现在有没有专业的室内无人机编队团队?

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作为星空传媒的一种,其炫酷而充满高科技的视觉表现形式十分震撼人心,已然成为一种新型而又高效的“吸睛手段”。
当数十台、数百台、数千台无人机同时缓缓上升,同时结合夜晚的光线进行灯光设计,能够呈现出绚丽的空中灯光秀。
室外编队无人机可以定制图案、文字、logo等。

钢铁侠机器舞、电吉他机器舞、各类舞种人机舞-----科技感强:

舞者的身边飞舞着一群不断变换色彩的无人机。

而无人机在领舞者的带领下,与舞者配合的天衣无缝,足矣让人眼前一亮、印象深刻、创意十足。

无人机可与乐队、歌手、舞者、等完美配合。

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2016年,一部美国好莱坞出品的科幻动作片《独立日:卷土重来》上映,影片中多次出现海量无人机集群作战的片段,这种科幻的类似场景,在今年的6月,出现在了中国某地的上空。

这是中国电子科技集团公司组织的一项飞行试验,119架小型固定翼无人机,成功演示了密集弹射起飞、空中集结、多目标分组、编队合围、集群行动等动作。119架,中国再次创造了固定翼无人机集群飞行的世界纪录。

记者:这119架的这种集群这样的一个试验成功了,对我们很多的普通老百姓来讲,可能没有什么概念?

赵彦杰:我们其实在这119架的过程中,演示了一些典型的行动动作。

记者:你说这个行动动作指的是?

赵彦杰:比如像密集的弹射,弹射起飞,主要是在很短的时间内,把大量的飞机给发射出去,第二个就是飞机在空中可能是散的,在某一个预定的区域,要实现一个空中的集结,第三个就是针对多个目标,可以实现一个自动分组,第四个就是针对多个目标可以把它给围起来,我们叫编队合围,第五个我们展示了一些行动的概念。

赵彦杰,中国电子科技集团公司智能无人集群项目负责人。

记者:对你们专业领域来讲是一个什么样的地位?

赵彦杰:这119架飞机,我们特别强调是叫固定翼无人机集群,这个在未来的作战应用上,可能有较大的意义,当这个集群的数量,突破100架的时候,这是一个比较关键的坎。

记者:这个坎是一个什么样的门槛?

赵彦杰:我们经常说三五成群,三个五个也可以叫群,可能未来会有上千架,甚至上万架飞机的集群,那么我们认为,超过100架之后,从技术的角度从应用的角度,就是一个里程碑。

在传统的观念中,战争就意味着军人的流血牺牲。但是,早就有军事专家预言,在未来的战场上,很可能不再是有血有肉的士兵,而是成群结队的群化武器系统,是以无人装备为主体的智能较量。因为,“零伤亡”的需求必然使战争进入“无人”时代,而“无人”时代迅猛发展又使作战进入了“无人集群”时代,这是军事发展史上的一个超越。

记者:这个概念能通俗告诉我们,是什么意思吗?

赵彦杰:比如说我们都知道蚂蚁,蚂蚁是蚁群,每一个蚂蚁可以搬得动的,物体的重量是有限的,但是蚂蚁可以通过分工协作,共同抬起一个比它重很多很多倍的物体,这个就是集群智能简单的表述,其实自然界里边,有很多群体生存的生物,比如说像蜂群,鸟群,狼群,鱼群,我们这个无人机的集群,也是借鉴了自然界,群体相互协同的行为,来作为我们概念的输入点,来做这个研发的。

记者:当国外一旦在战争中,使用这种无人集群的话,其实最好对付的方式,可能是需要另外一个无人集群?

赵彦杰:可以这样理解,为什么这么讲,因为大型的高价值的武器平台,对这种小型的密集的无人集群来讲,是很难对付的,首先从探测的角度来讲,这种小平台很难被探测到,第二个可以以一种饱和式的方式,去对你进行一些袭扰,甚至是攻击。

记者:饱和式的方式指的是?

