01大规模无人机应用-“蜂群”

无人机蜂群，其理念和模式源自于对自然界中蜜蜂和蚁群等生物集群行动的仿生，以群体协同来发挥个体不能达到的作业优势。是对具有多种任务载荷的低成本小型无人机基于开放式体系架构进行的综合集成。

无人机蜂群技术是无人机技术、网络通信技术、集群控制技术等新型技术高度融合的产物。蜂群系统通常兼具侦察、通信、干扰、防御、打击等多种功能，而通过携载数据链通信模块构成的蜂群自组网是机间协同作业的基础及前提，它使节点间的交互反馈、激励响应成为现实。

02无人机蜂群特点

无人蜂群系统包含了丰富的异构主体，其个体分散性较强，每架无人机通过携载不同的感知、通信以及作业设备实现不同的功能，执行任务时可以根据具体需要进行专业化分工，实现快速部署和编配。

蜂群无人机因其无人驾驶、体积小、声光红外特征弱、灵活机动、可高饱和度投放、多方位分散作业等特点，可以在无人身风险、被识别和阻击相对困难的情况下精准地完成作业任务。在成本上，构成蜂群的无人机大多是微型或小型的，其批量生产、使用、战损成本都相对较低，却能消耗对方高价值的反蜂群装备，所以自身价值与毁伤效能之间存在很高的效费比，因而经济优势和作业优势都比较明显。

03无人机蜂群宽带自组网通信系统特点【广覆盖】多个无人机节点组网可形成大规模通信网络，实现对大范围作业区域的监测感知，提升作业效率。【自中继】每架无人机既可以发送和接收任务数据，又可以作为路由节点为其他节点转发数据。这种通过中继进行网络扩展的多跳传输模式，可解决视距盲区内的通信需求，提升对复杂环境的覆盖能力。【大带宽】无线宽带自组网支持遥测遥控、机间协同信息等大数据流传输。【低延时】OFDM 调制方式相比传统调制方式有着更高的频谱利用率，而且MIMO技术的分集增益也能够有效地提升信道容量，因此宽带自组网能够提供更大的数据通道和更短的传输延时。【强自愈】无中心、自组织，节点进退自由。单个机体宕机不影响整个蜂群通信——信息会通过备用路径自动路由至目标节点；指挥中心断，小群内亦可通信。整个系统稳定可靠、抗毁性强。【自适应】动态网络拓扑具有很大的灵活性，可通过对网络环境的感知，自动配置或重构路由，避免网络拥塞，实现最佳的链路传输。

基于以上特点，大规模以及超大规模无人机蜂群组网通信将成为未来无人机应用演进的一个重要方向。

04无人机蜂群组网架构体系及案例

在实际应用中，蜂群架构灵活多变，应用场景复杂且案例丰富。以下以几个典型架构为例进行介绍：

1、一级蜂群架构

以32节点组网为例：

场景：1个地面站对应31架无人机，使用双发0.5w设备

优势：低延迟；最大支持5跳；支持6Mbps宽带数据；传输距离30KM；

拓展：可以根据减小传输码流，提高传输距离，最大传输距离为50KM；

该场景属于移动自组网网络中的平面结构，此结构中所有无人机节点都处于同一个层次，任意要通信的两个节点间存在多跳通信链路,需通过路由算法完成节点间通信。该方法的优势是：结构简单，能够将业务量平均分配到各个路径实现负载均衡，但是平面网络结构容易受到通信范围和网络规模及环境的影响，通常适用于规模较小，拓扑结构相对简单的网络中。

2、二级蜂群架构

以54节点组网为例：

场景：共分3组频点，每组18个。地面端采用10W,飞机端采用3W设备。

优势：低延迟;支持3跳，3跳最远传输300KM，单跳传输80KM。3组频段共支持3路视频转发。

拓展：实际应用中，也可支持地面站设置1组频点对应天空端50个及以上节点通信。

3、三级蜂群架构

三级蜂群架构

分级结构是相对于平面结构的一种升级与扩增。它将网络中所有节点划分为簇，每个簇网络包含一个网络管理员（簇首）和若干个成员节点，簇首负责该簇子网络的拓扑维护和资源管理，成员节点负责数据传输等基础业务。相对平面结构来说，分级结构支持更大规模的网络节点，易于维护更为复杂的动态拓扑。

4、天地异构组网应用方案

以卫通为代表的天基系统，以无人飞行器为代表的空基系统，以及海陆5G/4G、自组网等综合构成的地基通信系统，在应用场景和协议架构方面存在较大差异，不利于资源共享和综合利用。天地异构组网通过将不同空间层次、不同功能、不同体制的通信系统，通过组网链路，跨越多个异构主体实现统一的数据承载，完成系统之间的高效互联、资源共享和协同作业。这种大范围、多元化的复杂异构对于物理层无线连接，网络资源管理、分配以及服务编排都提出了更高的要求和挑战。05无人机蜂群发展简史2010

