本發(fā)明是一種采用自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈的無人機(jī)集群作戰(zhàn)系統(tǒng)，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的發(fā)展已經(jīng)呈現(xiàn)出明顯的無人化趨勢(shì)。無人機(jī)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中具有很多優(yōu)勢(shì)，其主要作戰(zhàn)特點(diǎn)為成本低、隱蔽性好、不懼傷亡且起降簡(jiǎn)單、支持多重任務(wù)類型等。但是單個(gè)無人機(jī)作戰(zhàn)系統(tǒng)存在著偵察打擊范圍小、時(shí)間短、適應(yīng)性差和容易被擊毀等缺點(diǎn)。為適應(yīng)未來戰(zhàn)爭(zhēng)需要，無人機(jī)正在從傳統(tǒng)的單獨(dú)輔助訓(xùn)練、戰(zhàn)斗支援功能向通信中繼、戰(zhàn)場(chǎng)管理、火力引導(dǎo)、毀傷評(píng)估、預(yù)警、電子對(duì)抗等多功能方向發(fā)展，尤其集群作戰(zhàn)是軍用無人機(jī)的主要趨勢(shì)，其顯著的作戰(zhàn)效能、低廉的成本、易于大量裝備等優(yōu)點(diǎn)使得其在戰(zhàn)爭(zhēng)中的作用越來越突出，必將成為影響作戰(zhàn)進(jìn)程的重要乃至關(guān)鍵性力量。

無人機(jī)群組網(wǎng)技術(shù)成為近年來無人機(jī)發(fā)展的熱點(diǎn)研究方向。而現(xiàn)有的無人機(jī)集群作戰(zhàn)系統(tǒng)極少，且均使用傳統(tǒng)的無線組網(wǎng)方式進(jìn)行通信。在傳統(tǒng)的無線組網(wǎng)通信中，無人機(jī)只與地面指控中心等固定網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施通信而不與其他無人機(jī)通信。現(xiàn)有的無人機(jī)集群作戰(zhàn)系統(tǒng)存在以下幾方面的缺陷：

首先，受限于傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式，現(xiàn)有的無人機(jī)集群作戰(zhàn)系統(tǒng)只能在單個(gè)無人機(jī)的有效通信距離范圍內(nèi)進(jìn)行作戰(zhàn)，作戰(zhàn)范圍小。

其次，所有無人機(jī)都只與指控中心或基站進(jìn)行通信，靈活性差。

再次，需要網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的支持，這要求提前到戰(zhàn)場(chǎng)建立基站等基礎(chǔ)設(shè)施，作戰(zhàn)難度高。

最后，若網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施被敵軍打擊，整個(gè)無人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)將失效，可靠性差，無法適應(yīng)當(dāng)前復(fù)雜多變的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。

這些缺陷削弱了無人機(jī)集群的作戰(zhàn)能力，限制了無人機(jī)集群在現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)上的應(yīng)用，是無人機(jī)集群實(shí)際作戰(zhàn)中亟待解決的重要問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：針對(duì)當(dāng)前無人機(jī)作戰(zhàn)系統(tǒng)存在的問題，提出了一種采用自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈的無人機(jī)集群作戰(zhàn)系統(tǒng)，本無人機(jī)作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)范圍大、作戰(zhàn)時(shí)間長(zhǎng)，具有靈活性高、適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)無人機(jī)集群作戰(zhàn)和察打評(píng)一體化作戰(zhàn)，能夠最大程度地滿足現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)的需求。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈的無人機(jī)集群作戰(zhàn)系統(tǒng)，包括：無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈、光電吊艙、無人機(jī)群和地面指控中心；

無人機(jī)群中每架無人機(jī)上均裝有光電吊艙，用于收集戰(zhàn)場(chǎng)信息，測(cè)量目標(biāo)點(diǎn)位置和圖像信息，并通過無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈傳送給地面指控中心，地面指控中心根據(jù)回傳的信息，生成控制指令，并通過無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈發(fā)送給無人機(jī)群，控制無人機(jī)群的行動(dòng)；無人機(jī)群中的各個(gè)小組之間以及各個(gè)無人機(jī)之間均通過無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行通信。

