SWARM RESEARCH ATLAS为 董峰 / Feng Dong 整理 · 2026.10.11
1987—2026 / A READING MAP

从局部规则，
到自主飞行的群体。

无人机集群控制与编队飞行的研究图谱。先理解发展脉络，再读关键论文，最后判断值得投入的问题。

70代表性论文
20骨架必读
8知识层次
10研究议题

核心判断：无人机集群的进步，来自“局部信息下的协调理论”与“真实飞行系统的感知、通信、计算、动力学约束”逐步结合。研发投入应以任务能力和可靠性提升为目标，不能只比较飞机数量或队形复杂程度。

本版收录 70 篇代表性文献，覆盖 1987—2026 年。它是一份可追溯的学习图谱，不是该领域“全部论文”的穷尽数据库，也不是按引用量排序的系统计量综述。主线是多旋翼自主集群，补充固定翼、通用多机器人理论与必要的单机基础；不把卫星编队、水下集群、纯通信资源调度或仅借用“粒子群优化”名称的单机算法全部纳入。

所有论文卡片包含作者、发表信息、中文摘要、贡献、边界与来源。中文摘要是根据原论文摘要、作者论文页或原文整理的编者概述，并非作者原摘要逐字翻译；原文链接保留完整英文摘要。只有书目和公开材料可核实的部分才列为事实，投入优先级属于本报告的分析判断。

先分清研究对象

编队控制（formation control）：让不同飞机之间保持指定的相对位置、距离或方位，且队形可以整体移动或变形。

群集运动（flocking / swarming）：通过局部交互形成凝聚、对齐、分离等整体行为，未必要求每架飞机占据固定槽位。

多机运动规划（multi-agent motion planning）：为每架飞机找到满足动力学约束、避免障碍和机间冲突的时空轨迹；机群可以分散行动。

任务协同（multi-robot coordination）：决定谁去哪里、感知什么、何时交接，目标是提高任务收益。搜索、建图等任务的最优组织方式往往不要求一直保持紧密队形。

“集群”没有一个全领域统一的最小机数标准。灯光表演证明大规模轨迹协调与执行能力；未知环境自主飞行还需要在线感知与决策，两者的评价条件不同。分布式通常强调通过局部交互共同计算；去中心化强调决策不依赖唯一中心，不必然意味着无通信。应阅读论文的实际架构，而非只看术语。

学习入口：空中集群总综述 P31、编队控制综述 P13、微型群集约束综述 P32。

八层能力与理论工具

层次要回答的问题核心知识对应阅读
1. 单机动力学与控制一架飞机能否准确执行指令？刚体动力学、欠驱动、SO(3)/SE(3)、轨迹跟踪、微分平坦性P20、P21、P43
2. 状态估计与相对感知自己与同伴究竟在哪里？可观测性、VIO、SLAM、UWB、LiDAR、因子图P46、P47、P48
3. 信息网络信息怎样传播，迟到或缺失怎么办？图论、有向图、切换系统、时延、事件触发、网络鲁棒性P04、P06、P66、P67
4. 群集与编队局部动作能否产生所需整体运动？共识、领导者跟随、势函数、距离刚性、方位刚性、仿射变形P08、P12、P14、P15、P65
5. 规划与安全怎样通过环境且不互撞？MPC、轨迹优化、速度障碍、运动基元、CBF、安全走廊P19、P29、P40、P50、P53
6. 任务分配与探索多机怎样比单机完成得更好？匹配、拍卖、CBBA、覆盖控制、车辆路径问题、主动感知P16、P18、P49
7. 学习与适应怎样减少手工设计、应对复杂交互？模仿学习、强化学习、图神经网络、残差动力学、可微仿真P36、P37、P42、P61、P63
8. 系统与验证能否复现、扩展和长期运行？时间同步、机队部署、日志、故障恢复、仿真到实机、基准测试P26、P43、P57、P62

数学学习顺序建议为：线性代数与微分方程 → 概率与状态估计 → 反馈控制和 Lyapunov 稳定性 → 图论与切换系统 → 优化和 MPC → 刚性理论与安全控制 → 多智能体学习。不必先学完全部数学再阅读系统论文；先知道每项工具在解决什么问题。

五个最有用的数学直觉

一致性：最简单的一阶模型为 dxᵢ/dt = −Σⱼ aᵢⱼ(xᵢ−xⱼ)，整体可写作 dx/dt = −Lx。邻居差异驱动个体调整。对于固定、无向、连通图，拉普拉斯的第二小特征值常用于理解收敛速度；有向、切换、时延系统不能直接套用同一个结论。P04

编队：如果目标是各机保持不同偏移 rᵢ，可以对 qᵢ = pᵢ−rᵢ 做一致性。这样 q 接近相同，而 p 保持队形。若偏移随时间变化，必须考虑其变化率与可实现性，不能只给共识算法增加一个常量。P13、P65

刚性：只有部分距离信息时，连通不代表队形形状唯一。链条虽然连通，仍可弯曲；刚性研究哪些几何约束能阻止这种自由形变。距离、方位、相对位移对坐标系、尺度和传感器的要求不同。P12、P14

预测控制：每次预测一段未来，优化任务、能耗或队形误差，同时限制碰撞与动力学，然后执行其中一小段并重新计算。代价是实时求解时间，且局部问题之间可能相互冲突。P34、P69

安全屏障：用 hᵢⱼ = ‖pᵢ−pⱼ‖²−d_safe² ≥ 0 表达安全距离，在合适模型下约束其变化，使系统保持在安全集合内。真实四旋翼往往需要高相对阶处理、安全裕量及跟踪误差分析，不能直接将一阶公式送给电机。P29、P30

需要分别检查五件事：稳定性、避碰安全、动力学可行性、不会停滞的任务进展，以及算法能否在硬件时限内完成。证明其中一项，不代表其余四项自然成立。