無人機起源于軍事領(lǐng)域，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前已經(jīng)進入了快速發(fā)展期，種類越來越多，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，任務(wù)類型越來越廣泛?！捌脚_無人，系統(tǒng)有人”是無人機系統(tǒng)的基本特征，與有人飛機相比，無人機可有效避免人員傷亡，具有持續(xù)工作能力強、全壽命周期成本低等特點，在尺寸、速度和機動性等方面也具有獨特的優(yōu)勢。在軍事領(lǐng)域，無人機可以執(zhí)行情報、偵察、監(jiān)視、干擾和打擊等任務(wù)，在民用方面，可用于農(nóng)業(yè)植保、森林防火、電力（管道）巡檢和地質(zhì)勘探。隨著無人機的自主能力和智能化水平不斷提高，其控制方式逐步從簡單的遙控、程控方式向人機智能融合交互控制，甚至是全自主控制方向發(fā)展，其任務(wù)空域也逐步從執(zhí)行情報、監(jiān)視與偵察任務(wù)的安全性空域向干擾、打擊等對抗性空域發(fā)展。由于單架無人機所能攜帶的任務(wù)載荷相對單一，執(zhí)行任務(wù)能力有限，而通過多架無人機的能力互補和行動協(xié)調(diào)，可實現(xiàn)整個系統(tǒng)效能的提升，無人機的應(yīng)用樣式逐步從單平臺向多平臺“集群”方向發(fā)展。
生物群集行為是一種普遍存在的自然現(xiàn)象，從成群遷移的角馬、集體飛行的鴿子、結(jié)隊巡游的魚類，到覓食的螞蟻、采蜜的蜜蜂，乃至細菌等微生物、細胞和蛋白質(zhì)，不同尺度的生命體都存在著復(fù)雜的群體行為。在生物群體中，個體的感知/行動能力有限，遵循簡單的行為規(guī)則，卻能夠通過相互協(xié)作完成遷徙、覓食、筑巢、御敵等復(fù)雜的團隊活動，在群體層面上呈現(xiàn)出有序的自組織協(xié)調(diào)行為。生物群體既能形成協(xié)調(diào)有序的集體運動模式，又能快速、一致地應(yīng)對外界刺激，表現(xiàn)出分布式、自組織、協(xié)作性、穩(wěn)定性等特點以及對環(huán)境的適應(yīng)能力。這種高效靈活的運動模式的內(nèi)在機理和作用規(guī)律，長期以來一直是生物群集研究的核心問題。
若缺乏科學(xué)、高效的決策方法與控制策略，無人機集群將難以發(fā)揮協(xié)同的優(yōu)勢，無人機之間可能會在時間、空間和任務(wù)層面上存在矛盾，發(fā)生沖突、碰撞的危險，導(dǎo)致既定任務(wù)無法完成。因此，建立一種高效的無人機集群管理和控制體系，對于應(yīng)對復(fù)雜、動態(tài)、不確定的戰(zhàn)場環(huán)境，最大化地發(fā)揮無人機自身性能具有極其重要的現(xiàn)實意義。而生物群體行為中所體現(xiàn)的分布式、自適應(yīng)、魯棒性等特點，與實現(xiàn)無人機集群協(xié)調(diào)自主控制的要求相符合。研究生物群集行為的內(nèi)部作用機理，并將其映射到無人機集群協(xié)調(diào)自主控制中，可以提高無人機在復(fù)雜環(huán)境條件下的智能決策和規(guī)劃能力。
