6G时代——基于新形势下的智能集群技术畅想

蔡佳辉 张志浩，2 李昊阳

1.空军工程大学空管领航学院 陕西西安 710038；2.陕西省电子信息系统综合集成重点实验室 陕西西安 710038；3.中国人民解放军94116部队 新疆和田 848000

近几年，随着无人机技术、分布式技术和集群智能等新兴科技的快速发展，世界军事技术先进国家的战斗理念和战斗模式不断更新，对颠覆未来战斗样式具有里程碑意义。

一、新形势下智能集群技术初现端倪

智能集群作战涉及地、空、海、潜等领域，具有自组织、自同步的协同作业特点和合作、竞争、相互学习[1]等能力涌现行为，对任务规划智能性、快速性、适应性、鲁棒性提出了极高要求，亟须创新任务规划理念与方法，实现“人在环上/人在环外”的自主、分层、动态、在线任务规划，达成物理域、信息域、认知域等集群作战空间杀伤网快速闭合。

智能集群是由一定数量的单功能或多功能、有人或无人平台共同组成，通过个体自主、群体协同的自组织群智汇聚，实现自主协同、能力涌现、智能对抗，具有“任务高韧性、决策高自主、行动强弹性”的优点，支撑“侦—控—打—评—保”多域联合一体化作战。[2]通过先进通信网络将广域分布的作战平台“神经搭接”为一个整体，形成聚集、自组织、他组织、涌现、动态性、自修复性等特征，并基于平台之间的随遇智能交感，实现集群决策和分布式控制。智能集群将松弛传统作战体系中作战平台、传感器和武器系统之间的硬链接关系，以松耦合的方式构建“探测—跟踪—决策—打击—评估”杀伤链，催化集群编组方式、指控方式、作战样式、作战体系及军事理论等方面的变革。智能集群的发展趋势(如图1所示)。

图1 智能集群的发展趋势

智能集群运行空间包括太空空间、临近空间、航空空间、地表空间、海面空间、水下空间，相应的集群平台包括星(航天器)、机(航空器)、车(装甲车辆)、舰(舰/潜艇)、弹(弹道导弹)，以及未来可能出现的在水下、空中、太空跨越飞行的跨介质航行器等。智能集群可以是星/机/车/舰/弹同维空间平台构成的同构集群，也可以是多维空间平台构成的星—机—车—舰—弹异构集群。因此，深入研究如此复杂的新兴技术，并掌握核心技术，将获得新形势下的技术主动权。智能集群组成与蓝图(如图2所示)。

图2 智能集群组成与蓝图

二、6G技术支撑下的智能集群技术

“5G改变社会，6G改变世界”。更先进的通信技术将促使整个世界走向“数字孪生、智能泛在”，实现人、机、物间的体验交互，信息可以携带更多的感官感受，除了听觉、视觉外，触觉、味觉和嗅觉也能够被充分调动起来。届时，无线网络具有更低时延，更大带宽，并且能够利用专门设计的纳米天线接入卫星通信网络(尤其是量子卫星)，这将使物联感知和通信一体技术顺利实现。在这些优势条件支撑下，未来战场通信将更加快捷以及保密，与此同时，6G会填补5G在网络上的不足，要新增UCBC(上行超带宽)、RTBC(宽带实时交互)、HCS(通信感知融合)三个场景，从5G场景的“三角形”变成6G场景的“六边形”，才能从支撑万物互联到使万物智联，以此协助实现无人机的“智能集群”。

6G的超高速、超带宽通信能力是智能集群形成网络的基础。目前，5G的最高频带约为52GHz，它的可用频谱带宽有2GHz，而基于毫米波的6G技术带宽可以再增大10倍，延迟可以精确到毫秒级，从而能够保证其传输速度更快，战场通信的迅速高效性得以实现，这将极大地提升战场通信能力，实时传输也会变成现实。

充分发挥“6G+智能集群”的新型组合作用，借助大量的智能无人设备进行战场资源探测，利用增强现实技术，可实现对目标物进行方位的识别、远程侦察和预警，实现指挥网络化、及时化、一体化战场控制。

三、智能集群典型技术原理

(一)基于智能集群技术的任务规划

智能集群任务规划[3]由预先规划、在线规划两部分组成。其中，预先规划是基础，主要运用先进技术、理论方法，实现态势分析、兵力计算、目标分配、路径规划，将行动构想、方案分解为可操作、可执行的行动安排；在线规划是核心，主要运用先进智能理论方法与信息科学技术，依据战术意图与作战规则库，实现集群资源、任务环境、任务目标的映射表征，资源按需聚合，行动自主智能决策，生成执行指令。5G通信的高带宽，低时延，大速率已经基本满足智能集群作战对任务规划的快速性要求，是实现智能集群作战[4]的良好工具。6G技术的出现，将为智能集群作战的任务规划提供更便捷的服务和技术支撑。

