无人机集群对地攻击时空协同控制策略

唐磊 刘娇

摘 要：随着无人机技术的飞速发展，对于无人机集群协同对地攻击的研究已经受到了世界各国的广泛关注。然而值得注意的是，目前关于此类问题的研究多集中于静止目标，而对运动目标的协同攻击任务却处理不足。尽管当前已有针对无人机集群跟踪运动目标的研究，但很少考虑到无人机之间的时空协同因素。为了确保无人机集群在更多的战场上发挥重要作用，本文特针对其时空协同控制策略展开阐述，以期能够最大限度地发挥无人机集群的整体效能。

关键词：对地攻击；控制策略；集群；时空协同

在2018年1月，叙利亚反对派首次动用了13架小型攻击无人机对俄罗斯的赫梅米姆空军基地和塔尔图斯港补给站进行了集群式攻击，这是无人机集群作战的首个战例。无人机集群作战打破了传统单机执行任务的局限，通过多架无人机协同作战对地面目标进行打击的方式有效地提升了突防的概率和毁伤效能，这种作战方式的出现使得未来战争中的作战样式更加多样化。因此，特针对无人机来探索时间和空间协同策略有利于提升集群攻击过程中的饱和攻击能力。

一、时空协同概述

无人机集群作战是一个较为复杂的问题，需要综合考虑多个因素（包括时间、空间、任务、环境以及无人机性能等）才能够有效地提高对地攻击的效果和效能。同时，无人机集群作战还需要考虑无人机的续航能力、载弹量以及机动性等因素以确保无人机集群能够在长时间的战斗中保持高效率的作战能力。

现针对时间协同和空间协同介绍如下：

（一）时间协同

时间协同主要包括三种方式：同时到达、时序到达和定时到达，旨在确保无人机在攻击过程中的时间同步以提高攻击的效果和效率[1]。其具体内容如下：①同时到达：要求所有無人机在同一时间到达目标地点；②时序到达：要求无人机按照预定的时间顺序到达目标地点；而定时到达则要求无人机在预定的时间点到达目标地点。

（二）空间协同

通过精确的空间协同控制可以确保无人机在攻击过程中占据最佳的攻击位置和角度，从而提高攻击的精确度和破坏力[2]。空间协同主要包括攻击位置协同和攻击进入角度协同两种方式。其具体内容如下：①攻击位置协同：要求无人机在攻击前选择最佳的攻击位置以实现对目标的全面覆盖；②攻击进入角度协同：要求无人机在攻击时选择最佳的进入角度以避免目标的防御系统，从而提高攻击的成功率。

二、时空协同控制策略

从当前对于无人机研究的实际情况来看，实现时空协同控制的方法主要可分为两种。具体如下：

（一）调整路径

在现代战争中，针对无人机集群作战的时空协同控制已经成为了一种关键的作战样式，它对提升无人机集群的作战效能具有重要意义。为了实现无人机集群的时空协同作战，我们通过调整每架无人机的航路路径来实现对于无人机集群的时空协同控制。具体来说，其实现途径如下：（1）通过在每架无人机的自动驾驶仪上输入特定的航迹角、航向角等底层控制指令后，便可以有效地控制无人机的飞行方向，从而让每架无人机朝着我们所设想的方向飞行。（2）在无人机朝着特定方向飞行的过程中，通过在每架无人机的自动驾驶仪上输入加速度指令便可以改变原来的飞行方向，从而让每架无人机在空中形成特定的回旋弧。简单来说：加速度越大则回旋弧的弧度越大，即飞行方向的变化越明显；加速度越小则回旋弧的弧度越小，即飞行方向的变化越趋近于一条直线。概括地说，当无人机集群从出发点出发后，我们便可以通过对航迹角、航向角以及加速度等参数的设定来控制无人机在空中的飞行路径；同时，通过改变加速度来让不同的无人机形成不同的回旋弧，从而让它们在同一时间到达目标区域[3]。值得强调的是，通过调整路径来实现时空协同控制的策略具有多种优势。具体如下：（1）可以提高无人机的机动性和灵活性：特定的回旋弧路径可以使无人机在飞行过程中快速调整航向，从而避免与其他无人机发生碰撞并应对战场环境的变化。这种路径设计有助于无人机在复杂战场环境下保持稳定飞行以提高生存能力和作战效能。（2）在无人机集群作战中，路径弧度的协调对于保持队形稳定、提高协同打击效果至关重要：通过调整加速度等参数可以使每架无人机的路径弧度与其他无人机相匹配，从而实现对于飞行路径的协调。这种协调可以确保无人机在飞行过程中保持合适的间距以避免碰撞和拥堵，从而有利于提高整体作战效能。（3）有利于应对突发情况：当出现突发威胁时，可以通过加速度指令来重新规划攻击路径，从而确保无人机集群在任何情况下都能够做到时空协同到达攻击目标。这种灵活的调整能力使得无人机集群能够迅速应对战场环境的变动，从而确保作战行动的顺利进行。

