1.5无人机集群在军民领域有广泛的应用

面对日益复杂的任务环境，小型固定翼无人机集群的运用越发广泛。由多个无人机组成在任务上相互关联的集群执行复杂任务的样式将成为未来军民用领域中无人机使用的一种重要样式，目前已在货物递送、环境保护、灾难响应、农林作业、森林防火、安防巡逻、目标搜索与追踪等领域得到应用。

在民用领域，无人机集群在智能交通、物流运输、森林火灾监测、地质灾害探测、农业植保、国土资源监测、对地观测和遥感、高速公路管理、小区环境监测等场景中具备特有的优势。比如，在国土资源监测中，无人机集群以协同模式同时对区域进行监控，可以很大程度上实现区域的同步监控，增加有效覆盖面积，节约执行任务时间。军事领域中，无人机自主集群势必成为未来作战的主流趋势。无人机集群将带来作战模式的颠覆性变革，可广泛应用于广域搜索侦查监视、边境巡逻搜救、城市反恐维稳等领域，并可衍生新的作战模式，提升体系作战效能。从2001年开始，美军先后发布了8版无人机/无人系统路线图，指导无人系统的顶层设计和规划发展。早在2005年，美军国防部发布的《无人机系统路线图2005~2030》将无人机自主控制等级分为1～10级，包括单机自主、多机自主、集群自主(分布式控制、群组战略目标、全自主集群)3个层面，并预计2025年后将具备全自主集群能力。2016年5月，美国空军发布了首份针对小型无人机系统(起飞重量低于600kg)的飞行规划——《2016~2036年小型无人机系统飞行规划》，从战略层面肯定了小型无人机系统的前景和价值，并对集群作战概念进行了阐述。

无人机集群因其典型优势，有望在未来战场的协同探测、协同攻击、干扰压制等各方面发挥巨大作用，成为一支不可忽视的新质力量。

在协同探测方面，无人机集群在战场上可以协同执行各种侦察、监视任务，对某一军事敏感区域实行常态化不间断监控，以全面获取战场环境监测和评估信息；在通信中继、电子对抗、和欺骗迷惑等方面，无人机集群也具有更高的成功率。特别地，分布式的系统拓扑结构使系统无中心脆弱点，损失部分平台对集群整体任务能力的影响不大，抗毁性好；同时，损毁补充替换简便，系统维护成本低。

在协同攻击方面，无人机集群攻击可避免飞行员伤亡，并且成本可承受，这是完全不同于以往的一种新的“缠斗”方式。任何飞行器，不管是有人还是无人的，都可能被单个导弹打下来，但是无人机集群却能够承受多次打击，继续完成任务。无人机集群系统将迫使敌人形成了“大炮打蚊子”的作战劣势，即使部分无人机被对方摧毁，也不影响集群系统的整体作战能力，通过队形的重组和任务的重新分配，实现核心攻击任务能力不降级。

在干扰压制方面，无人机集群在攻防两端显著成本不对称。集群中的无人机通常是典型“低小慢”目标，易于躲避敌方雷达防空系统，但对无人机实施打击却通常需要动用精确打击武器，如果敌方发动饱和式攻击，将耗尽其防御武器。以美军“提康德罗加”级巡洋舰为例，该巡洋舰装备了“宙斯盾”系统，最多可同时监视空中240个目标。如果无人机集群超过250个，同时又是一种“低小慢”的空中目标，将导致其监视能力达到饱和。因此，无人机集群系统可以“引诱式”耗尽对手的高价值攻击武器，从而增加对手攻击的相对成本，以规模优势给对方造成惨重的损失。又如，可以利用无人机集群搜索隐形战斗机和导弹发射车引诱对方开机，让可消耗的无人机“自杀式”打前阵，让宝贵的有人机/有人车殿后，可能有助于在未来战争中减少人员和昂贵装备损失。在过去，数量较少的极度昂贵的有人机是战场的标准配置，但是在未来的几年中，大量便宜的、消耗性的无人机将广泛地出现在战场上。

近年来，无人机集群成为各国争先研究的热点，不断有集群项目的突破性报道。本节从协同模式探索、分布式指挥体系、核心技术突破和集群验证等方面总结了近年的代表性工作。

2.1 创新协同理论，探索集群协同的模式

日益增多的无人机系统，势必引起其使用模式的颠覆性变革。目前，美军装备的无人机数量已经多于1万架，超过了有人机的数量。如此众多的无人机系统，如何最大效能地发挥作用？对此，集群使用的模式应运而生。正如二战初期，坦克由分散到集中使用带来了“闪电战”革新，小型无人机的集群化应用有可能会像坦克“闪电战”一样，形成新的颠覆性军事能力。

为充分发挥集群数量和低成本优势，并融于现有体系，以美军方为代表，人们探索了各种集群协同模式，并设计了大量作战想定，从顶层指导无人机集群的发展。典型协同模式包括：无人机集群协同、无人机集群和有人机协同、和大型载具协同、以及和其他无人装备的跨域协同等。

2.1.1 无人机集群协同

无人机集群协同是指采用大量(>10数量级)低成本无人机平台，以机间通信为基础，以机间智能协同为核心，形成大规模的同构集群系统。海军研究生院在2012年发表了《无人机群攻击：驱逐舰的防护系统选择》，为探讨驱逐舰对无人机集群协同攻击的防护问题，设计了小型固定翼无人机集群协同作战的想定，见图1。驱逐舰为“宙斯盾”系统，集成了干扰器、诱饵弹、“标准”系列面对空导弹、127ms舰炮和2座“密集阵”近防武器系统；无人机集群由8架速度为250km/h的无人机组成，部分自主飞行，部分受附近渔船遥控。

