圖注：多旋翼無人機已經可以實現密集編隊

透過無人機自主感知與規避防撞系統來實現，實現這項技術：

一靠多感測器融合技術。對於複雜的飛行環境，單一的感測器無法滿足感知系統的資訊要求，要透過多種感測器從不同方面分別獲取環境資訊，然後將資訊融合，才能對動態變化的環境做出評估和預判。

二靠控制系統的智慧決策技術。當感測器將動態的環境資訊蒐集回來後，無人機的自主飛行系統從資訊中判斷兩機發生碰撞的機率，並作出是否規避的決策。

三靠實時航路規劃和軌跡跟蹤技術。這項技術是無人機作出規避決策後，其自主飛行系統會自行制定一條航路進行規避飛行，等規避動作完成後，再根據自己的飛行軌跡重新修正回原有航線。要做到這一點，無人機的自主飛行系統需要一種高效的航路規劃演算法，以便能實時解算出兩機的飛行軌跡，並快速規劃出多條規避航線，供自主飛行系統選擇最優路線實時規避。

對於小型多旋翼無人機來說，因為其飛行姿態比較好控制，實現空中避撞比較容易，目前數百臺，甚至上千臺多旋翼無人機都可以在一個有限的空域中進行表演，並能編排出各種密集隊形變換。

圖注：固定翼無人機編隊的避撞更難實現

而對於固定翼無人機來講，其飛行速度快，姿態受氣流影響較大，空間位置變化比多旋翼無人機複雜得多，要實現密集隊形自主避撞不太容易。比如歐洲防務局主持的無人機中空碰撞規避系統，就使用光電和紅外感測器與自動應答機結合來防撞，整套系統包括一個全色高解析度相機，兩個熱紅外相機、一個自動應答機和一個數據處理器組成，可實現自主障礙物探測、感知和規避能力，同時地面操作員也可以在迴路中觀察監控，必要時可以手動操縱進行規避，這套解決方法已經透過試飛驗證，可以安裝在中、大型無人機上使用，但也只能實現普通編隊飛行。

無人機叢集是由大量的無人機構成，可以是由完全相同的無人機組成，也可以是由紅外偵察無人機、雷達探測無人機、影象偵察無人機、戰鬥機、轟炸機等不同無人機組成。它們彼此間透過無線網路等方式進行態勢共享與資訊互動，相互協調合作完成任務分配、航跡規劃等。

無人機群的操作手可類比於蜂群中的蜂王，負責操控整個無人機群；無人機群中的偵察機則更像勤勤懇懇的工蜂，偵查無人機負責偵查、探測任務，執行正常的作業任務，當危險來臨時，又可以充當戰鬥機，與敵機進行作戰；無人機叢集中的轟炸機、戰鬥機則更像負責叢集安全的兵蜂，轟炸無人機負責對敵方進行轟炸，戰鬥機負責護衛群體安全與敵人正面作戰。

為降低無人機操作手的操作難度，實現1個操作手可輕鬆操作成百甚至上千架無人機，需要模擬生物的叢集行為對這個無人機群進行管理。

要實現這個目地，首先需要設計叢集管理控制器，透過設計控制演算法，使這個群體能夠像蟻群、鳥群等自主去尋找火炮陣地，同時在飛行過程中，探測周圍的障礙物、雷達等威脅，並在機群內共享這些資訊，使機群能夠自主的規劃出最佳飛行路線，避開威脅物，以最短時間到達目的地。在到達目的地後，根據各個無人機的功能，透過叢集管理，給各個無人機分配不同的任務：

偵察機組負責偵察周邊環境、火炮陣地具體座標等，然後將火炮陣地座標及周邊環境資訊傳送給轟炸機組。

轟炸機組根據火炮陣地座標，規劃出最佳攻擊路徑，對火炮陣地及周邊威脅物進行轟炸摧毀。

戰鬥機組負責周邊警戒、護航，防止敵機進行騷擾攔截。

當然除此之外還會有負責引誘、通訊、干擾等用途的機組來共同完成此任務。

就如同一個球隊，有前鋒、中鋒、後衛、門衛，還有教練，他們共同組成了一個球隊，有負責排兵佈陣出謀劃策的，有負責進攻的，也有負責守衛保護的，他們之間透過語言、手勢來彼此配合，提高團隊的戰鬥力，戰勝對手。

而其中的涉及的關鍵技術有很多，主要包括整個無人機叢集的管理、無人機叢集的任務分配、無人機叢集的航跡規劃、無人機叢集間的資訊互動等等。

出品：科學大院