一个无人机小组可分为若干无人机分队,无人机小组有一个共同的任务,任务以具体目标的形式分解到每个无人机分队。协调指分队间以一定的组织方式完成任务,协同是指分队内的成员间共同实现分配的目标,协作是指某一分队执行其他分队分派的合作性质的工作。
无人机协调编队与单个无人机相比具有以下5个方面的优势:①可改善编队中无人机的气动性能,减少飞行阻力节省燃油,有效增加机群的续航时间;②可迷惑敌方防空系统,从而出其不意地达到预期的作战目的;③具有更宽广的搜索和观察范围,可按统一的时间进度在各个空间区域获取信息,从而达到时间与空间的高度一致;④可从不同角度对同一目标进行全方位打击,提高杀伤力和命中率;⑤通过调整侦察设备在无人机上的工作角度,可在较短时间内完成对目标全方位立体拍照的任务。
无人机协调编队控制中存在如下4个关键问题。①多无人机协调航路规划。在无人机性能、燃油量、武器装备性能以及自然地理环境等条件已知的情况下,考虑编队飞行的队形保持、避免碰撞和安全飞行等各种约束条件,计算并选择最优或次优的飞行航路,尽可能地提升协调编队作战的优势。②无人机编队构型设计。合理的队形设计,可使处于前一架无人机翼尖涡流场中的无人机减少能量消耗,提高飞行安全性。③无人机编队保持控制。在编队飞行过程中,通过有效的编队飞行控制,保持无人机间相对位置不变。④无人机编队重构控制。无人机群以高效飞行为前提,在一定的时域和空域上求出一组控制输入,从而驱动各无人机达到期望状态,构成新的队形。
按编队构型的不同,无人机协调编队控制可分为固定编队控制和群集编队控制。其中固定编队控制,按机间距离的不同,可分为松散编队控制和紧密编队控制。按控制策略的不同,无人机协调编队控制可分为“长机-僚机”方式的编队控制、基于一致性理论方式的编队控制和基于行为方式的编队控制等。“长机-僚机”方式的编队控制是基于预设的编队构型,通过对长机的航向速度、航向角和高度的跟踪进行僚机的状态调整,以达到保持编队队形的目的的编队控制。基于一致性理论方式的编队控制是无人机通过共享信息,在一定的控制协议作用下,状态最终达到一致,从而形成编队并保持的编队控制。基于行为方式的编队控制是一种借助权重确定当前所采用的响应方式的编队控制。处于基于行为方式的编队控制中的每架无人机,其传感器输入信息的行为响应可能有如下4种情况:碰撞避免、障碍物回避、目标获取和队形保持。
2004年美国空军利用X-45无人机首次进行了双机编队飞行。2016年,美国海军研究生院与佐治亚理工学院联合进行了30架小型无人机的连续发射与编组飞行试验。无人机协调编队控制技术尚不成熟,在态势感知、通信链路、编队及重构、协调避障、航迹规划等方面还有许多难关需要突破。