（美海军无人机集群攻击驱逐舰想定）研究团队对这一作战模式进行了大量模拟仿真。500次蒙特卡罗仿真结果分析表明：平均约3.82架无人机能够突破驱逐舰的防御系统；在电子干扰、雷达诱饵、烟雾弹等各类额外防护手段中，最有效的为增加2门近防炮进行拦截，即使如此，平均约2.5架无人机击中驱逐舰。该结果意味着：可以使用大量廉价的无人机攻击严密防守的舰艇，这些无人机总成本仅与一枚导弹相当，具有极高的效费比。

2.1.2 无人机集群和有人机协同

无人机集群和有人机协同指的是将无人机集群和有人机一起混合编组，共同执行任务。短期内无人机的智能化水平难以达到有人平台的程度；故而，在相当长的一段时间内，无人平台和有人平台将相互补充，分工协作，共同完成复杂的作战任务，形成颠覆性作战能力。为此，人们设计了各种无人机集群和有人机协同的作战想定。其中典型想定为美国通用原子公司提出的“复仇者”(Avenger)无人机集群与F-22战斗机协同对地攻击概念。想定中，4架F-22战斗机和16架“复仇者”组成2个集群。F-22机组位于后端指挥支援，“复仇者”集群协同突防，摧毁敌地空导弹阵地。

 （通用原子“复仇者”集群与F-22协同对地攻击）

2.1.3 无人机集群和大型载具协同

为解决无人机集群的快速/远距可达的问题，可以将无人机集群和各种大型载具协同。采用航母或者空中母机携带无人机集群抵达作战区域，而后快速释放无人机，形成威慑性作战能力。比较典型的想定包括X-47B集群和航母的协同想定，和国防部预先研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA)的空中航母计划。

X-47B集群和航母协同想定：美军构想3艘航母组成打击集群(CSG)，在绝对安全区域起飞30～40架隐身无人机，代替有人机对重点目标分批次打击，在6019 km时，12架隐身无人机形成一个中队出动，重点打击沿海区域的防空力量；接着，当CSG行进至距海岸3241 km时，6架 无人机形成集群前出，降低反介入威胁，增加水面舰艇的安全性；最后，CSG行进至距海岸926km 时，7架无人作战飞行系统(UCAS)形成集群防空压制，CSG开始密集攻击，此时，水面舰艇和有人驾驶战斗机加入战斗。该集群作战构想为航空母舰提供更强大的防区外攻击能力，并增强海军的前沿部署和持续作战能力。特别需要指出的是，目前虽然X-47B无人机已经转化为空中加油机项目，但是以无人机集群代替有人机进行第1波 次的攻击，仍然是《无人系统路线图》中的主要作战模式之一。

 （X-47B集群和航母协同攻击想定）DARPA的“空中航母”构想，所谓“空中航母”就是保障无人机空中运载、操作使用和任务控制的大型航空平台。它能够在飞行中释放出无人机，对无人机的作战运用进行控制，并对完成任务的无人机进行回收、加油、挂弹和维修等保障作业。传统空中作战任务大都采用大型有人机完成，但存在牺牲飞行员生命的风险；采用无人机虽然能够克服这些风险，但飞行高度较低，航程和续航能力也有限。所以用大型有人驾驶飞机携带、发射和回收多个小型无人机联合作战的方案，将能最好地将两者各自的特点相结合：既可以同时延长有人驾驶飞机和无人机的作战航程，又增强了整体的安全性，从而能以有效成本实现突破性的功能，用于执行情报、监视、侦察和作战各种任务。

  （DARPA空中航母想象图）

2.1.4 无人机集群和其他无人装备跨域协同

无人机集群和其他无人装备协同指的是将无人机集群和无人车、无人艇或者无人潜航器等无人装备协同，共同执行任务。不同无人装备之间的跨域协同，有利于发挥各自的优势，更有针对性地高效完成任务。代表性的想定为DARPA的“进攻性蜂群使能战术”(Offensive Swarm-Enabled Tactics, OFFSET)项目。城市作战中，高耸的建筑物、狭窄的空间以及受限的视野形成的“城市峡谷”，限制了军事移动和战术实施。无人机和无人车在城市地区的空中侦察和建筑清剿作战中具有明显优势。为此，DARPA启动了OFFSET项目，旨在利用大规模空中和地面自主机器人，大幅提升城市作战能力。项目设想利用250个以上的无人机或无人车的跨域集群，在8个城市街区自主执行6小时的区域隔绝任务。

  （OFFSET 跨域协同设想）

2.2 强调体系协同，构建分布式指挥架构

分布式体系作战概念已成为指导美军装备发展的重要思想。无人机集群系统是典型的分布式作战力量。为克服高成本、单一庞大的多功能平台的内在问题，发挥网络化无人平台优势，在DARPA等机构牵引下，美军持久开展分布式作战体系研究，力争构筑新的分布式指挥架构。

主要项目包括：拒止环境中协同行动(Collaborative Operations in Denied Environment, CODE)；系统的系统集成技术和试验(System of Systems Integration Technology & Experimentation, SoSITE)；分布式作战管理(Distributed Battle Management, DBM)。