/电子对抗、电磁态势感知、情报监视侦察和通信中继等任务。
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由蓝熊系统公司（blue bear systems）牵头的财团在2019年获得了250万英镑（330万美元）的第三阶段资金，用于开发无人机群技术。该财团还包括iqhq、plextek dts、空中客车公司和达勒姆大学。
第三阶段涉及集成概念评估，以探索部署多达20架无人机的军事效用。
dstl表示，该竞赛在坎伯里亚郡spadeadam空军机场举行，竞赛中无人机蜂群由5种不同类型、不同大小和具有不同的作战能力的220 架固定翼无人机组成，携带6种不同类型的任务载荷，执行典型作战任务，实现了态势感知、医疗援助、后勤补给、爆炸物检测与处置以及电子干扰与欺骗等功能演示。
蓝熊系统公司和dstl于2020年10月完成了无人机群的评估。20架无人机群包括cobra固定翼无人机、ghost（或模块化ghost）垂直起降（vtol）固定翼无人机、redkite固定翼无人机和flat pack手持发射无人机，试验共持续了两周。该公司还于2020年4月在超视距（bvlos）条件下展示了一套完全自主的无人机群资产，包括redkite和cobra固定翼系统。无人机配备了自动相关监视广播（ads-b）技术，在四天内飞行了15个小时。
二、部分无人机设计
1、cobra固定翼无人机
cobra固定翼无人机的机身结构坚固，可承受多达500次飞行周期。该设计提供了一种具有高度灵活性的先进无人机系统。cobra无人机可装入背包，可在恶劣环境中部署。
cobra无人机的翼展为3.1m，最大起飞重量为8kg。它可以由两人团队操作，使用轻型弹射系统从未铺装的地面或舰船上发射。它的最长续航时间约为3小时，最大飞行高度可达5000米。
cobra无人机的制造要求极低，可确保快速生产。cobra无人机还提供了高度的自主性，而其高可修复性确保了在整个产品生命周期内可持续和低成本的维护。
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