《無人機集群控制理論與方法》是“無人機系統(tǒng)特征技術系列”叢書之一。該書基于集群OODA回路中的分布式“決策和行動”展開，旨在為讀者建立小型固定翼無人機集群控制的概念體系和知識框架。全書共8章，全面介紹了無人機集群緒論、體系架構(gòu)、組網(wǎng)與通信、集群無人機系統(tǒng)、集群協(xié)同飛行、飛行安全控制、自主決策與規(guī)劃、技術發(fā)展趨勢等內(nèi)容。該書內(nèi)容自成體系，各章內(nèi)容相對完整，基本涵蓋了各關鍵環(huán)節(jié)的問題描述、挑戰(zhàn)、解決方案和試驗驗證，反映了無人機集群控制領域的新發(fā)展和新成果。
《無人機集群控制理論與方法》可供智能自主無人機系統(tǒng)技術領域的研究人員、工程技術人員參考，也可作為高等院校相關專業(yè)的參考書。
無人機集群是指將大量無人機系統(tǒng)在開放體系架構(gòu)下綜合集成，以平臺間協(xié)同控制為基礎，以提升協(xié)同任務能力為目標的分布式系統(tǒng)。一般而言，無人機集群以信息局部交互為特征，通過相鄰無人機之間的交互，實現(xiàn)機群的群體行為，達到全局性協(xié)同目標。通常，無人機集群中的個體能力有限，但群體具有“去中心化”“自主化”和“自治化”三個典型特征。
相比于單架無人機，無人機集群在協(xié)同執(zhí)行任務方面具有諸多優(yōu)勢。比如：無人機集群具有分布并行的感知、計算和執(zhí)行能力，更好的容錯性和魯棒性，更好的包容性和可擴展性；可以提升任務執(zhí)行能力，完成單機不能完成的任務，實現(xiàn)超過單機系統(tǒng)疊加的功能和效率；具有更高的經(jīng)濟可承受性，通過合理的布局和協(xié)同，能夠用分散的低成本無人機集群系統(tǒng)代替成本高昂的單個復雜系統(tǒng)，實現(xiàn)更高的經(jīng)濟效益。
無人機集群協(xié)同執(zhí)行任務已經(jīng)成為無人機系統(tǒng)應用的重要發(fā)展趨勢。在民用領域，無人機集群在智能交通、物流運輸、森林火災監(jiān)測、地質(zhì)災害探測、農(nóng)業(yè)植保、國土資源監(jiān)測、對地觀測和遙感、高速公路管理、小區(qū)環(huán)境監(jiān)測等場景中具備特有的優(yōu)勢。比如：在國土資源監(jiān)測中，無人機集群以協(xié)同模式對區(qū)域?qū)崿F(xiàn)同步監(jiān)控，增加有效覆蓋面積，節(jié)約執(zhí)行任務時間；在軍事領域，無人機集群將帶來作戰(zhàn)模式的顛覆性變革，可廣泛應用于廣域搜索偵查監(jiān)視、邊境巡邏搜救、城市反恐維穩(wěn)等領域，并可衍生新的作戰(zhàn)模式，有望在協(xié)同探測、協(xié)同攻擊、干擾壓制等方面發(fā)揮巨大作用。2016年5月，美國空軍發(fā)布了《小型無人機系統(tǒng)飛行規(guī)劃：2016-2036》，從戰(zhàn)略層面肯定了小型無人機系統(tǒng)的前景和價值，并對集群作戰(zhàn)的概念進行了闡述。
沈林成，1965年10月出生，國防科技大學研究生院院長、教授、博士生導師。長期從事智能無人系統(tǒng)和飛行器任務規(guī)劃等研究工作，是我國無人系統(tǒng)自主控制技術的主要推動者之一，擔任國務院學位委員會第七屆學科評議組成員、中央軍事委員會裝備發(fā)展部（以下簡稱“軍委裝備發(fā)展部”）無人系統(tǒng)技術預研專業(yè)組組長、中國自動化學會常務理事等職務，國家“985”工程“無人作戰(zhàn)系統(tǒng)”科技創(chuàng)新平臺負責人、國防“973”項目技術首席科學家。主持國防“973”項目、演示驗證、型號研制等國家和軍隊重大科研項目20余項，出版專著／譯著5部，發(fā)表SCI論文50余篇、EI論文100余篇，獲軍隊／省級科技獎一等獎2項、二等獎3項，榮立二等功、三等功各1次。