包括：所述地面指控中心包括地面數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)、控制臺(tái)、計(jì)算機(jī)和顯示器；

地面指控中心通過地面數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)接收無人機(jī)群回傳的信號(hào)，計(jì)算機(jī)解算出視頻、圖像和數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過處理后顯示在顯示器上，實(shí)時(shí)監(jiān)控目標(biāo)點(diǎn)動(dòng)態(tài)；通過控制臺(tái)發(fā)出控制指令用于調(diào)節(jié)光電吊艙的視野和無人機(jī)飛行狀態(tài)，該控制指令通過地面數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)發(fā)送至無人機(jī)群。

包括：所述無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈包括多個(gè)無線自組網(wǎng)通信單元，每個(gè)無線自組網(wǎng)通信單元包括主控模塊、無線通信模塊、總線模塊和接口模塊；每架無人機(jī)上設(shè)置有一個(gè)無線自組網(wǎng)通信單元，地面指控中心上也設(shè)置有一個(gè)無線自組網(wǎng)通信單元；

接口模塊接收光電吊艙采集的實(shí)時(shí)信息以及目標(biāo)點(diǎn)位置信息，并通過總線模塊傳給主控模塊，主控模塊對(duì)光電吊艙采集的實(shí)時(shí)信息以及目標(biāo)點(diǎn)位置信息進(jìn)行解算，并通過無線通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。

包括：無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈各節(jié)點(diǎn)之間的通信，其通信頻率在200MHz～1GHz之間，采用LORA擴(kuò)頻調(diào)制，無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈采用無線自組網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行通信。

包括：無線自組網(wǎng)協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)包括信標(biāo)幀、命令幀、報(bào)數(shù)幀、數(shù)據(jù)幀和應(yīng)答幀。

包括：所述信標(biāo)幀的結(jié)構(gòu)為：

包括：所述命令幀的結(jié)構(gòu)為：

包括：所述報(bào)數(shù)幀的結(jié)構(gòu)為：

包括：所述數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)為：

包括：所述應(yīng)答幀的結(jié)構(gòu)為：

本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)帶來的有益效果為：

(1)本發(fā)明通過無人機(jī)組網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)中繼傳輸，使無人機(jī)作戰(zhàn)半徑不再局限于單個(gè)無人機(jī)有效通信距離，極大的提升了無人機(jī)作戰(zhàn)范圍和使用效率；

(2)本發(fā)明采用的無人機(jī)自組網(wǎng)技術(shù)可在當(dāng)某個(gè)無人機(jī)出現(xiàn)故障或被擊毀時(shí)，其余無人機(jī)能夠自動(dòng)快速地進(jìn)行反應(yīng)與調(diào)整，重新組網(wǎng)，維持?jǐn)?shù)據(jù)鏈穩(wěn)定工作，極大的提高無人機(jī)作戰(zhàn)系統(tǒng)的魯棒性；

(3)本發(fā)明利用光電吊艙可自行獲取目標(biāo)點(diǎn)經(jīng)緯高信息，而這些信息是GPS型精確制導(dǎo)武器使用時(shí)的關(guān)鍵信息。將這些信息裝訂給無人機(jī)掛載的精確制導(dǎo)炸彈就可以迅速針對(duì)地面時(shí)敏目標(biāo)展開攻擊，極大的提高無人機(jī)作戰(zhàn)效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)組成框圖；

