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

背景技術：

近年來，現(xiàn)代戰(zhàn)爭的發(fā)展已經(jīng)呈現(xiàn)出明顯的無人化趨勢。無人機在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中具有很多優(yōu)勢，其主要作戰(zhàn)特點為成本低、隱蔽性好、不懼傷亡且起降簡單、支持多重任務類型等。但是單個無人機作戰(zhàn)系統(tǒng)存在著偵察打擊范圍小、時間短、適應性差和容易被擊毀等缺點。為適應未來戰(zhàn)爭需要，無人機正在從傳統(tǒng)的單獨輔助訓練、戰(zhàn)斗支援功能向通信中繼、戰(zhàn)場管理、火力引導、毀傷評估、預警、電子對抗等多功能方向發(fā)展，尤其集群作戰(zhàn)是軍用無人機的主要趨勢，其顯著的作戰(zhàn)效能、低廉的成本、易于大量裝備等優(yōu)點使得其在戰(zhàn)爭中的作用越來越突出，必將成為影響作戰(zhàn)進程的重要乃至關鍵性力量。

無人機群組網(wǎng)技術成為近年來無人機發(fā)展的熱點研究方向。而現(xiàn)有的無人機集群作戰(zhàn)系統(tǒng)極少，且均使用傳統(tǒng)的無線組網(wǎng)方式進行通信。在傳統(tǒng)的無線組網(wǎng)通信中，無人機只與地面指控中心等固定網(wǎng)絡基礎設施通信而不與其他無人機通信。現(xiàn)有的無人機集群作戰(zhàn)系統(tǒng)存在以下幾方面的缺陷：

首先，受限于傳統(tǒng)的點對點通信方式，現(xiàn)有的無人機集群作戰(zhàn)系統(tǒng)只能在單個無人機的有效通信距離范圍內(nèi)進行作戰(zhàn)，作戰(zhàn)范圍小。

其次，所有無人機都只與指控中心或基站進行通信，靈活性差。

再次，需要網(wǎng)絡基礎設施的支持，這要求提前到戰(zhàn)場建立基站等基礎設施，作戰(zhàn)難度高。

最后，若網(wǎng)絡基礎設施被敵軍打擊，整個無人機通信網(wǎng)絡將失效，可靠性差，無法適應當前復雜多變的戰(zhàn)場環(huán)境。

這些缺陷削弱了無人機集群的作戰(zhàn)能力，限制了無人機集群在現(xiàn)代戰(zhàn)場上的應用，是無人機集群實際作戰(zhàn)中亟待解決的重要問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：針對當前無人機作戰(zhàn)系統(tǒng)存在的問題，提出了一種采用自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈的無人機集群作戰(zhàn)系統(tǒng)，本無人機作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)范圍大、作戰(zhàn)時間長，具有靈活性高、適應性強、可靠性高、通用性強的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)無人機集群作戰(zhàn)和察打評一體化作戰(zhàn)，能夠最大程度地滿足現(xiàn)代戰(zhàn)場的需求。

本發(fā)明采用的技術方案是：

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

無人機群中每架無人機上均裝有光電吊艙，用于收集戰(zhàn)場信息，測量目標點位置和圖像信息，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)送給無人機群，控制無人機群的行動；無人機群中的各個小組之間以及各個無人機之間均通過無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈進行通信。

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

地面指控中心通過地面數(shù)據(jù)鏈電臺接收無人機群回傳的信號，計算機解算出視頻、圖像和數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過處理后顯示在顯示器上，實時監(jiān)控目標點動態(tài)；通過控制臺發(fā)出控制指令用于調(diào)節(jié)光電吊艙的視野和無人機飛行狀態(tài)，該控制指令通過地面數(shù)據(jù)鏈電臺發(fā)送至無人機群。

包括：所述無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈包括多個無線自組網(wǎng)通信單元，每個無線自組網(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；每架無人機上設置有一個無線自組網(wǎng)通信單元，地面指控中心上也設置有一個無線自組網(wǎng)通信單元；

接口模塊接收光電吊艙采集的實時信息以及目標點位置信息，并通過總線模塊傳給主控模塊，主控模塊對光電吊艙采集的實時信息以及目標點位置信息進行解算，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)點之間的通信，其通信頻率在200MHz～1GHz之間，采用LORA擴頻調(diào)制，無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈采用無線自組網(wǎng)協(xié)議進行通信。

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

包括：所述信標幀的結(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：所述應答幀的結(jié)構(gòu)為：

本發(fā)明相對現(xiàn)有技術帶來的有益效果為：

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

(2)本發(fā)明采用的無人機自組網(wǎng)技術可在當某個無人機出現(xiàn)故障或被擊毀時，其余無人機能夠自動快速地進行反應與調(diào)整，重新組網(wǎng)，維持數(shù)據(jù)鏈穩(wěn)定工作，極大的提高無人機作戰(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點經(jīng)緯高信息，而這些信息是GPS型精確制導武器使用時的關鍵信息。將這些信息裝訂給無人機掛載的精確制導炸彈就可以迅速針對地面時敏目標展開攻擊，極大的提高無人機作戰(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、無人機群和地面指控中心。無人機群可根據(jù)戰(zhàn)場環(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)包括激光測距儀、GPS/北斗接收機和高清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和地面指控中心，在地面指控中心的遙控下，完成目標偵察、投彈打擊和打擊后的評估等動作。自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈會根據(jù)戰(zhàn)場環(huán)境變化而實時優(yōu)化，且不會因某個無人機的受損而毀壞，極大擴展了無人機集群的作戰(zhàn)范圍和作戰(zhàn)靈活性，能夠最大程度地滿足現(xiàn)代戰(zhàn)場需求。此外，本系統(tǒng)在自然災害救助、城市交通管理等方面也擁有巨大的應用前景。