王祥科，1981年12月出生，IEEE高級會員，國防科技大學智能科學學院教授。中央軍事委員會科學技術委員會（以下簡稱“軍委科技委”）某重大培育項目技術總師，中國自動化學會機器人專業(yè)委員會委員，中國指揮與控制學會集群智能與協(xié)同控制專業(yè)委員會委員。主要從事無人機自主和集群控制相關研究與應用工作。近年來，以通信作者在IEEE Transactions on Robotics等期刊發(fā)表SCI論文30余篇，出版譯著1部；作為項目負責人或者主持人先后承擔創(chuàng)新特區(qū)項目、國防“973”項目、武器裝備預先研究項目、自然科學基金面上項目等20余項科研項目。
1 緒論
1．1 無人機集群系統(tǒng)概述
1．1．1 無人機集群系統(tǒng)的基本概念
1．1．2 無人機集群系統(tǒng)協(xié)同執(zhí)行任務的優(yōu)勢
1．1．3 無人機集群系統(tǒng)的廣泛應用
1．2 無人機集群系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀
1．2．1 創(chuàng)新協(xié)同理論，探索集群協(xié)同模式
1．2．2 強調(diào)體系協(xié)同，構(gòu)建分布式指揮體系架構(gòu)
1．2．3 加強基礎性研究，突破核心關鍵技術
1．2．4 加緊集群驗證，形成非對稱優(yōu)勢
1．3 無人機集群控制及其挑戰(zhàn)
1．3．1 無人機集群控制的內(nèi)涵
1．3．2 無人機集群控制的挑戰(zhàn)
1．3．3 無人機集群控制的關鍵問題
1．4 結(jié)語
參考文獻
2 無人機集群體系架構(gòu)
2．1 集群體系架構(gòu)內(nèi)涵
2．2 集群體系架構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀
2．2．1 集群拓撲組織方式
2．2．2 模塊化設計方式
2．2．3 集群互操作協(xié)議
2．2．4 集群體系架構(gòu)的挑戰(zhàn)
2．3 任務導向的復合式集群體系架構(gòu)
2．3．1 總體設計
2．3．2 分層設計
2．4 集群互操作協(xié)議
2．4．1 跨平臺互操作協(xié)議標準
2．4．2 基于SOA的開放集成接口
2．4．3 多數(shù)據(jù)／控制鏈報文協(xié)議的轉(zhuǎn)換
2．5 復合式體系架構(gòu)實現(xiàn)和試驗驗證
2．5．1 基于ROS的模塊化機載軟件
2．5．2 復合式體系架構(gòu)試驗驗證
2．6 結(jié)語
參考文獻
3 無人機集群組網(wǎng)與通信
3．1 集群通信需求和總體設計
3．1．1 集群組網(wǎng)與通信的研究現(xiàn)狀
3．1．2 集群組網(wǎng)與通信的典型特點和挑戰(zhàn)
3．1．3 集群組網(wǎng)與通信總體設計
3．2 大規(guī)模節(jié)點自組網(wǎng)MAC協(xié)議
3．2．1 MAC協(xié)議簡介
3．2．2 面向無人機集群的MAC協(xié)議研究
3．3 大規(guī)模無人機集群自組網(wǎng)路由協(xié)議
3．3．1 自組網(wǎng)路由協(xié)議簡介
3．3．2 大規(guī)模集群自組網(wǎng)路由協(xié)議研究
3．4 面向集群的協(xié)同通信規(guī)劃
3．4．1 無人機中繼規(guī)劃的意義和挑戰(zhàn)
3．4．2 無人機中繼通信研究現(xiàn)狀
……
4 面向集群使用的無人機系統(tǒng)
5 無人機集群協(xié)同飛行
6 無人機集群飛行安全控制
7 無人機集群自主決策與規(guī)劃
8 技術發(fā)展趨勢
附錄A 無人機集群半實物仿真和飛行驗證系統(tǒng)
附錄B 基本概念和定義
縮略語
索引
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