圖2為本發(fā)明中無人機(jī)的組成模塊圖；

圖3為本發(fā)明中無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈通信單元模塊圖；

圖4為本發(fā)明中地面指控中心組成模塊圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明是一種采用自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈的無人機(jī)集群作戰(zhàn)系統(tǒng)，包括無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈、光電吊艙、無人機(jī)群和地面指控中心。無人機(jī)群可根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境和集群分布情況，自主構(gòu)建自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈，將由光電吊艙(其內(nèi)包括激光測(cè)距儀、GPS/北斗接收機(jī)和高清CMOS攝像頭等模塊)采集到的信息通過自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈發(fā)送給集群中的其它無人機(jī)和地面指控中心，在地面指控中心的遙控下，完成目標(biāo)偵察、投彈打擊和打擊后的評(píng)估等動(dòng)作。自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈會(huì)根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境變化而實(shí)時(shí)優(yōu)化，且不會(huì)因某個(gè)無人機(jī)的受損而毀壞，極大擴(kuò)展了無人機(jī)集群的作戰(zhàn)范圍和作戰(zhàn)靈活性，能夠最大程度地滿足現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)需求。此外，本系統(tǒng)在自然災(zāi)害救助、城市交通管理等方面也擁有巨大的應(yīng)用前景。

如圖1所示，本發(fā)明提出的基于無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈的無人機(jī)集群作戰(zhàn)系統(tǒng)，包括：無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈1、光電吊艙2、無人機(jī)群3和地面指控中心4；

無人機(jī)群3中每架無人機(jī)上均裝有光電吊艙2，用于收集戰(zhàn)場(chǎng)信息，測(cè)量目標(biāo)點(diǎn)位置和圖像信息，并通過無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈1傳送給地面指控中心4，地面指控中心4根據(jù)回傳的信息，生成控制指令，并通過無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈1發(fā)送給無人機(jī)群3，控制無人機(jī)群3的行動(dòng)；無人機(jī)群3中的各個(gè)小組之間以及各個(gè)無人機(jī)之間均通過無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈1進(jìn)行通信。

如圖4所示，地面指控中心包括地面數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)、控制臺(tái)、計(jì)算機(jī)和顯示器；

地面指控中心通過地面數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)接收無人機(jī)群回傳的信號(hào)，計(jì)算機(jī)解算出視頻、圖像和數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過處理后顯示在顯示器上，實(shí)時(shí)監(jiān)控目標(biāo)點(diǎn)動(dòng)態(tài)；通過控制臺(tái)發(fā)出控制指令用于調(diào)節(jié)光電吊艙的視野和無人機(jī)飛行狀態(tài)，該控制指令通過地面數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)發(fā)送至無人機(jī)群。

如圖2所示，光電吊艙2掛載于無人機(jī)3的底部，內(nèi)部可裝載衛(wèi)星定位接收機(jī)、激光測(cè)距儀、高清攝像頭等功能模塊。衛(wèi)星定位接收機(jī)可測(cè)得無人機(jī)所處位置經(jīng)緯高坐標(biāo)，結(jié)合激光測(cè)距儀俯仰角和測(cè)得距離目標(biāo)點(diǎn)距離可計(jì)算出目標(biāo)點(diǎn)精確坐標(biāo)；高清攝像頭用于實(shí)時(shí)采集目標(biāo)點(diǎn)動(dòng)態(tài)信息。激光測(cè)距儀和高清攝像頭視角可由地面指控中心通過自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈遠(yuǎn)程遙控。

如圖3所示，無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈1硬件上由分布在各個(gè)無人機(jī)和地面指控中心的無線自組網(wǎng)通信單元組成，使用無線自組網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行組網(wǎng)。該協(xié)議具有快速自組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)重建和動(dòng)態(tài)資源分配等功能，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)無人機(jī)集群各成員之間和無人機(jī)與地面指控中心間的信息交互。網(wǎng)絡(luò)是多跳的，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離大于單個(gè)無人機(jī)有效通信距離通信。當(dāng)某個(gè)無人機(jī)出現(xiàn)故障或被擊毀時(shí)，其余無人機(jī)能夠自動(dòng)快速地進(jìn)行反應(yīng)與調(diào)整，重新組網(wǎng)，維持?jǐn)?shù)據(jù)鏈穩(wěn)定工作。每個(gè)無線自組網(wǎng)通信單元包括主控模塊、無線通信模塊、總線模塊和接口模塊；

接口模塊接收光電吊艙采集的實(shí)時(shí)信息以及目標(biāo)點(diǎn)位置信息，并通過總線模塊傳給主控模塊，主控模塊對(duì)光電吊艙采集的實(shí)時(shí)信息以及目標(biāo)點(diǎn)位置信息進(jìn)行解算，并通過無線通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。

