5 月 31 日消息，西北工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院、西安電子科技大學(xué)的科研人員開發(fā)出了一種新算法，有望從根本上改變無人機(jī)蜂群搜索和摧毀敵方目標(biāo)的方式。
該算法名為 HG-STR（異構(gòu)圖時(shí)空推理），據(jù)稱能讓固定翼無人機(jī)機(jī)群在通信被干擾、視野受阻的情況下，自主搜索廣闊戰(zhàn)場(chǎng)并消滅每一個(gè)敵方目標(biāo)。相關(guān)成果已經(jīng)發(fā)布在中國(guó)期刊《航空學(xué)報(bào)》上。
仿真實(shí)驗(yàn)表明，相比傳統(tǒng)規(guī)則算法任務(wù)完成率提升了 37.14%；相比全局優(yōu)化算法，單步?jīng)Q策耗時(shí)從秒級(jí)降低至毫秒級(jí)；且在通信半徑極度受限的弱連通條件下仍能保持 94% 的任務(wù)成功率。
該算法在模擬測(cè)試任務(wù)中實(shí)現(xiàn)了了 96% 的成功率、100% 的目標(biāo)殺傷率，并且運(yùn)行速度足以跟上現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的節(jié)奏。這是已知首個(gè)能夠達(dá)到 100% 殺傷率且保持足夠響應(yīng)速度的算法。
傳統(tǒng)算法將友軍、敵軍、地形等信息都視為同一類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。西安西北工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院副教授張棟帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)指出，這種方式會(huì)造成混亂。他們的新方法構(gòu)建了一個(gè)“異構(gòu)圖”，其中每個(gè)對(duì)象都被賦予其真實(shí)含義的標(biāo)簽：友軍無人機(jī)是一種節(jié)點(diǎn)，搜索區(qū)域是另一種節(jié)點(diǎn)，敵方目標(biāo)則是完全不同的第三種節(jié)點(diǎn)。該算法能學(xué)會(huì)關(guān)注正確的連接關(guān)系 —— 當(dāng)一架無人機(jī)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時(shí)，該信息會(huì)被當(dāng)作高優(yōu)先級(jí)威脅；當(dāng)附近有隊(duì)友時(shí)，則被視為協(xié)作機(jī)會(huì)。張東和同事們表示，這使得蜂群能夠瞬間理解該幫助誰(shuí)、該獵殺誰(shuí)。
傳統(tǒng)的基于規(guī)則的系統(tǒng)（如同預(yù)先編寫的腳本）在敵人不按腳本出牌時(shí)會(huì)失效。而大多數(shù)現(xiàn)有的優(yōu)化方法（如下棋計(jì)算機(jī)計(jì)算每一步）則速度太慢。
張棟在論文中寫道，在激戰(zhàn)中，這些方法需要數(shù)秒才能做出決策，“而在這段時(shí)間里，一架無人機(jī)可以盲目飛行近 600 米 —— 在激烈的電磁對(duì)抗中，這是致命的延遲”。相比之下，HG-STR 算法做出決策僅需 6.6 毫秒，較舊方法實(shí)現(xiàn)了巨大飛躍。
在模擬實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)直面戰(zhàn)場(chǎng)的混亂環(huán)境。敵方干擾可能切斷通信鏈路，使無人機(jī)陷入孤立，而無人機(jī)自身的傳感器只能看到一小片地面。為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，團(tuán)隊(duì)首先為每架無人機(jī)配備了“記憶”：當(dāng)一架無人機(jī)與隊(duì)友失聯(lián)時(shí)，它會(huì)依靠一個(gè)特殊的記憶模塊（門控循環(huán)單元）來記住友軍最后的位置以及敵人最后出現(xiàn)的位置。其次，他們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)分層決策機(jī)制：無人機(jī)首先決定目標(biāo)是“搜索還是打擊”，然后選擇具體目標(biāo)，最后決定使用多少?gòu)椝帯Ｍㄟ^將問題分層分解，無人機(jī)避免了試圖同時(shí)處理所有事情而導(dǎo)致的混亂。
在團(tuán)隊(duì)的模擬實(shí)驗(yàn)中，即使通信半徑受到嚴(yán)重限制，該算法仍然實(shí)現(xiàn)了對(duì)敵方目標(biāo)的 100% 消滅率，包括那些隱藏在視線之外的目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)還表明，該算法可以在一個(gè)小場(chǎng)景中完成訓(xùn)練，然后即時(shí)部署到一個(gè)更大的場(chǎng)景中，無需重新訓(xùn)練即可應(yīng)對(duì)更多的無人機(jī)和更多的目標(biāo)。
評(píng)審專家表示，目前大多數(shù)無人機(jī)操作仍由人類飛行員遠(yuǎn)程控制。“這項(xiàng)技術(shù)預(yù)示著這樣一個(gè)未來：蜂群無人機(jī)可以被派往高風(fēng)險(xiǎn)、受干擾的環(huán)境，在斷絕與人類指揮的聯(lián)系后，帶著一條最終指令執(zhí)行任務(wù)：找到并消滅所有目標(biāo)。”
展望未來，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將該算法從實(shí)驗(yàn)室?guī)У浆F(xiàn)實(shí)世界。他們希望使其更加穩(wěn)健，不僅能夠應(yīng)對(duì)通信中斷，還能處理消息延遲和數(shù)據(jù)損壞。
科研人員在論文中寫道：“未來的工作將聚焦于探索該算法在計(jì)算能力有限的嵌入式機(jī)載平臺(tái)上的輕量化部署和實(shí)飛驗(yàn)證。”
