刘立辉,赵彦杰,赵小虎,李志飞,李 岩

(中国电子科学研究院，北京 100041)

0 引 言

人们对于集群行为的研究源于1987年Reynolds等人对鸟群飞行行为的模拟仿真，他们在研究中提出了群中个体遵循的三条简单规则，即避免碰撞(Collision Avoidance)、速度匹配(Velocity Matching)和保持聚集(Flock Centering)，并创建了集群行为Boids模型[1]。类似研究对象还有鱼群、蚁群。比如，在鱼群中，每条鱼通过靠近、避免碰撞、对齐三条规则来实现群体有秩序的游动；在蚁群中，蚂蚁们表现更多的是一种分布式群体行为，而非主从行为。以上现象显示，智力水平不高的动物通过个体间的交互、协作，表现出较为复杂的群体行为，这类动物群体没有统一指挥，每个单体在群体环境中表现出自主性、反应性、学习性和自适应性等智能特性[2]。

鉴于上述生物特性，人们开始研究集群系统，即从系统控制角度提出一种不依靠中央控制机制而采用局部规则控制的思想，并基于此构建集群系统。Beni等人在1993年提出了集群智能(Swarm Intelligence)概念[3]。集群智能具有以下特点[4]：(1)控制是分布式的，无须中心控制；(2)以激发工作机制进行通信；(3)个体行为规则简单；(4)系统组织机制是自组织的。

受上述理念启发，控制领域出现了众多智能涌现模型[5]，并催生了“蜂群”、“狼群”等新型系统。美国海军是“蜂群”作战领域的先驱，其下属的海军研究生院对“蜂群”作战进行了深入分析研究，其中，LV Pham等人于2012年12月发表了《UAV swarm attack：protection system alternatives for destroyers》，引起了科学界、军事科学界的广泛关注。以“蜂群”为代表的无人集群系统，通常规模较大、应用环境复杂，难以实现中心控制，是典型的分布式系统。……