分布式编队态势感知模型研究

1.1 分布式编队态势感知模型研究

1.1.1 无人机编队协同感知问题描述

可以预见的未来作战方式会往无人机集群方向发展，其作战的关键一环便是集群态势感知(SA, Situation Awareness)。群体间的协同感知是集群控制和决策的基础。常见的态势感知模型有situated SA、Endsley三级模型、分布式态势感知(DSA, Distributed Situation Awareness)、团体态势感知等[42]。本节在理解这些模型的基础上提出了同型无人机编队协同SA模型和异型无人机编队协同SA模型。

Endsley三级模型可以简单概括为：感知、理解与预测，第一步通过传感器去感知周围的环境，第二步根据已经感知到的信息去理解环境，第三步根据对环境的理解结合一些潜在的变数去预测未来的环境。DSA利用图论知识从全局的角度去研究个体，整体中的元素有：独特SA、相容SA和共享SA。相容SA是指成员按照不同的方式去获取态势和理解态势，共享SA是指成员以相同的方式去获取和理解态势。

1.1.2 同型无人机编队协同SA模型

同型无人机编队协同SA模型是指编队内各个无人机携带相同的传感器(如摄像头)并且以相同的算法去处理传感器获取的数据，在此基础上去完成同一个任务。同型无人机编队的协同SA模型如图2.12。以无人机编队协同目标检测举例说明，在图2.12中，若各无人机扩展传感器模块均选用摄像头，并用同样的深度学习算法去处理接收的图像信息，则视觉感知即为图中的共享SA。图像信息可以通过通信交互以实现信息传递。编队整体可以获取到多角度，多方位的图像信息，以便做出更准确更全面的决策。

个体成员SA元素节点1节点3共享SA元素节点2

图2.12 同型无人机编队协同SA模型

1.1.3 异型无人机编队协同SA模型

异型无人机编队协同SA模型是指不同类型甚至不同种类的无人机去完成某一相同的任务。如固定翼与多旋翼混合编队、编队内各无人机携带的感知传感器不同或者编队内各无人机承担的角色不同等。图2.13为异型无人机编队协同SA模型图。异型无人机编队协同SA模型可以由多个不同的同型无人机编队协同SA模型构成。共享SA不仅仅是数据的共享，还包括对其他节点感知的理解以及态势预测的交互。该模型类似DSA模型，个体间行为多元，感知信息不尽相同，但最终目标任务一致。这种SA模型更能适应一些灵活多变的任务场景。

个体成员SA元素共享SA元素相容SAA中元素B中元素节点1节点2节点3集合A集合B

图2.13 异型无人机编队协同SA模型图