無人機是一種利用無線電遙控裝置或者自主控制裝置操縱飛行狀態的無人飛行器。
與有人機相比，無人機在作戰中具備靈活性強、作戰效費比高等優勢。
然而，在體系化作戰中，由於戰場環境複雜、要素配置分散、作戰樣式多維，單一無人機難以勝任多樣化作戰任務。
依託群體智慧開展智慧化無人機叢集作戰，可將無人機數量優勢轉化為非對稱作戰優勢。
無人機叢集智慧化作戰樣式
近年來，無人機叢集在協同探測、全域打擊、戰術騙擾等作戰任務中，逐漸發揮出越來越重要的作用，成為軍事領域重點發展方向之一。
按照目前無人機叢集的群體智慧化程度與作戰樣式，可將其劃分為3種類型：
——偽叢集。這是一種由地面人員分別操控多架無人機構成的“叢集”方式。無人機看上去是叢集，其實相互獨立，並不存在資訊互動協同。
2016年，美國海軍進行了數百次無人機“叢集”進攻“宙斯盾”防禦系統的模擬試驗。結果表明，當由8架無人機組成的“叢集”突防攻擊時，防禦系統難以合理分配火力，平均每次約有2.8架無人機可避開攔截系統實施打擊。
上述案例，無人機在形式上表現為“叢集”，但不存在群體智慧，僅靠多架無人機集聚帶來的數量優勢提高作戰能力。
——集中式叢集。這是一種以地面指揮中心作為叢集大腦、無人機之間無互動、統一受叢集大腦指揮排程的叢集方式。2020年11月，美軍透過地面軟體驅動“復仇者”無人機組成叢集，進行了約2小時的自主協同飛行試驗。該專案利用軟體確定最優作戰方案，提高了現有無人作戰力量的靈活性和生存能力。
集中式叢集智慧化程度低，面臨單鏈失效、可靠性差等潛在問題。當地面指揮中心與叢集通訊鏈路遭到破壞時，整個叢集將因失去控制而喪失作戰能力。
2018年，敘利亞反對派出動13架固定翼無人機構成集中式叢集，對俄羅斯空軍基地進行襲擾攻擊。俄方利用電子戰加火力殺傷的手段實施攔截，最終俘獲6架無人機，擊落7架無人機。
——分散式叢集。這是一種不存在中心控制器、各無人機透過機間資訊共享、協同配合執行作戰任務的叢集方式。該方式具有去中心化、低複雜度和自組織性等優勢，極大提高了遂行復雜任務能力。
2017年，美國利用3架F/A-18戰鬥機釋放了103架無人機，形成分散式叢集進行飛行試驗，實現了載機發射、隊形變換等功能，達到了預期作戰效果。
相比於集中式叢集，分散式叢集具備了分散式體系結構，機間資訊互動為群體智慧的產生提供了必要條件。擁有群體智慧的無人機叢集，自主性高、安全性好，是叢集作戰的主要發展方向。
利用群體行為特徵為叢集賦智
在瑰麗的自然界中，存在著魚群、獸群、蜂群和鳥群等生物群落。這些生物個體本身是脆弱的，但透過互動協作聚集而成的群體，則擁有更強的覓食、趨利避害和遷徙等能力。
生物群落透過簡單通訊實現高效協同，表現出協同聚集、目標吸引和避撞排斥等行為特徵，能夠達成合作共贏的叢集效果。
這種由群居性生物透過協作表現出的宏觀智慧行為特徵，即為群體智慧。群體智慧是人工智慧的一個重要研究方向。
結合無人機系統技術，研究群體智慧的理論與方法，有望探求到更具自主智慧特性的無人機叢集，形成高階群體智慧。
——根據協同聚集行為特徵，實現無人機叢集的分散式作業。在自然界中，覓食的魚群能透過區域性資訊交流聚集，提高覓食效率。在遭遇捕食者時，又可快速散開逃逸，分散捕食者注意力，降低被捕食風險。與之類似，無人機叢集的飛行控制，透過相鄰無人機的資訊互動，設計無人機協同控制協議，使得叢集中的每一成員就全域性一致、方向趨同和期望隊形等達成“共識”，真正實現叢集的分散式作業。就像波動現象一樣，相互間迅速準確地傳導資訊，從而達成行動的一致性。
——利用目標吸引行為特徵，實現無人機叢集的編隊跟蹤。狼群能在頭狼帶領下進行任務分工，密切配合圍捕獵物。頭狼負責追蹤目標併發布命令，狼群則擔負不同職責共同協作高效完成捕獵任務。無人機叢集可參照狼群模式，利用目標吸引行為特徵，形成領航跟隨任務模式。領航機探測識別與分析處理能力較強，負責跟蹤目標生成航跡，發揮高效能優勢和態勢感知能力，實現對目標的實時跟蹤，跟隨機既能實時跟蹤領航機航跡，又能透過機間協同形成任務所需的叢集構型，提高載荷分佈配置效能，強化任務執行力。
——依據避撞排斥行為特徵，實現無人機叢集的智慧防撞。無人機叢集在執行作戰任務時，實現智慧防撞是保證自身飛行安全和順利執行任務的基本要求。“叢集智慧防撞”，就是要讓各無人機實時規避戰場環境中的障礙物，同時叢集間不發生碰撞。要實現這一效果，可構建無人機之間和叢集與障礙物之間的“智慧斥力勢場”：當相對距離過小時，觸發避撞排斥機制，有效應對複雜環境和作戰模式。
智慧叢集引領體系化作戰新樣式
從世界軍事強國發展趨勢來看，隨著資訊化、無人化和智慧化技術應用於戰場，是否具備體系化作戰能力將成為決定戰爭成敗的重要因素。
群體智慧技術的發展，將極大推動無人機叢集作戰模式的變革，是未來軍隊適應複雜戰場環境、提升作戰能力的重要手段。無人機叢集將顛覆傳統戰爭形態，成為制勝未來戰場的新型作戰樣式。
具備一定協同能力與自主性的無人機叢集，可搭載不同種類載荷，執行多樣化作戰任務。從美國的“小精靈”“山鶉”等無人機叢集協同作戰驗證專案的實驗效果來看，小型化、低成本的無人機叢集，在短期內有望透過機間資訊共享，形成探測、感知、識別、通訊和攻擊等協同能力。
鑑於此，各軍事強國持續發展無人機叢集作戰力量，期望以成體系的低成本無人機叢集，襲擾相對孤立的高價值軍事目標，發揮出非對稱作戰優勢。
隨著人工智慧技術的不斷升級，擁有群體智慧的無人機叢集，可發揮其環境適應能力強、部署靈活、功能整合、小型高效的優勢，實現智慧組網、協同作戰與博弈對抗，對防禦系統實施全向突防，形成“偵-抗-打-評”作戰閉環，在未來多域多維的體系化作戰中克敵制勝。
上圖：無人機蜂群作戰系統示意圖。
來源： 解放軍報
