无人机协同侦查问题研究

于庆灏

摘 要：由于国防军事侦察任务逐渐变得复杂，且侦察方式逐渐向多无人机协同的方向发展，如何利用合理的任务规划以及有限的载荷资源侦查到最大化的情报信息是无人机执行侦察任务的关键技术，因此研究多无人机协同侦察的新方法便对未来侦查作战具有更加长远的意义。根据侦察对象的不同将其分为“点对点”协同侦察和“点对面”协同侦察两种新的模式，通过航路平滑的常用方法从环境因素是否可知的角度对当前的侦查方法进行了分析总结;根据电子信号侦察设备、合成孔径雷达（SAR）和长焦距倾斜CCD相機3种机载侦察载荷的侦察特点，分析了影响多侦查机载设备协同侦察性能的因素和指标。

关键词：多无人机;协同侦查;航路规划;侦查载荷

0 前言

当今战场环境日趋复杂，无人机已逐渐成为进行战场侦察的主要工具。随着无人机侦查问题呈现出侦察任务复杂多变以及对侦察效率高要求的特点，传统的单无人机携带单载荷已不能满足当前战场环境超实时性的需求[1]，为了加快系统论证分析评估的过程、缩短指战员的决策时间，采用多无人机携带不同载荷协同侦查很有必要[2]。

本文对多无人机协同侦查任务规划和多载荷协同侦查两个方面进行研究，其中无人机协同侦查航路规划通过“点对点”的协同侦察和“点对面”的协同侦察两个方向进行研究;多载荷协同侦查从电子信号侦察设备、合成孔径雷达（SAR）和CCD相机三种光电侦查设备根据不同的作战任务需求，合理设计4种侦查载荷的协同使用方案。

1 无人机协同侦查航路规划

1.1点对点协同侦查

“点对点”的协同侦察即设计一种航路规划方案，将目标按相应的需求（如航程最短、侦查效能最高等）分配给各无人机，生成各自特定的侦察序列，然后根据无人机的性能再对其局部航路进行优化，使得在可操作下侦查效能最大化。“点对点”的协同侦察任务规划根据其实施步骤可分为上层系统的目标分配和下层各无人机平台的航路规划。目标分配即综合多种要求，上层系统以相应任务效能为牵引，将具体目标分配给每架无人机平台。航路规划即为下层无人机平台分配到的目标规划最优侦查序列，然后结合相应无人机的性能和不同战场环境的影响，对生成的航路进行平滑处理，方便侦察任务的执行。

目前多无人机任务规划技术已取得了相对明显的成就。“点对点”协同侦察任务规划方面，从上层系统的任务分配到下层无人机平台的航路规划，其理论研究比较成熟。

1.2点对面协同侦查

“点对面”协同侦察即要求无人机在相应战场环境的约束下能够将任务区域进行全覆盖侦察。目前，关于区域全覆盖侦察任务规划问题的分析较多，主要集中于机器人AI应用，针对多无人机区域内全覆盖方向需要进一步分析研究。多无人机协同区域覆盖侦察根据战场环境不同可以分为已知环境下的全覆盖侦察和未知环境下的全覆盖侦察。

相比于单无人机区域覆盖，多无人机区域覆盖可以显著提高其覆盖效率以及稳定性。覆盖效率的提高是因为多无人机工作时，可以加快侦察任务的执行速度。稳定性则是当任务中待侦查目标分配的某架无人机出现异常或损毁时，可以对其他侦查目标以及剩下的无人机进行重新规划，以完成区域全覆盖任务。

2 无人机多载荷协同侦查

2.1电子信号侦查设备与SAR协同

该方案主要利用电子信号侦察设备提供粗略定位信息，再运用SAR进行高精度侦察。电子信号侦察设备在远距离、大范围探测到目标辐射源，将目标信息发至数据处理器，经处理后传输至控制终端，并采用电子信号侦察和SAR的协同模式重新规划无人机航路，对目标进行精确定位;飞行至SAR作用距离时，SAR开始工作，以提高对目标的侦查时间，提升载荷在复杂环境下对目标的高精度成像观测能力。

2.2电子信号侦查设备与CCD相机协同

该方案主要用于对目标区域进行第一时间的可视侦察或采集高分辨率目标图像。电子信号侦察设备在长距离、大范围探测到目标辐射源后，控制终端操纵无人机规划航路抵近目标区域。当无人机抵近至CCD相机工作距离时，采用CCD相机同电子信号侦察设备协同模式对目标进行观测;到达目标规定距离后，拍摄高精度图像或进行即时可视侦察。

2.3SAR与CCD相机协同

SAR在较大范围内对侦察区域进行扫描搜索，实现对运动目标的搜索和追踪。鉴于SAR图像判读的复杂性，为提高对目标的探测或对运动目标即时可视侦察能力，无人机规划航路到达目标区域规定距离后，开启CCD相机侦察模式，实现对目标的探测成像、定位和追踪。

2.4电子信号侦察设备、SAR与CCD相机协同

该方案主要用于对目标的精确定位、观测成像和特征检测。电子信号侦察设备在远距离探测到目标辐射源的位置后，控制无人机规划航路抵近目标区域。侦察静止目标时，采用SAR或CCD相机分别在作用距离范围内对目标进行观测成像或即时可视侦察;侦察运动目标时，则运用SAR或CCD相机分别在作用距离范围内对目标进行跟踪和即时可视侦察。若电子信号侦察设备未侦察到目标，可采用SAR工作模式再规划其他侦察方案。

3 结论

本文在分析无人机侦察载荷和侦察作战环境上，设计了4种多侦察载荷协同使用方案，为无人机的侦察载荷的协同作战使用提供了参考依据。为了提高整个多无人机系统的容错率与安全性，必须使得多无人机系统具备在线动态规划的功能[3]，保证遇到某架无人机出现异常或被摧毁后，可进行侦查任务自主重新分配与航路重新规划，这样能够更好地体现出无人机群的自主性与协同性。

随着无人机侦查问题呈现侦察任务复杂多变以及对侦察效率高要求的特点，传统的单无人机携带单载荷不能满足当前战场环境要求，为了获得最好的侦查结果，以及缩短指战员决策时间，采用多无人机携带不同载荷协同侦查很有必要。

参考文献

[1]庞强伟，胡永江，李文广，等.多无人机协同侦察任务规划方法研究综述[J].电讯技术，2019，59（6）：741-748.

[2]张海峰，韩芳林.给予任务协同的无人机多侦查载荷使用.海军航空工程学院学报，2018，33（3）.

[3]柳长安，王和平，李为吉，白俊强.无人机的协同侦查航路规划.火力与指挥控制，2004（1）：60-63.