本书共分五章。第一章主要介绍无人机集群作战任务规划问题的背景和意义;第二章对无人机集群作战任务规划问题的多层次性进行介绍,从无人机集群作战时序入手,就任务规划问题主客体、原则、分类、控制特性和多层次性进行详细阐述;第三章是无人机集群作战典型静态任务规划问题研究;第四章是无人机集群集中式动态任务规划问题研究;第五章是无人机集群分布式动态任务规划问题研究。
群体智能(Swarm Intelligence,SI)的概念源于人们对生物群体的集群行为长期观察和研究。群体智能是指群体中个体简单,在环境中表现出自主性、自适应性和学习性,通常个体与个体协作、个体与环境交互,□终在群体层面涌现出复杂的智能行为。自然界中,生物的群体智能行为几乎随处可见:鱼群游水底,看似杂乱,实则高度协作防御与觅食;蚁群遍布大地,相互协作觅食,能合力搬运重于其身体百千倍的东西;狼群分工明确各司其职,可协作捕获大型猎物等。
随着MEMS微电子、通信导航、C41SR、人工智能技术等现代前沿科技领域的迅猛发展,从生物群体智能中受到启发的世界军事强国,希望借鉴动物的群体智能行为,通过多个小型、功能简单的无人机组成的集群,更大限度地发挥整体战斗力;并依靠无人机集群的整体战斗力,应对未来复杂电磁环境下的高强度、高对抗性和高不确定的战争行动。目前,无人机集群作战已成为未来无人作战的主要作战样式。
本书瞄准无人机集群作战的核心关键问题——任务规划问题,以群体智能的基础方法和理论为依托,尝试建立无人机集群作战中异构多飞行器、多任务、多约束的多层次任务规划模型,并利用群体智能理论与方法设计算法进衍求解,突出前沿学科交叉和军事应用背景,注重基础理论知识阐述,力求使广大读者能快速掌握基于群体智能的无人机集群任务规划问题相关方法和技术。本书出版过程中,得到了国家自然科学基金项目“生物行为启发的航空集群攻防建模及其能力涌现与诱导控制方法研究”(61502522)、□□装发预研领域基金项目“蜂群无人机雷达技术”(JZX7Y20190253036101)、□□装发与教育部联合青年人才基金项目“基于群体智能的无人机集群作战任务规划建模与构型控制”(6141A02033703)、湖北省自然科学基金面上项目“基于人机联合认知的无人机实时航迹规划技术研究”等项目的支持。
本书共分5章,各章的主要研究内容如下。
□□章主要介绍无人机集群作战任务规划问题的背景和意义,同时对任务规划模型和算法、群体智能算法进展现状等进行综述。
李浩,中国人民解放军空军预警学院教师,电子科学与技术专业博士,主要从事集群探测、情报组网和指挥自动化相关领域教学与研究工作。主持国家自然科学基金、□□科技委国防科技应用推进计划项目、□□装备发展部“十三五”领域基金、□□装备发展部与教育部联合青年人才基金、湖北省自然科学基金、全军装备科研重点项目等课题11项,参与国防973课题、□□科技委创新特区。国家自然科学基金和军队相关项目10余项,发表相关学术论文40余篇,其中SCI/EI检索20余篇,相关专利/软著9项,在集群信息处理和指挥控制领域有较为深入的研究。
□□章 无人机集群任务规划概述
1.1 研究背景及意义
1.2 任务规划研究现状
1.2.1 无人机集群作战任务规划研究现状
1.2.2 任务规划问题模型
1.2.3 任务规划算法
1.3 群体智能算法研究现状
1.3 。1群体智能算法研究进展
1.3.2 烟花算法研究现状分析
1.3.3 狼群算法研究现状分析
1.3.4 蚁群劳动分工模型研究现状
1.4 本书结构与章节安排
第2章 无人机集群多层次任务规划问题分析
2.1 无人机集群任务规划问题描述
2.1.1 相关基本概念
2.1.2 无人机集群作战时序
2.1.3 无人机集群任务规划问题特点简述
2.2 无人机集群任务规划的控制特性分析
2.2.1 集中式控制
2.2.2 分布式控制
2.2.3 多层分布式控制
2.3 无人机集群任务规划问题的多层次性
2.3.1 无人机集群任务规划主客体的多层次性
2.3.2 无人机集群任务规划系统的层次结构
2.3.3 无人机集群任务规划系统的硬、软件层次结构
2.4 无人机集群多层次任务规划问题的求解框架
2.4.1 任务规划问题的一般求解框架
2.4.2 无人机集群多层次任务规划的难点分析与问题描述
2.4.3 基于群体智能的无人机集群多层次任务规划问题的求解框架
2.5 本章小结
第3章 无人机集群典型静态任务规划问题研究
3.1 无人机集群作战飞行路径规划问题
3.1.1 无人机集群作战路径规划问题建模
3.1.2 基于离散烟花算法的无人机集群路径规划问题求解
3.1.3 仿真与分析
3.2 无人机集群反隐身作战编队构型规划问题
3.2.1 无人机集群协同反隐身作战简介
3.2.2 隐身战斗机的雷达散射截面特性分析
3.2.3 集群反隐作战中的编队构型优化建模
3.2.4 仿真与分析
3.3 本章小结
第4章 无人机集群集中式动态任务规划问题研究
4.1 相关研究情况
4.2 无人机集群集中式作战任务决策模型描述
4.2.1 战场环境与主体描述
4.2.2 无人机集群协同搜索
4.2.3 基于组合竞标的集群协同攻击任务协调机制
4.2.4 无人机集群攻击任务代价与收益分析
4.2.5 无人机集群集中式任务建模
4.3 基于二进制反向狼群算法的任务规划算法
4.3.1 二进制反向学习
4.3.2 二进制反向狼群算法简介
4.3.3 基于二进制反向狼群算法的任务规划算法流程
4.4 无人机集群察打一体作战任务规划算例仿真与分析
4.4.1 仿真实例与模型参数设置
4.4.2 仿真与分析
4.5 本章小结
……
第5章 无人机集群分布式动态任务规划问题研究