摘要
随着无人机技术的发展，无人机在军事上的应用越发广泛。相较于单无人机作战，无人机协同作战能结合各作战平台的优势，显著提高作战能力。如何协调无人机与其他作战平台实现协同作战，提高作战能力；以及如何合理地显示协同作战的态势，增强指挥官对协同战场态势的理解成为当前的研究热点。 然而，现有的无人机协同作战模式单一，对于在实际环境下的协同作战研究很少。为充分结合各平台优势，提高协同作战能力以及增强指挥官对战场态势的理解，本文以无人机协同侦察和协同打击为具体应用场景，开展了以下几方面的研究： (1)构建协同作战及态势可视化研究所需的战场环境。首先，创建山地三维地形，创建三维地物作为战场环境的补充元素。然后，创建无人机、导弹等模型作为协同作战的主体。最后，使用三维视景仿真软件渲染上述三维模型，实现作战环境的构建。 (2)研究无人机协同侦察。针对无人机侦察问题，提出一种无人机分区协同侦察方案。具体而言，首先建立机载传感器侦察视场及目标区域的模型；其次，结合上述模型实现传感器在三维场景中侦察目标的功能；再次，将无人机侦察问题转化为覆盖路径规划问题，使用改进的螺旋侦察航路规划和来回侦察航路规划算法用于侦察。最后，用等面积分解方法把目标区域分解为多个子区域，各无人机按在各子区域中规划的航路进行侦察，实现对目标区域的协同侦察。测试结果表明，本章提出的协同侦察方案能对目标区域进行较为彻底地侦察，相较于单无人机，能够显著降低侦察时间。 (3)研究无人机协同打击。首先设计目标打击次序决策方案：用k均值聚类把目标分类，通过匈牙利算法把目标群分配给无人机/无人车，使用遗传算法规划对目标群内目标的打击次序，能够有效规划对目标的打击次序。然后提出使用杜宾斯曲线实现打击过程中在不同打击航路间的切换及躲避突发威胁区，能够提高打击灵活性和生存能力。最后介绍了无人机-导弹、无人机-无人车协同打击策略，以及相关作战单元打击功能的实现。 (4)研究战场态势可视化。针对协同战场态势显示问题，设计了二三维联动态势可视化方案。利用VP通道实现了二三维联动地图，设计并实现了二三维符号和兵力分布图。实现了作战单元轨迹、威胁与感兴趣区域的二三维可视化。使用VP特效模块实现了毁伤、导弹尾烟和武器开火等作战特效。实现了传感器侦察和跟踪视场的三维可视化。设计了传感器图像的自动选择与多通道多窗口显示模式和战场态势信息表。通过以上二维、三维态势元素在二三维地图中的联动显示，可以多层次、多视角、全方位显示战场态势。 (5)设计并实现无人机协同作战及态势可视化演示系统。首先介绍多通道、多视场及二三维联动显示技术；然后介绍软件的整体框架及各模块的功能；最后对该演示系统的运行进行详细的说明，通过多通道、多视角、多层次地的方式展现本文实现的无人机协同作战的过程及对应态势，提高了无人机协同作战能力，能有效帮助指挥员掌握协同战场的态势。
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