2010年以后，随着无人机井喷时代的到来，无人机小型蜂群模式开始进入探索和试验阶段，但这一时期的发射和应用技术尚不成熟。

2014

美国国防部高级研究计划局开始实施拒止环境中的协同作战项目，真正成型的无人机“蜂群”技术概念开始出现于此。

2015

美国完成了50架蜂群无人机的测试。

2016

中国以67架固定翼无人机编队打破记录。

2017

2017年1月，美国测试103架空投无人机编队；

7月，中国电科集团电科院完成119架小型固定翼无人机集群测试；11月完成200架固定翼无人机蜂群测试。

2020

中国电科集团电科院公布了“陆空协同固定翼无人机‘蜂群’系统”的演示视频，预示着中国实用化蜂群技术在节点规模、编队控制、通信协同、实战作业等方面的进一步成熟。

2022

由中国兵器装备集团研制的“轻型高机动车载蜂群武器系统”在第十四届中国航展（珠海）亮相；与此同时，我国首个“反无人机体系”由航天科工集团在珠海航展首次推出......

自此，我国蜂群技术与针对性的蜂群防御技术都在无人机发展史上跃上新的台阶。

06我司蜂群自组网通信技术进展

已具备成熟规模化商用能力

我司蜂群自组网技术采用先进空口波形、组网协议及抗干扰技术研发，基于可靠演进路径，现已进入50+节点成熟规模化商用阶段，并已交付多行业客户投入使用。同时，已突破100+节点的关键技术预研，未来将持续实现更大规模、更高性能的蜂群组网技术应用。

51节点两跳组网拓扑

常用组网模块：

07挑战与发展

前面我们分析了蜂群的优势特点，确认了其在未来发展演进的实用性及必要性。但作为一种庞杂的智能化系统，它也存在一定的技术壁垒和使用边界。以客观的、发展的角度去看待，才能更好地应用其去解决问题。

1、抗干扰    

蜂群组网依赖于无线电通信，磁场干扰、GPS导航干扰、破坏通信链路等方式都会对其内部通信、飞行定位及任务执行产生阻碍，严重时甚至造成系统损毁等。

更有甚者，破译加密信号获得无人机的控制权也是一种可能的方式——不过这种方式更为复杂、耗时且成功率不高，因为无线通信通常都配置有较高的保密级别。

当然作为应击，蜂群自身通常也携带电子干扰设备，对敌方的雷达、反蜂群武器等进行电磁干扰和压制。在双方的抗衡中，如何规避风险性的自扰和互扰，提升自身的系统可靠性，将是蜂群应用需要重视和改进的问题。另外，中国目前已具备机载信号基站升空的能力，这对于反敌方干扰、提升通信能力也是一道强有力的屏障。

2、反蜂群技术

因矛生盾，随着蜂群技术的发展，电子干扰型、激光杀伤型、高功率微波武器、便携式防空导弹等各种反蜂群设备也随之应用而生。但基于前面所述蜂群的诸多特性，各种反制手段在搜索、追踪、锁定打击等方面也面临着很高的技术考验和成本难题。另外，蜂群作业一般是隐蔽突袭，对方的预警、部署和反击也需要一个反应过程，在这个过程中蜂群如果能实现有效的突破也是血赚的。

3、通信性能

不同于有人机作业，无人机蜂群作业受制于遥控通信，数据链传输信道容量终归有限，且或多或少存在延时。在任务指令发送密集、时效性要求极高的应用场景中，如何最大化提升信道容量，实现即时通信，降低传输损耗，完成高效的节点反馈和任务执行，将是该应用领域需要长期探索和优化的课题。

同时，大规模、高密度蜂群组网作业，容易面临频谱拥挤问题。如何充分利用有限的频谱资源快速建立高可靠、低时延的通信链路以匹配不同业务的应用需求，并有效完成密集节点的动态拓扑维护是无人蜂群网络需重点考虑的地方。

4、战损能力

蜂群无人机需要在结构、体积、重量、功耗、载荷等之间寻找最佳的平衡，才有助于以更合理的成本实现更快的速度，更安全的高度，更强的机动性、战斗力、生存率和智能化水平。所以，不能盲目期待优势诸多的蜂群还要具备毁天灭地的杀伤力和无所不能的应用域。只有认清其强弱特性，做好与有人机及其他系统的合理配合，才能最大化发挥其优势。

08应用领域

无人机蜂群目前最主要的应用场景还是蜂群作战。

无人机蜂群作战系统示意图来源：中国军事博物馆

无人机蜂群作为一种新型作战形式，已经进入实战应用领域。蜂群集渗透侦察、诱骗干扰、精准袭击、集群攻击等特点于一身，是未来作战的重要发展方向。随着技术的发展，无人机蜂群与有人机的协同配合，可以帮助后者搜集情报、确定目标、吸引火力、干扰防空等，将有助于完善作战系统，在降低人员伤亡的情况下大幅度提升作战能力。

蜂群之间的通信和协同作业是一个非常复杂的工程，它将与其对抗技术在磨合中彼此消长，日趋强盛，蹚出最适合的发展和应用之路，并逐步在各无人机作业领域发挥更重要的作用。(文章来源于亚洲工业 ，作者CiCi)