赵彦杰:比如说敌方的飞机,或者说敌方的雷达,可以同时追踪500架目标,但是我可以使用1000架,甚至是2000架,大概是这么一个概念,曾经美方有一个仿真的试验,针对宙斯盾的防空系统,以8架飞机为一个集群,对宙斯盾进行一个突破,每一个集群平均有2.8个可以突防。

自1917年无人机作为一种新型装备问世以来,100年后的今天,智能无人集群再一次成为“改变游戏规则”的颠覆性力量,以集群替代机动、数量提升能力、成本创造优势的方式,重新定义着未来力量运用的形态。

记者:我采访过无人机攻击机的飞行员,他们在操控无人机的时候,是通过地上的指挥舱,进行多方位的联动指挥,但是对你们现在所做的,它的指挥的方式会是怎样的?

赵彦杰:通俗点说有点儿像一个人牵着一只风筝,风筝和人之间有一根线,对于我们来讲是用一根线,牵住了一百多只风筝。

记者:但是这样的话操控难度就太大了?

赵彦杰:作为集群来讲,并不是去操控每一架飞机的每一个动作,很多姿态的调整,都是靠它自己的,自主化的一些运算来实现的,未来作战,当无人机的数量不断提升的时候,我们没有那么多人去操控无人机,甚至有一天,无人机等无人装备的数量,远远大于作战人员的时候,怎么办,就必须要有集群的控制,集群控制的核心,就是每一个飞机之间,进行相互的通信,每一个飞机根据周围的环境,进行一个自适应地调整,我不用去控制它每一刻每一秒,我只需要告诉它一个任务,它自主去执行。

在无人机集群的控制技术领域,中美走在世界最前列。2015年,美国海军实现50架固定翼无人机集群飞行的纪录,这些无人机按照主从模式飞行,利用无线自组织网络进行信息交互和共享,与以往每架飞机需要一个操作员不同,该项目通过集群地面控制站,实现了同时对50架无人机的控制,将控制权逐渐转移至飞行器,使无人机实现自主飞行和决策,以减轻操控人员的压力。

2016年11月,赵彦杰团队主导的中国第一个固定翼无人机集群飞行试验以67架飞机的数量打破了美国的纪录。今年1月,美军使用三架战斗机在空中释放了103架“山鹑”微型侦察无人机,可连续飞行半小时。

记者:当时这个纪录的数字,对你们研发人员来讲,有没有一种影响?

赵彦杰:肯定有影响,大家关注的是,你这么短的时间,就被别人超越了,讲一个小故事,我们马上要开集团公司年度大会的时候,准备了一些文字的材料和一些视频的资料,其中有一些表述需要修改,做了一些紧急修改,可以说对我们来讲,那段时间还是很有压力的,我记着我在微信的朋友圈里边,写了这么一句话,叫科技竞赛,大国博弈,新故相推,日生不滞,说的就是这个。

作为中国电子科技集团智能无人集群的项目负责人,赵彦杰小时候的梦想是当一名飞行员。但不巧的是,那一年,他所在的地区高中不招飞行员,赵彦杰没有实现成为战斗机飞行员的梦想。2006年8月,赵彦杰清华大学毕业后,获得了赴美全额奖学金留学的资格,之后开启了在美国的8年学习生活。

记者:因为之前我看你的履历是在国外,一直从事各方面的学习和研究?

赵彦杰:八年的时间,有很多让我铭记一生的地方,2009年的时候熬夜看阅兵式,那个时候感触特别深,是我们国家首次亮相的预警机,它是空中梯队的长机,带领150多架飞机飞过天安门,那个时候的感觉,作为一个海外的游子,只有自己祖国的强大,才是每一个海外华人的坚强后盾。

记者:为什么你们在国外看到,阅兵式上像预警机这样的情景时候,会对你们有那么大的触动?

赵彦杰:2006年我出国的时候,和无数的留学生一样,第一次走出国门非常兴奋,当在美国学习生活久了之后,每一次回国都非常激动,每一次坐在飞机上想起来,我可以吃碗正宗的面条的时候,眼泪都快下来了,我觉得每一个在海外漂久了的留学生,内心深处都是热爱自己的祖国的,所以这些事情,让我们和其他很多留学生,做了不同的选择,选择回国工作。

记者:但是真正下决心,从国外回到国内的时候,在你们的内心有没有做过权衡?

