1.2.4 协同通信

受生物群体活动的启发，无人机集群开始应用于遥感探测、信息中继、智能对抗等各个领域，表现出了比单架无人机更强大的环境适应性、更可靠的系统鲁棒性和更丰富的任务执行能力。作为集群行为的前提和保障，无人机集群需要依赖稳健可靠的集群内部通信。稀缺的通信资源、复杂的对抗环境也对无人机集群内部通信提出了更高的要求。然而，关于无人机集群通信的现有研究，在通信的有效性、可靠性、安全性等方面仍然较为薄弱，无人机集群系统的自主性、协同性、智能化水平还有待优化提升。

科研人员设想了一个无人机集群通信场景：无人机集群在受领任务后，完成集结起飞、分配任务、执行任务、集结返航等一系列活动。在此过程中，无人机集群无须受到或极少受到地面指挥中心的控制，自主进行接入组网、资源分配，集群内部还可以进行高效的信息交互，保证在外部环境发生动态变化或无人机相对位置发生变化时，仍能自适应地调整网络拓扑、优化资源分配，保持智能、稳健、可靠的无人机集群通信。

针对上述场景，可采用自组织网状网，这样就不会因为单架无人机的故障而使整个无人机集群无法正常工作，该网络的自组织特性也保证了无人机集群的分布式架构，无人机可以随时离开或者加入网络，并且网络内的任意两架无人机都可以通过中间多架无人机进行信息交互。但无人机数量众多会使网络规模极其庞大，同时集群内无人机之间相对位置的不断改变，也会造成网络拓扑动态变化以及通信链路频繁中断和建立，故无人机集群需要及时感知外部环境变化并做出最优决策，以实现通信资源的高效共享。

引入认知无线电技术对实现无人机集群通信尤为关键。认知无线电技术主要完成三个认知任务：无线电场景分析；信道识别；发射功率控制和动态频谱管理。前两个任务在接收机中进行，第三个任务在发射机中进行，接收机和发射机之间建立起一个反馈通道，将接收机从通信环境中感知到的信息进行分析处理后传送给发射机，就能指导后续的通信活动。外部环境、接收机、发射机之间构成一个认知环路，使通信拥有了自主观察、学习和决策的能力。

由此可以建立群体智能协同通信模型：无人机先对通信环境进行感知，感知的对象包括但不局限于频谱态势、网络拓扑等通信环境变量。然后，无人机根据感知结果进行自主决策，如分配频谱资源、控制发射功率等。受任务导向、自然地理因素以及无人机执行决策带来的影响，通信环境会动态变化，无人机将重新执行感知任务，以此循环往复，最终可实现灵活智能的无人机无线通信。