针对巡逻、侦察、攻击一体化任务规划[5]在时、空维度的复杂性、耦合性，在网络维度的高时变、去中心化特征，基于“协商—决策”框架和差分进化算法提出了集群自主巡逻打击任务规划方法，具有“想定—战术—行动”全要素规划能力，支持“靠近即发现、越界即跟踪、触发即攻击”全流程的无人化、自主化。

(二)无人机集群协同跟踪攻击任务模型

无人机集群根据攻击任务需求自主编组[6]，形成广域分布的多组攻击子群，从多域多向来打击目标，使对方防不胜防。无人机集群以其数量规模优势消耗对方防御力量或阻塞对方防御通道，实现规模不对称的饱和打击态势，使其难以对抗。协同跟踪攻击通常采用调整路径和调整速度方法解决静止目标的协同跟踪攻击问题，而针对无人机集群协同跟踪攻击运动目标问题则更加具有难度。

以无人机集群协同跟踪攻击地面运动目标为任务背景，针对集群攻击中的时间和空间协同控制[7]方法展开研究。集群攻击协同控制是指将分布在不同位置的多架攻击型无人机按照一定的方法进行控制，使其在特定时刻从多个角度、以一定速度到达各自的攻击阵位。为了更好地描述时间和空间协同关系，首先定义了时间协同函数和期望攻击阵位。然后，将攻击问题转化为有限时间跟踪系统问题，以末端时刻位置和最小速度误差为优化目标建立二次型性能指标，采用最优控制方法求解控制律，使得所有无人机在攻击过程中能够实现时间和空间上的协同。最后，在“子群间隔到达、成员同时到达”的时间协同跟踪攻击策略下，仿真验证了所提出控制律的有效性。[8]

四、6G+智能集群技术作战应用

智能集群可构建为有人、有人-无人[9]、无人作战集群等不同类别。在未来的无人化、智能化对抗中，平台数量将处于次要地位，决定体系与体系之间对抗胜负的是双方能否以更高的智能运用，比对手更大化从平台、传感器、武器到分群协同、集群作战各个层级的行动能力，即“能力涌现”，智能任务规划能力对集群作战组织和运用水平的决定性更加明显。智能集群在广域分布空间“一致性”开展作战行动，内部子群或随遇多节点临时组群，必须具备在线任务规划与控制能力，保证在非预知战场环境中可控实施时间、空间分散，但目标效能一致、集中的协同作战行动。通过6G通信网络“桥接”，实现集群各作战单元的纵向集成与各作战要素的横向融合，形成侦察、攻击、防御与支援等作战行动在多域范围跨平台、跨系统的全方位优势互补、聚集增效。

2017年6月10日中国电子科技集团有限公司成功完成了119架固定翼无人机集群飞行试验，这标志着智能无人集群领域的又一突破。无人机集群并非单个作战平台的简单叠加，集群作战也拥有一些单个平台作战所无法比拟的优势[10]：

(1)相对更高的胜算。据兰彻斯特平方律，参战平台数量比单个平台作战能力在胜负的决定上更为重要[11]。集群作战充分利用集群的数量优势来提升局部战争的胜算。

(2)较高的效费比。无人机集群作战不像重型武器那样昂贵，耗费巨大，而对方应对大规模集群作战时需要耗费较大成本进行防御，这就使得集群作战，优势凸显。

(3)智能涌现。这是集群作战最重要且最明显的特征，它们通过集群个体之间的高度协同和自组织，使得集群涌现出远超个体功能之和的集群功能。

正是由于这些优势，使得各国积极发展集群技术。如今，无人系统技术在多学科交叉融合发展推动下，正在向更高水平的智能自主方向发展，其广泛的覆盖性、复杂的系统性、开放的知识性，决定了它必将成为一个极富创造力的领域。

五、总结展望

新形势下的智能集群技术将会日趋成熟，相信在技术发展中，智能集群技术必将脱颖而出，并对信息化战争产生巨大的推动作用，而深入研究智能集群也变得愈发重要。以新形势为背景，6G技术为依托，深入研究智能集群技术，并掌握运用方式，将极大有助于借鉴学习新的军事技术未雨绸缪，做好准备。