赵彦杰:有做过,因为那时候我们还比较年轻,可能这个选择会带来两种截然不同的结果,但是从现在来看,我觉得我的选择没有错。

2014年,赵彦杰和爱人选择回国工作,在了解了国内诸多单位后,他选择了5年前那个令他心潮澎湃的预警机总体单位——中国电子科学研究院,那个时候,中国的无人机发展已经处在世界的前沿,从最初的军用领域逐渐扩展到消费领域,不仅中国的无人机走出了国门,而且国内无人机市场火热,普通民众对无人机的认可程度和需求度逐渐攀升。但是,在无人集群方面,研究还属于基础阶段,赵彦杰团队希望做的,就是快速实现无人集群的试飞。

记者:为什么会选择这个项目?

赵彦杰:当我刚刚入职电子科学研究院的时候,参加了一次6.3事故的纪念会,2006年的时候,有40位科学家和军人,因为一些事故牺牲了宝贵的生命,那个时候也感触非常深,觉得能不能让我们的科学家,让我们的军人,少牺牲不牺牲,至少在未来的战争中,我不想让我们的孩子,被机器人伤害,所以我们才要发展无人的装备。

记者:当时摆在你们面前,最大的阻力和难题是什么?

记者:是你自己主动选择的,还是组织上分配你的?

赵彦杰:我们现在有一个非常利于创新的宽松的环境,大家基于自己的专业背景,基于自己的兴趣,可以自主选择一些感兴趣的课题进行研究,我记得我们的院长吴曼青院士,多次指示我们,要做就做最好的,要力争前沿突破,而不是跟随,这句话对我们来讲,可以说是我们团队的座右铭。

在中国电子科技集团公司,赵彦杰的团队是一支年轻的团队,几十人中的大多数人都是80后,90后,而项目负责人赵彦杰本人今年也只有32岁。

记者:因为在人们印象中,像这种尖端的科技项目,还有试验项目的话,一般都是年龄比较大的一些院士担当的,最初很多人会不会对你,也有一些这样的质疑?

赵彦杰:这个会有,我们这个团队,更多的像一个创新创业的公司,我们这个团队也是非常拼搏,我记着有一次,有一架飞机出了一些小的故障,它脱离队伍了,掉到水库里去了,我们当时是为了把这个飞机上的数据,给它找回来,绕着水库跑了跑,发现有一个渔船,还是漏的,我们几个人乘上这个船,抱着游回来的心态,去把飞机找回来。

记者:这么高科技的研发过程里面,还会有这么艰苦的条件?

赵彦杰: 有的时候,像我们飞机掉到山谷里去了,我们很多很年轻的同事,可以说冒着巨大的风险,爬到山谷底下,去把飞机找出来,还是为了得到一些飞行的原始的数据。

赵彦杰他们面对的,是中美之间齿轮式的竞赛,近两年,在固定翼无人机集群飞行方面,首先是2015年美国的50架,接着是赵彦杰他们的67架,仅仅两个月后,美国释放了103架,而不到半年,赵彦杰他们将这一纪录改写为119架。

记者:这几十架的数字增加背后,我不知道这个难度和阻力会有多大?

赵彦杰:这个还是有很大难度的,一个网络的(价值)容量,是跟它的网络里面节点的平方成正比的,你想想看67到119,可以说它的容量翻了接近一倍,二一个就是在67架的时候,我们只是实现了一些简单的飞行,而这一次有针对性,实现了一些典型的动作。

记者:从当时103架,国外的纪录诞生之后,你们自己定的目标是什么样的?

赵彦杰:我们的定位,其实就是超过100架飞机,超过100架之后,就应该去研究一些其他的东西。

记者:从最初你们定了超过100架,到最后试验数据是119架,这个数据是怎么确定,还是随机飞到119架的?

赵彦杰:当时是设定了120架,有1架掉下来了,就是119。

赵彦杰:它肯定有一些小的问题,但是集群有一个特点,比如我一个集群出去了,有一部分飞机失能了,或者被摧毁了,并不太影响我整个集群,实现我的一些任务,这个就是体系生存率高的体现。

现在,赵彦杰的的研发团队已经攻克了无人集群的核心技术。但是,还有很多其他的关键技术有待于攻破,不仅如此,对于无人平台的建设,赵彦杰也希望实现工程化、制定出标准以及尽早实用化,等着他们的,还有许多事情要做。

记者:你们打破了这个纪录,对我们来讲 当然每个国人,都会感到很自豪很骄傲,但是对国外同样的科研人员来讲,他们也会有这样的压力,甚至会提出反超的目标。

赵彦杰:关于中美之间的竞赛也好,超与反超也好,我想这个都不是关键,关键的从最开始的50架到67架,到103架到119架,数量不断提升。

记者:你对自己肯定会有一个设想的目标?