無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈各節(jié)點(diǎn)之間的通信，其通信頻率在200MHz～1GHz之間，采用LORA擴(kuò)頻調(diào)制，無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈采用無線自組網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行通信。

包括：無線自組網(wǎng)協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)包括信標(biāo)幀、命令幀、報(bào)數(shù)幀、數(shù)據(jù)幀和應(yīng)答幀。

所述信標(biāo)幀的結(jié)構(gòu)為：

所述命令幀的結(jié)構(gòu)為：

所述報(bào)數(shù)幀的結(jié)構(gòu)為：

所述數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)為：

所述應(yīng)答幀的結(jié)構(gòu)為：

實(shí)施例：

采用自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈的無人機(jī)集群作戰(zhàn)系統(tǒng)由無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈、光電吊艙、無人機(jī)群和地面指控中心等4個(gè)子系統(tǒng)組成。

無人機(jī)集群作戰(zhàn)系統(tǒng)工作時(shí)，掛載各個(gè)光電吊艙2的無人機(jī)3進(jìn)行組隊(duì)，以集群的方式飛向一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)上空，如圖1所示圖1中以1個(gè)目標(biāo)點(diǎn)為例。過程中，無人機(jī)上的無線收發(fā)裝置會(huì)根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境與無人機(jī)分布情況自主選擇網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，自發(fā)地、動(dòng)態(tài)地組成無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈1，并根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境與無人機(jī)分布的變化實(shí)時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化。到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)上空后，各個(gè)無人機(jī)通過光電吊艙2中的各個(gè)功能模塊對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境和目標(biāo)參數(shù)進(jìn)行觀察和測(cè)量，然后通過無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈1將觀測(cè)得到的信息發(fā)送給其他無人機(jī)3和地面指控中心4，若該無人機(jī)距離地面指控中心4較遠(yuǎn)大于單個(gè)無線收發(fā)裝置的有效通信距離，則利用其它無人機(jī)作為中繼，采用多跳的方式將信息發(fā)送給地面指控中心。地面指控中心4對(duì)得到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析和計(jì)算，通過綜合分析多個(gè)無人機(jī)觀測(cè)的數(shù)據(jù)，可計(jì)算得到較為精確的作戰(zhàn)參數(shù)，如目標(biāo)點(diǎn)大小、目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)等。之后地面指控中心4將這些信息回傳給對(duì)應(yīng)的無人機(jī)3，若無人機(jī)帶有GPS型制導(dǎo)武器，無人機(jī)可將目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)裝訂給GPS型精確制導(dǎo)炸彈，并根據(jù)地面指控中心4的遙控對(duì)目標(biāo)點(diǎn)實(shí)施定量打擊和精確打擊。在整個(gè)作戰(zhàn)過程中，無人機(jī)可通過光電吊艙2上的高清攝像頭發(fā)送偵查到的圖片或視頻信息，并在完成打擊后，回傳目標(biāo)被轟炸的圖片信息，以便地面指控中心進(jìn)行打擊效果評(píng)估和下一步作戰(zhàn)的制定。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)無人機(jī)出現(xiàn)故障或被擊毀時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中其余無人機(jī)能夠迅速判斷損毀無人機(jī)的位置，并自行對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整，形成新的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，維持?jǐn)?shù)據(jù)鏈的穩(wěn)定工作，這說明自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈不依賴于任何一個(gè)無人機(jī)節(jié)點(diǎn)，任何無人機(jī)的損毀不會(huì)影響數(shù)據(jù)鏈的正常工作，系統(tǒng)具有抗毀性。本發(fā)明采用自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈的無人機(jī)集群作戰(zhàn)系統(tǒng)解決了現(xiàn)有的無人機(jī)作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)范圍小、靈活性低、可靠性差等問題，能夠適應(yīng)當(dāng)前復(fù)雜多變的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)察打評(píng)一體化作戰(zhàn)。