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、無人機群3和地面指控中心4；

無人機群3中每架無人機上均裝有光電吊艙2，用于收集戰(zhàn)場信息，測量目標點位置和圖像信息，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)送給無人機群3，控制無人機群3的行動；無人機群3中的各個小組之間以及各個無人機之間均通過無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈1進行通信。

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

地面指控中心通過地面數(shù)據(jù)鏈電臺接收無人機群回傳的信號，計算機解算出視頻、圖像和數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過處理后顯示在顯示器上，實時監(jiān)控目標點動態(tài)；通過控制臺發(fā)出控制指令用于調(diào)節(jié)光電吊艙的視野和無人機飛行狀態(tài)，該控制指令通過地面數(shù)據(jù)鏈電臺發(fā)送至無人機群。

如圖2所示，光電吊艙2掛載于無人機3的底部，內(nèi)部可裝載衛(wèi)星定位接收機、激光測距儀、高清攝像頭等功能模塊。衛(wèi)星定位接收機可測得無人機所處位置經(jīng)緯高坐標，結(jié)合激光測距儀俯仰角和測得距離目標點距離可計算出目標點精確坐標；高清攝像頭用于實時采集目標點動態(tài)信息。激光測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無人機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)議進行組網(wǎng)。該協(xié)議具有快速自組網(wǎng)、網(wǎng)絡實時重建和動態(tài)資源分配等功能，負責實現(xiàn)無人機集群各成員之間和無人機與地面指控中心間的信息交互。網(wǎng)絡是多跳的，能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離大于單個無人機有效通信距離通信。當某個無人機出現(xiàn)故障或被擊毀時，其余無人機能夠自動快速地進行反應與調(diào)整，重新組網(wǎng)，維持數(shù)據(jù)鏈穩(wěn)定工作。每個無線自組網(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時信息以及目標點位置信息，并通過總線模塊傳給主控模塊，主控模塊對光電吊艙采集的實時信息以及目標點位置信息進行解算，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)點之間的通信，其通信頻率在200MHz～1GHz之間，采用LORA擴頻調(diào)制，無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈采用無線自組網(wǎng)協(xié)議進行通信。

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

所述信標幀的結(jié)構(gòu)為：

所述命令幀的結(jié)構(gòu)為：

所述報數(shù)幀的結(jié)構(gòu)為：

所述數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)為：

所述應答幀的結(jié)構(gòu)為：

實施例：

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

無人機集群作戰(zhàn)系統(tǒng)工作時，掛載各個光電吊艙2的無人機3進行組隊，以集群的方式飛向一個或多個目標點上空，如圖1所示圖1中以1個目標點為例。過程中，無人機上的無線收發(fā)裝置會根據(jù)戰(zhàn)場環(huán)境與無人機分布情況自主選擇網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，自發(fā)地、動態(tài)地組成無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈1，并根據(jù)戰(zhàn)場環(huán)境與無人機分布的變化實時對網(wǎng)絡進行優(yōu)化。到達目標點上空后，各個無人機通過光電吊艙2中的各個功能模塊對戰(zhàn)場環(huán)境和目標參數(shù)進行觀察和測量，然后通過無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈1將觀測得到的信息發(fā)送給其他無人機3和地面指控中心4，若該無人機距離地面指控中心4較遠大于單個無線收發(fā)裝置的有效通信距離，則利用其它無人機作為中繼，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對得到的數(shù)據(jù)信息進行分析和計算，通過綜合分析多個無人機觀測的數(shù)據(jù)，可計算得到較為精確的作戰(zhàn)參數(shù)，如目標點大小、目標點坐標等。之后地面指控中心4將這些信息回傳給對應的無人機3，若無人機帶有GPS型制導武器，無人機可將目標點坐標裝訂給GPS型精確制導炸彈，并根據(jù)地面指控中心4的遙控對目標點實施定量打擊和精確打擊。在整個作戰(zhàn)過程中，無人機可通過光電吊艙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，回傳目標被轟炸的圖片信息，以便地面指控中心進行打擊效果評估和下一步作戰(zhàn)的制定。當網(wǎng)絡中的某個無人機出現(xiàn)故障或被擊毀時，網(wǎng)絡中其余無人機能夠迅速判斷損毀無人機的位置，并自行對網(wǎng)絡進行調(diào)整，形成新的自適應網(wǎng)絡，維持數(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無人機節(jié)點，任何無人機的損毀不會影響數(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)鏈的無人機集群作戰(zhàn)系統(tǒng)解決了現(xiàn)有的無人機作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)范圍小、靈活性低、可靠性差等問題，能夠適應當前復雜多變的戰(zhàn)場環(huán)境，實現(xiàn)察打評一體化作戰(zhàn)。