赵彦杰:我想带领我们的团队,成为中国最有名的无人集群的研发团队。

记者:现在距离这个目标还有多远?

赵彦杰:还是有很多距离,我们还有很多路要走。

记者: 很想听到你们最近将来还会有什么样的惊喜给我们?

赵彦杰:我们有规划,未来一到两年需要做的一些事情,但是现在还不方便对外透露。

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从群体智能到多无人机自主控制新


76 系统与控制纵横 2014年第2期 漫谈系统与控制 从群体智能到多无人机自主控制 段海滨 北京航空航天大学飞行器控制一体化技术国家级重点实验室 自然界一直是人类创造力的丰富源泉,人类 有序地随着洋流和食物忽东忽西,整齐划一地行 认识事物的能力来源于与自然界的相互作用之 进;而当鱼群遇到攻击的时候,倏忽聚散,展现 中。自然界中的许多自适应优化现象不断给人以 出十分严密的分工协作;欧椋鸟在迁徙过程中往 启示:生物体和自然生态系统可通过自身的演化 往会聚集成巨大的队形,有时甚至会包含上百万 就使许多在人类看起来高度复杂的问题最终得到 只鸟,庞大的鸟群集体翱翔,在空中形成动态激 完美的解决。本文首先介绍自然界中典型的群 荡又迷幻的场景。在微观上,细菌等微生物以及 体行为,包括群居性的昆虫(蚂蚁、蜜蜂)、 人类的黑色素细胞也会进行群集运动。总之,无 鸟、鱼以及细菌。自然界中广泛存在着协调有 论是在生命体,还是在非生命体的世界中,都广 序的大规模群体运动行为,为群体智能(Swarm 泛存在着类似的大规模群体运动场景,这些由大 Intelligence, SI)的产生与发展提供了丰富的思 量相互联系的、不断运动的个体组成的系统表现 想源泉。然后,介绍了群体智能的基本概念、特 出了丰富多彩的群集行为。 征以及目前存在的两个主要研究领域。接着, 1、 蚂蚁 从生物群体谈到了多无人机(Unmanned Aerial 蚂蚁是一种既渺小而又平常的社会性昆虫。 Vehicles, UAVs)的自主控制,分析了无人机自主 尽管蚂蚁个体比较简单,但整个蚂蚁群体却表现 控制的基本内涵和自主能力等级划分,阐述了群 为一个高度机构化的社会组织,在许多情况下能 体智能与多无人机自主控制之间的映射关系。最 完成远远超过蚂蚁个体能力的复杂任务[2, 3] 。自然 后,简要介绍了国内外多无人机自主控制方面的 界中的蚂蚁在环境中释放出一种化学刺激物—— 代表性进展。 信息素。通过信息素的作用,蚁群能够找到食物 源和巢穴之间的最短路径。蚂蚁不仅可以检测出 一、自然界中典型的群体行为 信息素的含量,而且可以根据信息素的浓度确定 自然界中的个体聚集时往往能够形成协调、 其前进的方向。信息素随时间的推移逐渐挥发, 有序,甚至令人感到震撼的运动场景 [1] 。比如在 蚂蚁走过的路径上信息素浓度会不断得到加强, 宏观上,天体(恒星、行星、星云等)之间的聚 进而促使更多蚂蚁选择该路径。大量的蚂蚁个体 集形成星系的运动,大气层中的水汽聚集形成大 通过这种简单的信息交流,实现了正反馈的信息 气运动。在生物界,水中成群游动的鱼,纷乱而 学习机制,因而能够快速找到从食物源到巢穴的 2014 No.2 All About Systems and Control 77 图1 蚂蚁群体 图2 蜜蜂群体 图3 鸟群 78 系统与控制纵横 2014年第2期 最短路径(如图1所示)。 2、 蜜蜂 生物学家K. Frisch教授发现,虽然自然界中 各社会阶层的蜜蜂只能完成单一的任务,但是 蜜蜂通过摇摆舞、气味等多种信息交流方式,使 得整个蜂群总是能很自如地发现优良蜜源(或花 粉),实现自组织行为 [4] ,K. Frisch教授

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