关键词：协同航迹规划；协同编队控制；航迹协调
引言：综合飞行器的飞行时间、耗油量以及可能受到的威胁等多种因素后制定出来最完善的飞行器航迹规划，来保证飞行任务的圆满完成，是航迹规划的主要作用。目前国家单无人机航迹规划技术已经逐渐完善，但在未来战场上多无人机协同执行任务的形式会逐渐增加，因此必须加强对多无人机协同航迹规划技术的深入研究，填补国家在多无人机协同执行任务方面技术上的欠缺。
一、多无人机航迹规划技术现状
近年来，国家自主研发的无人机得到各界关注，随着不断投入的人力和财力，积极组织研发无人机系统，因此，即使国内无人机的研发起步较晚，但发展的速度极快。而随着国际整体科研水平的进步，国家对无人机研究建设机构越发的重视起来，多所高校先后成立了针对无人机的研究机构，为国家深入无人机领域做出了重要的贡献。在这基础上，国产无人机大批量的投入生产，生产产业链已经初步形成，未来无人机生产势必会走向市场化。无人机批量生产的同时，针对无人机飞行技术的研究也逐渐拉开了序幕。然而国内对多无人机系统的研究还处于初级阶段，尤其是多无人机操作技术较弱，无法自主规划操纵系统。多机协同执行飞行任务是未来战场上主要的作战方式，我国对多无人机协同航迹规划技术上的研究，大部分停留在知识理论层面，虽然取得了研究成果丰富，但应用到实战过程中还需要掌握更多无人机的飞行技术，才能够保证无人机在执行任务时风险最小、自主选取最优飞行航迹以及无人机飞行过程中不会相互碰撞等问题得到有效的解决，因此只有深入了解多机协同航迹规划技术，才可以促使国家在多机协同作战领域获得突破性进展。
二、多无人机航迹规划技术方法
无人机在飞行过程中会受到很多条件的约束，以外部环境约束和无人机自身系统约束最为严重，无人机在飞行过程中需要考虑各种威胁源，在全方位考虑周到后对无人机的航迹规划进行运算，并且制定出对应不同情况的航迹规划技术。多无人机在此基础上需要加深处理各无人机之间的配合关系，而配合关系中包括在空间、时间以及任务执行等方方面面的协调，除此之外还要考虑航行轨迹上的协调。航迹协调完善过后，对多无人机如何保持稳定的几何飞行状态来适应飞行环境，执行战略战术任务的控制方法也是无人机航机飞行技术的重点研究领域。航迹规划技术还可以应用不同的算法，比如基于路标图点、任务地点单元分解、人工规划等不同的规划方法。下面仅针对航迹规划技术的其中两种进行详细叙述。
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（一）无人机航迹协调方法
无人机航迹协调方法从四个方面入手，包括对速度、飞行动作、时间协调以及航迹长度进行调整。所谓速度调整是指调整多架无人机的飞行速度，确保多架无人机的速度相对平均，多架无人机可以同时到达飞行地点。但是机械调节飞行速度有限，因此对协同飞行的无人机航线长度不能够有较大的差距。如果发生不同的无人机规划长度相差过大时，需要调整无人机飞行动作来从根本上保证无人机最终可以一起到达任务地点。调整无人机飞行动作，可以加强无人机飞行的机动性，通过不同的飞行方式，来延长无人机的飞行时间，给后期无人机飞行航迹长度调整出现的问题进行有效地改善。无人机航机飞行技术中对时间协同上的调整，抛出一切外界因素，对每架无人机生成了备选飞行轨迹，以团队整体到达时间为定量，设计出单机飞行的最有轨迹，这样的协调方法最大程度上缩小了任务失败所要付出的代价。美国军方就在模拟战争中对无人机航迹协调技术进行了实践，实践表明，航迹协调技术不仅成功的到达了任务地点，而且因为时间协同技术的支持，确保多无人机协同任务失败的情况下，每个单机也可以独立飞行到任务地点。另外，国内还掌握了多点航迹规划技术，并且合理应用在了无人机的飞行航迹技术上。
（二）协同编队控制方法
协同编队控制方法是针对无人机飞行结构的调整，一种是针对编队形状的重组一种是保持既有形状的微小调整。因为编队控制方法自身优越的机动性，被各个国家广泛应用，下面详细介绍几种广为流传的编队方法。第一种是leader-follower方法，这种方法根据字面意思既可以进行理解，选择编队中的一架无人机作为首领，其他无人机作为跟随者，只要首领机在预定的飞行轨迹中飞行，其他跟随者只要保持合理距离跟随飞行即可，这样的飞行方式极大程度的简化了对无人机的系统控制。但是首领级无法收到跟随者的飞行轨迹，容易造成跟随机失去反馈脱离预定航迹，一旦首领机出现故障，就会导致整个飞行整体无法继续保持编队形状。该方法早期被美国应用在战斗任务中，后期渐渐被虚拟结构法所取代。虚拟结构法是由国外技术人员提出的，所谓虚拟结构，既是将每个无人机看做地图上的一个小点，在无人机上安装定位装置，既可以在地图上有所显示，只要控制点的运动即可，此种方式，加强了无人机飞行过程中的精确度，确保了无人机的飞行轨迹，而且各个无人机任务分配过程相对简化。与leader-follower方法相比较，虚拟结构法对技术要求较高，不允许出现较大的误差，否则会导致整个飞行团队任务的失败。目前，欧美等发达国家，开始将不同的飞行结构法加以融合应用到不同的作战任务中去。其中英法等国在虚拟作战训练中，应用虚拟结构法使三台无人机成功编队飞行。国内也在不断加深对协同编队方法的研究，结合不同的编队方法，使无人机在协同飞行的同时，既能躲避障碍又能保持队型。
总结：未来无人机执行的任务会越来越复杂，无人机飞行环境的不确定性也会逐渐增强，对航迹进行科学合理的规划的重要性也就相对提高。除了文中提及的两点技术方法之外，未来国家会针对飞行算法等多方面的进行规划技术研究，促使国家在多无人机协同航迹规划上获得进一步的发展。
参考文献：
[1]胡中华,赵敏,姚敏,撒鹏飞. 无人机航迹规划技术研究及发展趋势[J]. 航空电子技术,2009,02:24-29+36.
[2]刘浩. 多无人机协同路径规划技术研究及模拟实现[D].电子科技大学,2016.
论文作者:王子博琳 张唯威 胡韦
论文发表刊物:《科技中国》2017年7期
论文发表时间:2017/10/11
标签：无人机论文; 航迹论文; 技术论文; 方法论文; 国家论文; 轨迹论文; 结构论文; 《科技中国》2017年7期论文;