集群智能诱导涌现方法在航空集群C2中的应用研究

The command and control(C2) of an aviation aircraft swarm is an imperative problem that needs to be solved. In the light of the similarity between aircraft swarms and biological swarms, this proposal will introduce biological swarm intelligence into the command and control of an aiviation aircraft swarm system, so as to explore new command and control methods. On the basis of an in-depth investigation into the mechanism of swarm intelligence emergence, we will focus on the relationships between swarm intelligence emergence and local rules, rule-involution degree. The quantitative description of swarm intelligence emergence from quantitative change to qualitative change will be presented. The induction control method of swarm intelligence will be proposed to find the key to the swarm intelligence emergence control. By comprehensively considering typical behavior modes, information transfer and decision modes of aircraft swarms, we will focus on the application of swarm intelligence emergence control methods to the command and control of aircraft swarm systems. To this end, control methods and strategies of command and control of aircraft swarms will be finally presented. Basic problems, such as stability and convergence of the swarm system control methods, will also be analyzed. The work of this project will provide necessary theoretical foundations for military applications of aircraft swarms and will further improve the swarm intelligence theory to provide technical supports for large-scale complicated system control. This is of significant military meanings and engineering technical application values.

飞行器集群的指挥控制问题是大规模航空作战的一个亟待解决的重要问题，鉴于航空飞行器集群与生物集群的相似性，拟将生物集群智能引入航空飞行器集群系统指挥控制中，探索航空集群作战指挥控制新方法。在研究生物集群智能涌现机理的基础上，着重探讨集群智能涌现与局部规则、规则参与度之间的关系，突破集群智能涌现从量变到质变的定量描述难题，提出集群智能的诱导控制方法，探寻集群智能涌现控制的关键途径；综合考虑航空飞行器集群典型行为模式、信息传递与决策模式，主要研究集群智能涌现诱导控制方法在航空飞行器集群系统指挥控制中的应用问题，最终提出航空飞行器集群指挥控制方法与策略，并对集群系统控制的稳定性与收敛性等基本问题进行分析。本项目的开展及其预期成果，可为航空飞行器集群的军事应用提供必要理论基础，也将进一步完善集群智能理论，为大规模复杂系统控制问题研究提供技术支撑，具有重要的军事效益及工程技术应用价值。

飞行器集群的指挥控制问题是未来集群作战的一个亟待解决的重要问题。为解决该难题，本项目将生物集群智能引入航空飞行器集群系统指挥控制中。在探究生物集群智能涌现机理的基础上，主要对航空集群典型行为特征抽象、集群自组织结构与信息交感耦合机理、集群智能涌现诱导控制方法以及集群规则参与广度/深度与智能涌现的内在机理进行了研究。针对航空集群典型行为特征抽象研究内容，开展了航空集群反隐探测能力涌现行为、集群无源探测定位能力涌现行为、集群有源-无源协同探测行为演化的机理研究，提取了不同集群规模航空集群反隐探测、无源定位的构型生成与演化规则。针对集群组织结构与通信决策耦合机制研究内容，研究了航空集群交感能力涌现的时序与逻辑、触发与响应的过程控制规则，探索了集群信息感知和传递机制，构建了航空集群局部交感通信模型，设计了局部交感通信控制策略。针对集群智能涌现诱导控制方法研究内容，在集群系统认知模型的基础上，建立了航空集群个体运动模型，提出群内和群外两类运动控制器相结合的避障控制策略，设计了航空集群空间构型生成的控制协议，并基于Lyapunov稳定性理论和LaSalle不变原理证明了系统的稳定性与收敛性，提出了集群自由/固定以及拆分与合并运动控制的方法。针对集群规则参与广度/深度与智能涌现的内在机理研究内容，借鉴生物集群智能理论，建立了航空集群运动的控制器模型，提出了一种基于运动规则的运动控制方法；在考虑时间约束与工程实现的条件下，建立了航空器的基本运动模型，并在此基础上提出了一种基于交互多模型的航空器运动控制方法。基于四旋翼无人机平台和双数据链、双地面站冗余设计，搭建了分布式控制的航空集群运动控制演示验证系统。本项目的研究成果可应用于大规模航空飞行器群、大规模水中航行器群、大规模机器人群及其他大规模自治个体组成的人工系统的指挥控制，具有重要的军事效益及工程技术应用价值。