【摘 要】为解决无人机集群协同打击问题中需要多少架飞机才能圆满执行任务的问题，文章提出一架无人机打击，其余无人机观察，并适时补打的方法。首先描述了“一打多察”方法的执行过程和打击流程；然后进行了目标位置的估算和无人机视场的估算；在此基础上，根据“打击”无人机导引过程估算的所需要的时间，使用Dubins方法规划其余“观察”无人机的航迹，使用遗传算法优化其观察的航迹，当打击无人机击中目标时，使其余无人机处于可观察目标打击情况的范围内，可根据目标毁伤情况适时补打。仿真试验证明了该方法的可行性。

【关键词】无人机；集群；一打多察；Dubins方法；遗传算法

引言

无人机技术发展迅猛，无人机集群协同作战成为研究热点。在军事及部分民用场景中，对目标进行高效打击至关重要。然而，多无人机协同打击时，存在如何合理分配任务、规划路径以确保有效打击目标的问题，比如不清楚需要多少架无人机能圆满执行任务，且要解决协同侦察后如何协同打击等一系列难题。在此背景下，研究无人机集群协同打击路径规划算法具有重要的现实意义。在本文中，假设无人机集群打击的是无防空能力的固定目标，由于并不知道目标的抗打击能力，因此提出首先让发现目标的无人机打击目标，其余无人机围绕目标点观察打击情况，若目标被击毁，其余无人机继续搜索其他目标或返航，若目标未被击毁，则其余无人机依次继续打击目标，直至击毁。

一、协同问题描述

多无人机协同侦察打击，即针对某区域如何协同侦察，发现目标后如何协同打击的问题。多架无人机在一个矩形区域内搜索目标，区域被分割成若干块，每架无人机负责各自的区域。为简单描述问题，假设该矩形被简单地分割成4个小矩形，五星点即为目标。若一架无人机发现目标，则其他无人机结束搜索，配合该无人机打击目标。

整个过程分成两个阶段：如何协同侦察、如何打击协同目标。本文主要解决如何协同打击目标的问题。符文星等[1]研究了多导弹协同作战的理论和方法，理论基础扎实，学术水平高，但是其研究集中在导弹制导的领域，和无人机的应用有所区别。李晓静等[2]研究了基于固定时间的多导弹协同末制导律，仿真结果证明了其算法的先进性，但是其研究了导弹的末制导律，没有中制导，同样不适用于无人机。郭晓雯等[3]研究了靶机的协同中制导律，没有研究末制导律。李国飞等[4]研究了多群组飞行器的协同制导方法，具有很高的实用价值，但其多主多从的集群分组设计方法不适用于本文所述的设计使命。

二、打击流程

针对协同打击任务中的关键问题，本文系统研究了目标区域划分、覆盖路径规划、目标动态分配及打击流程协同等环节。具体而言，在完成区域合理划分与全覆盖航迹规划的基础上，无人机集群按预设路径执行扫描任务。一旦某架无人机检测到目标，即刻启动以下协同流程：首先对目标进行定位，获得其经纬高三维坐标（假定目标静止）；然后将目标位置和图像特征信息上报并分发；随后由协同打击算法分派负责打击的无人机和负责观察打击效果的无人机。如果一发命中，即完成任务；如果没有命中，协同打击算法计算得出补打的无人机和观察的无人机，往复循环至任务结束。

三、目标位置估计和视场计算

（一）目标位置估计

目标位置的计算是无人机协同路径规划的起点，即集群无人机的目的地为同一个目标点，目标的定位可通过光学载荷获取地面目标图像，通过图像解算目标方位信息。樊邦奎、段连飞等提出通过单架无人机在空间中拍摄序列图片实现目标定位的方法，该方法通过两点或多点交会模型定位目标位置，仅需要一架无人机在不同位置的光学载荷图像即能实现定位，实际的应用也证明了该方法的可靠性。

该方法还建立了误差精度模型，详细分析了其方法定位误差。此外，在实际使用过程中可发现，该方法的定位精度与拍摄序列图像的位置有很大关系——如果两位置距离较远甚至在目标两侧，则精度较高；如果两位置接近，则精度较低。