【陈杰院士,辛斌】有人/无人系统自主协同的关键科学问题
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摘要
- 有人/无人系统的自主协同是一项可能对未来战争模式产生颠覆性变革的重要技术.
- 本文分别从系统、决策、控制与安全 4 个层面分析了有人/无人系统自主协同研究面临的各种挑战和重要科学问题.
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关键词
- 有人/无人系统, 自主协同, 分布式优化, 分布式控制
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差异性****
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有人/无人自主协同是指有人系统与无人系统之间在组织、决策、规划、控制、感知等方面
- 既各自进行独立的计算、存储、处理,
- 又通过自发且平等的交互共融,达成共同目标的群体行为,
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与单纯的无人系统相比,
- 在有人/无人自主协同系统中,人类智能与机器智能的平行交互与融合有利于实现有人系统与无人系统的双向互补,使系统在执行复杂任务时能够更好地适应人类目标导向而产生更优的性能
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两类差异
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行为差异性.
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人/机智能的差异性直接导致两类系统的行为差异性.
- 无人系统因无人化而便于实现灵活的设计,容易实现功能的多样化,
- 尤其适合执行繁琐、危险的任务,
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性能上的差异,
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另外,为适应人类特点而设计的有人系统
- 在结构上与具有同等功能的无人系统也往往存在显著的差异,
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从而进一步导致两类系统在性能上的差异,
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两类系统在智能与行为、功能与性能上的差异性
- 是有人/无人自主协同产生双向互补性的重要基础.
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分阶段
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无人装备已成为我军陆用武器发展的重要方向,已应用于反恐、维稳、排爆、侦察,随着无人化装备投入使用,
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在体系对抗的现代战争中,逐渐形成了有人/无人共同作战的模式,
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有人/无人系统协同技术大致分为【】3个阶段
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有人/无人遥控、
- 在有人/无人遥控模式下,无人平台没有自主性,决策与行为完全依靠有人平台.
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有人/无人半自主协同、
- 在有人/无人半自主协同模式下,无人平台自主完成行为操作,有人平台完成复杂决策操作,
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有人/无人自主协同
- 在高级的有人/无人自主协同模式下,有人/无人平台功能对等,协同关系自发形成且强度动态可调.
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分布式智能优化与控制
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有人/无人系统的自主协同对分布式智能优化与控制提出了迫切需求,主要体现在4个方面:,
- (1)动态、抗毁、自组织的有人/无人控制系统架构;
- (2)实时、高效、团队化的有人/无人协调指挥决策;
- (3)稳定、一致、高精度的有人/无人合作行为控制;
- (4)安全、容错、抗攻击的有人/无人协同控制系统.
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研究挑战
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对应于上述需求,主要的研究挑战表现在:
- (1)大规模异构节点与有人/无人系统自主协同的高动态、自组织之间的矛盾;
- (2)有人/无人系统自主协同的局部信息获取与全局最优决策之间的矛盾;
- (3)人/机智能深度融合与分布式自治系统稳定性之间的矛盾;
- (4)分布式系统结构的灵活性与系统控制的安全性之间的矛盾.
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科学问题
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上述研究挑战蕴含了有人/无人自主协同的4个层面的科学问题:
- (1)系统层面:有人/无人自主协同的组织架构和协同模式;
- (2)决策层面:有人/无人自主协同的任务分配与行为规划;
- (3)控制层面:有人/无人自主协同的合作行为控制;
- (4)安全层面:有人/无人自主协同的安全指挥控制,
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这4个层面之间的逻辑关系如图1所示,
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系统层面
- 通过体系架构的限定作用对决策和控制形成了约束
- ,同时对信息安全层面的问题具有诱导作用;
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安全层面
- 对整个系统的信息安全具有支撑作用,
- 对决策与控制过程形成信息保护;
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决策层面
- 对控制层面具有引导作用,
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控制层面
- 主要是对决策的实现,同时对决策层面也具有一定的约束作用.
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这4个层面之间的逻辑关系如图1所示,
