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无人机集群与分布式无人机

添加时间:2023-04-23   浏览次数:315  

当前,无人机是航空器发展的热门领域。伴随着无人机热的持续升温,新概念也大量涌现。分布式无人机与无人机集群便是例子。什么是分布式无人机?什么是无人机集群?二者之间什么关系?我们就来说说这些问题。

一、什么是分布式无人机?

分布式无人机,即采用分布式结构的无人机。所谓分布式结构,就是将目前集成化的功能系统拆分为若干物理分离、结构相对简单、功能相对专一的子系统,通过信息互通,保持或扩展原有功能。做一个比喻,如果把系统的结构称之为“形”,系统的功能称之为“神”,分布式结构就是“形散而神不散”。

无人机集群与分布式无人机2

空中作战从集成到分布

分布式结构是相对于集成化而言的。所谓集成,就是把一些孤立、分散的事物或元素集中在一起,产生联系,构成一个功能整体。集成化的水平,可以用集成度进行度量。以集成电路为例,目前元件的集成度已经超过了1亿个,组件数超过了109个。手机,就是集成化的产物,从的单一通话到现在的智能手机,就是元器件和功能模块的集成度不断提高的结果。无人机的发展也离不开零部件、功能模块与单元体的高度集成,集成化带来了无人机功能和运用领域的不断扩展,同时也带来了一些问题。

这些问题突出表现在两个方面:一是随着无人机集成度的不断提高,其技术含量和复杂程度也不断提升,研发周期不断拉长,研发成本不断攀升,无人机的成本优势逐渐丧失。目前,就大型无人机而言,在单机采购成本上无人机已经没有多少优势,其成本优势主要体现于任务飞行成本。据统计,有人驾驶飞机的训练飞行时间约占总寿命的95%,任务飞行时间仅占5%左右,而无人机的大部分训练都可以在模拟器上进行,任务飞行时间可以达到总寿命的50%左右,因此,无人机的每小时任务飞行费用要显著低于有人驾驶飞机。二是对于高度集成化的无人机,其任一任务系统的损失都可能导致任务失败或系统失灵,从而影响其战场生存力。

面对问题,迫使美军思考新的出路,分布式结构也就应运而生。美军希望通过分布式结构推出一大批功能单一、成本低廉、可以大量装备的无人机,部分取代目前成本居高不下的无人机,用数量优势取代质量优势。美军认为在一定条件下,数量就是质量。可见,分布式结构其实就是“逆集成化”,是对集成化的反其道而行之。当然,分布式结构不是对集成化的否定,而是提供了一种与集成化长期共存的新选择。

分布式发展的好处是通过拆分和冗余技术的组合,在降低研制、使用费用与风险的同时,还具有远远超过传统武器装备的战场生存力。目前,实现航空武器装备的分布式发展主要面临两大难题:一是通信问题,如何在强对抗环境下子系统间通信的有效带宽、时效性和抗干扰等问题;二是自主协同控制问题,空中战场瞬息万变,如何确保物理分离的各子系统围绕作战任务,在作战空间实现快速协同。只有解决了这些问题,分布式结构才能走向实用。近年来,5G通信网络技术和人工智能技术的发展为解决上述问题带来了新的希望。


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