美軍第11裝甲騎兵在加利福尼亞州歐文堡測試了40架無人駕駛飛機（美國陸軍文件圖片）
2018年韓國平昌冬奧會以驚人的燈光表演震驚世界，該表演由破紀(jì)錄的1,218架無人駕駛飛機組成，所有飛機都和諧共舞。不過，在國防部（DOD）中，顯示器激發(fā)了人們對反群戰(zhàn)術(shù)研究的興趣，因為無人機和群載戰(zhàn)術(shù)可以在所有作戰(zhàn)領(lǐng)域得到應(yīng)用。
通過國防部提供給海軍研究生院（NPS）的資金，艾薩克·卡米納（Isaac Kaminer）教授和安倍·克拉克（Abe Clark）教授將領(lǐng)導(dǎo)反群分析工具箱的開發(fā)。該計劃得到NPS機器人與無人系統(tǒng)教育與研究聯(lián)盟（CRUSER）的支持，該組織直接響應(yīng)艦隊和部隊的研究需求。這項工作是在海軍研究辦公室（ONR）自主科學(xué)計劃資助的先前研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。它使Kaminer的團隊能夠建立多所大學(xué)，多年努力，以開發(fā)可用于防御攻擊性無人機群的作戰(zhàn)計劃模擬。
卡米納解釋說:“我們正在尋找能夠盡可能精確地為這些場景建模的數(shù)學(xué)表示或框架。”
卡米納在機械與航空航天工程(MAE)系任教，過去10年致力于不確定參數(shù)最優(yōu)控制的研究，這是一種數(shù)學(xué)理論，為研究群對群的沖突提供了分析基礎(chǔ)。
在物理系任教的克拉克是這個項目的新成員。他專門研究軟物質(zhì)，研究由許多固體組成的系統(tǒng)如何相互作用(想象一堆沙子，每一粒沙子相互推擠)。為了模擬所有這些物體的集體行為，Clark和他在軟物質(zhì)領(lǐng)域的同事使用離散元法(DEM)模擬。在這些模擬中，計算機有時要花很長時間來確定每一粒沙子之間的相互作用。
同樣地，群是一群為了達(dá)到相同的目標(biāo)而同步工作的個體，但它也可能是由數(shù)十個或數(shù)千個相互交互的個體代理組成的。目前的群體策略大多涉及自動車輛(AV)和人工智能(AI)，但群體也由有人駕駛的車輛進(jìn)行。
一些國家已經(jīng)開發(fā)出了通過無人機群進(jìn)行攻擊的技術(shù)，無人機群可以從陸基或水下發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射到空中。NPS自己的先進(jìn)機器人系統(tǒng)工程實驗室(ARSENL)已經(jīng)進(jìn)行了大量的無人機研究和實驗，包括幾年前創(chuàng)下了同時發(fā)射和飛行50架無人機的記錄。
蜂群可以通過跟隨一個或多個先導(dǎo)來引導(dǎo)，先導(dǎo)可以是實體的，也可以是虛擬的。慢慢地，命令變得更高級，能夠適應(yīng)變化。也有不同類型的飛行模式和不同的武器可能性。
考慮到如此多的變量，當(dāng)前可用的預(yù)測軟件包無法跟上，因為每個代理采取的所有可能途徑可能需要一段時間?？准{和克拉克已經(jīng)加入了其他幾個NPS和學(xué)術(shù)同事——博士。魏康，Johannes Royset和Sean Kragelund在NPS;德克薩斯大學(xué)圣安東尼奧分校(UTSA)的克萊爾·沃爾頓博士;和加州大學(xué)圣克魯茲分校的龔啟博士一起尋找所有不同情況的數(shù)學(xué)表示。
克拉克帶來了他在使模擬更快速、更有效方面的專長?？岛妄徳诟髯源髮W(xué)的數(shù)學(xué)系任教，他們?yōu)檫@些算法提供了理論支撐。龔為大規(guī)模優(yōu)化設(shè)計算法，而康則帶來了他在可觀察性數(shù)學(xué)理論方面的專業(yè)知識，該理論研究的是一個系統(tǒng)的內(nèi)部工作如何能被一個人對系統(tǒng)行為的外部觀察的理解所決定。
“你可以看到速度和位置，根據(jù)你可以推斷出領(lǐng)導(dǎo)者的位置以及他們遵循的協(xié)調(diào)策略，”康解釋道。
Royset在NPS運籌學(xué)(OR)部門教書，帶來了他對隨機和確定性優(yōu)化的理解，或如何在隨機或預(yù)編程代理的情況下最有效地使用資源。此外，Walton和Kragelund帶來了更多的經(jīng)驗和對最優(yōu)控制理論的理解，如Kaminer。
Kragelund是MAE系的一名研究教授，他有多年構(gòu)建和編程機器人群可能使用的那種自動機器的經(jīng)驗。他和卡米納參與了NPS自動駕駛汽車研究中心(CAVR)的工作。沃爾頓在過去五年里一直在CAVR進(jìn)行研究，現(xiàn)在他正在為UTSA的團隊建立一個額外的實驗室，這將為數(shù)百個機器人的群體實驗提供一個測試平臺。最近的NPS畢業(yè)生Theodoros Tsatsanifos也通過他的熱情和碩士論文工作對這項工作做出了廣泛的貢獻(xiàn)。
該團隊將使用優(yōu)化協(xié)議構(gòu)建針對不同類型場景的最佳策略的“劇本”。他們調(diào)整了最優(yōu)控制的數(shù)學(xué)理論，將不確定性包括在內(nèi)，這意味著他們在為不確定性留出空間的同時，仍然為官員的決策提供反饋。
克拉克解釋說:“我們想建立一個框架，可以模擬任何特定類型的無人機和任何特定類型的武器能力，也包括一些其他的地基武器。”“然后我們希望只改變幾行代碼，我們?nèi)匀豢梢栽谡麄€框架上push play。”
麗貝卡·霍格(Rebecca Hoag)就職于大學(xué)通信學(xué)院的海軍研究生院辦公室。這篇文章由《美國海軍新聞》提供，并在此以縮寫形式轉(zhuǎn)載。原件可能在這里找到。
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