隨著無人機性能水平提高，無人機在民用類和軍事類活動中的使用越來越廣泛。由于無人機飛行環(huán)境和任務(wù)難度不同，單架無人機因為自身動力和負荷能力很難獨自完成任務(wù)，無人機集群協(xié)同作業(yè)則是當前科技現(xiàn)代化的任務(wù)要求。集群協(xié)作有效提高整體工作效能，實現(xiàn)單體性能到群體性能的提升，進而實現(xiàn)群體智能。

一、國內(nèi)外對群體智能技術(shù)的研究現(xiàn)狀

國外對群體智能技術(shù)的研究側(cè)重于整體性研究，主要針對集群結(jié)構(gòu)框架、控制與優(yōu)化技術(shù)、任務(wù)管理與協(xié)同等開展研究工作。如美國國防部高級研究計劃局主導(dǎo)的自主編隊混合控制項目(MICA)，對協(xié)同任務(wù)分配、協(xié)同路徑規(guī)劃、混合主動與自主編隊控制、協(xié)同跟蹤、信息共享等有關(guān)無人機集群的技術(shù)進行了全面的研究。

國內(nèi)對無人機系統(tǒng)的協(xié)同感知與信息共享、路徑實時規(guī)劃、自主編隊與編隊重構(gòu)、智能協(xié)同決策等研究較為深入。集群中融合了視覺技術(shù)、UWB 技術(shù)、激光雷達技術(shù)及 GPS RTK 技術(shù)等，在理論仿真與實機驗證方面均有所突破。中國電子科技集團、浙江大學已經(jīng)開展了集群飛行的實踐研究，且不完全依賴地面站。如近期來自浙江大學湖州研究院的論文《Swarm of micro flying robots in the wild》登上了《Science Robotics 》的封面，其無人機集群穿越竹林的視頻更是引起廣泛地關(guān)注，其設(shè)計的無人機也是集UWB、雙目視覺等技術(shù)與一身。

浙江大學空中機器人

二、群體智能在協(xié)同定位技術(shù)上存在的問題

然而，面對群體智能的實際應(yīng)用，群體智能技術(shù)的未來發(fā)展還要解決研發(fā)過程中的技術(shù)挑戰(zhàn)問題，主要體現(xiàn)在集群的自主性、協(xié)同性和算法智能性等方面。對于集群技術(shù)而言，智能單體間的信息共享是集群技術(shù)至關(guān)重要的一環(huán)。充分利用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點資源實現(xiàn)信息共享的集群協(xié)同技術(shù)能夠優(yōu)化系統(tǒng)性能，尤其適用于無中心的無線通信網(wǎng)絡(luò)。自主性與協(xié)同性是群體智能的基礎(chǔ)，在單體自主已經(jīng)得到飛速發(fā)展的情況下，群體自主與協(xié)同成為群體智能發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。

而無論是自主性還是協(xié)同性，協(xié)同定位技術(shù)作為一項集群的基礎(chǔ)服務(wù)技術(shù)都是不可忽視的關(guān)鍵技術(shù)之一，面對未來群體智能的趨勢需求，目前的群體智能在協(xié)同定位技術(shù)上主要還存在如下兩個方面的問題：

問題一：

面向?qū)崙?zhàn)的群體智能協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)的研究并不多見，尤其是 GPS/北斗拒止條件下，如何不依賴基礎(chǔ)設(shè)施進行位置協(xié)同尚待研究。

問題二：

集群尚未真正群體智能化，以地面站作為主控的方式進行多機協(xié)同，本質(zhì)上還沒有脫離對傳統(tǒng)集群技術(shù)的依賴，去中心化群體智能協(xié)作技術(shù)還有待進一步研究。

上述問題是群體智能協(xié)同技術(shù)的關(guān)鍵問題，從技術(shù)的角度看，群體自主與協(xié)同需要單體間具有良好的自主感知能力，減小對集中調(diào)度的依賴。而實現(xiàn)高精度的位置協(xié)同是群體智能協(xié)同的基礎(chǔ)，群體智能中的智能單體需要通過視覺、通信、激光雷達等技術(shù)手段實現(xiàn)自定位功能，具有障礙感知能力和決策能力來規(guī)避碰撞，最大限度地實現(xiàn)單體運動位置的自主決策。

三、基于UWB定位技術(shù)的無人機集群協(xié)同

針對以上問題，飛思實驗室從集群協(xié)同平臺實現(xiàn)的角度，基于UWB定位技術(shù)，進行集群協(xié)同平臺設(shè)計，提出分布式方案以解決集群協(xié)同問題。目的在于使用UWB技術(shù)搭建集群協(xié)作平臺，更利于用戶探究實現(xiàn)群體智能的新方法，完善群體智能理論，擴展群體智能的應(yīng)用范圍。

UWB定位系統(tǒng)下集群編隊系統(tǒng)主要應(yīng)用于室內(nèi)與室外快速搭建可移動的多智能體集群技術(shù)驗證，具有快速搭建、移動便捷、飛行方便，測試成本低，測試效率高等優(yōu)點。同時可進行虛擬結(jié)合仿真，快速實現(xiàn)大范圍、復(fù)雜環(huán)境智能體集群技術(shù)驗證。

基于UWB集群實驗平臺架構(gòu)圖

該系統(tǒng)在室內(nèi)或者室外空間合理布置并安裝UWB基站(Anchor)，構(gòu)成無人飛行器的飛行定位坐標空間，完成基準坐標系的建立，同時該基準坐標系還支持與當?shù)刈鴺讼抵g進行相互轉(zhuǎn)換;與此同時無人飛行器上也搭載了UWB定位標簽(Tag)，通過與固定安裝在室內(nèi)空間中的UWB基站進行通信，即可實現(xiàn)無人飛行器自身的定位。

基于UWB無人機集群實機驗證

系統(tǒng)配備分布式控制地面站，具有無人機狀態(tài)顯示，無人機集群控制等各功能。可在線發(fā)送任務(wù)指令，具備：①飛機控制、②算法切換、③飛機數(shù)據(jù)展示等功能，支持二次開發(fā)。

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