（二）调整速度

从实际情况来看，调整速度的方法对于无人机集群协同对地攻击而言也是一种实现时空协同的有效手段。这种方法是基于预先规划的无人机攻击路径，通过设计每架无人机的加速度指令来引导无人机在预定时间到达指定攻击阵位，从而实现对地面目标的协同打击。具体来说，其设计如下：（1）通过在无人机自动驾驶仪内输入特定的加速度控制指令来预先规划好攻击路径，不同的加速度指令会生成不同的攻击路径。这里需要注意的是，为了实现无人机集群的协同作战，路径规划过程中加速度指令的设计需要考虑无人机的起飞地点、性能限制、地形地貌、飞行环境以及敌方防御系统的威胁等多种因素，只有这样才能够确保无人机在攻击路径上的安全性和有效性从而有效地引导无人机在预定时间到达指定攻击阵位。（2）规划好攻击路径后，还需要为每架无人机分配相应的速度，从而通过精确控制每架无人机的速度来实现无人机集群的同时到达。而且，这些速度应根据无人机的性能、任务需求和战场环境进行调整以确保无人机在飞行过程中能够保持稳定和高效。值得强调的是，在实际作战中可能会遇到各种不确定因素，如风向变化造成的路径误差、敌方火力干扰造成的突发威胁等不利条件。为了应对这些因素，需要实时调整无人机的速度和航向以确保无人机集群能够依然在复杂战场环境下实现时间协同。换言之，在无人机集群飞行过程中需要不断监测每架无人机的状态（包括速度、位置和飞行路径）从而做到适时调整无人机的速度，以保持集群内各无人机之间的相对位置和速度一致。这也有助于实现无人机集群的同时到达以提高协同作战效果。

三、结语

在无人机集群作战过程中，综合应用时间和空间协同策略可以有效地提高对地攻击的效果和效能。这种策略的应用不仅需要精确的计算和分析而且还需要无人机集群之间的高度协同和配合。在时间协同上，无人机集群需要根据任务的要求和环境的变化来合理地安排攻击的时间以达到最佳的攻击效果。在空间协同上，无人机集群需要根据任务的要求和环境的变化来合理地安排攻击的空间分布以达到最佳的攻击效果。这可能需要无人机集群中的每一架无人机都能够实时地获取任务信息和环境信息并进行快速的决策和响应。

参考文献：

[1]冯政，，吴傲.无人机集群打击海面目标指定时间协同控制方法[J].电光与控制， 2022， 29（9）：5.

[2]迟凯.舰载小型无人机集群协同作战的智能控制策略研究[J].舰船电子对抗， 2018， 41（3）：5.

[3]赵艳丽，刘星宇，陶业荣，等.无人机集群对地攻击协同控制算法及性能度量研究[J].飞行力学， 2023， 41（4）：52-58.

课题项目：石家庄市垂直起降固定翼无人机智能研究重点实验室项目。