无人机系统组成及介绍，无人机集群通信组网系统—无人机自组网

很多朋友对无人机系统组成及介绍，无人机集群通信组网系统—无人机自组网不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

摘要：无人机集群是无人机应用的一个重要方向，受到国内外的广泛关注和重视。无线自组织网络可以临时、动态、快速地构建分布式、无中心的自治专用网络。它具有自组织、自恢复、高耐久性等诸多优点。可支持无人机的临时加入和退出以及多跳自动路由。随后，网络拓扑的动态变化、速率自适应、带宽按需分配等特点非常适合无人机集群协同通信组网。因此，可以预见，无线自组织网络是无人机集群通信组网的必然选择，并将应用越来越广泛。

随着无人机技术的不断发展，无人机的种类越来越多，也越来越成熟。除了商用领域的霸主大疆之外，还有不少无人机厂商如雨后春笋般涌现。它广泛应用于农业、工业、应急、军事等诸多领域，并发挥着越来越重要的作用。无人机集群是无人机应用的一个重要方向。无人机编队表演是常见的形式之一。但这一应用需要提前进行大量的路径规划工作，其通信网络系统大多采用单向通信的窄带数据传输站广播分发定位数据和控制指令，并按照指定的动作执行在脚本中。他们无法协同感知环境并根据实际情况做出合理的协调行动。有时，表演会悲惨地失控。事故。特别是，本文讨论的无人机群系统不包括用于表演的无人机编队。

10多年前，我开展了无人机群协同关键技术研究和原型实验系统开发。这里不涉及应用背景，但我们就无人机集群通信组网系统这个话题与大家进行讨论和交流。

无人机集群是由多架（3 台或更多）无人机组成的协作团队。每架无人机承担不同的任务。有的无人机负责前线侦察，有的无人机负责信息融合处理。其中，有的无人机负责协调分配任务，有的无人机负责后方打击，有的无人机负责通信中继等，还有的无人机身兼数职、身兼数职。由于角色和任务的不同，不同的无人机携带不同的传感器，拥有不同的设备，甚至拥有不同的无人机平台。负载元件的配置与无人机集群的运行方式有关，可以根据需要进行配置。

我们暂时不考虑这些应用层面的事情，重点关注无人机集群通信组网系统。网络系统的要求与应用程序相关。不同的应用需求对通信组网有不同的要求。以下仅是中大型无人机集群的部分通信组网要求：

(1)网络规模：一般不超过32个节点。实际应用中，3架、4架、8架无人机最为常见。随着智能协同控制技术的发展，节点数量将会增加；

(2)网络架构：分布式无中心Ad Hoc网络，即无线Ad Hoc网络。节点可以延迟加入网络或暂时离开网络。个别节点的退出不影响整个网络的运行，具有高度的抗攻击性；

(3)信道分配：分布式、按需动态分配信道资源，即“三是”：信道资源可以分配给新进入网络的节点，原来分配给离开网络的节点的信道资源可以回收并进行重新分配，将渠道资源分配给有需要的人。传输大数据业务的节点被分配更多的信道资源；

（4）动态组网：临时、动态、灵活、快速组网，无需复杂的通信预先规划，可扩展性强，节点可根据实际需要添加，可分可组合；

（5）网络建立时间：30秒（冷启动）、5秒（热启动）；

(6)重建时间：5秒；

(7) 网络接入时间：2秒；

（8）多跳中继：可自动路由中继，可中继3~5跳，支持复杂地形环境，可超视距工作；

(9)系统容量：大多在10Mbps左右。不同的应用有不同的要求。有的要求较高，用于支持大数据量业务的传输和共享；

（10）传输距离：集群内节点之间的通信距离多为5~30km，无人机集群与地面控制站的距离多为50~100km，有的需要达到200~300km；

（11）业务逻辑：部分或全部无人机将光电球采集到的视频通过数据链传回地面控制站；所有无人机传输的平台参数（高度、经纬度、速度、油（电）量、姿态等）均通过数据链传输至地面控制站；地面站通过数据链向无人机传输无人机的控制指令；无人机通过数据链传输和共享某些平台参数，用于编队控制、编队协调和避碰；一些传感器采集和处理的关键数据通过数据链在无人机之间传输和共享，实现协同感知、协同处理、任务（目标）分配、协同作战（打击）等。

（12）数据接口：网口（用于连接各种大数据传感器如采集红外/可见光视频的光球、采集光谱数据的光谱分析仪等）、串口RS232\RS422\RS485（用于连接各种用于数据服务、收集信息或控制各种设备的小型负载设备）；

(13)通信抗干扰：具有扩频、跳频、自适应选频等抗干扰功能。它可以应对某些敌意干扰或无意干扰，提高通信网络系统在复杂电磁环境下的适应性。

目前社会上所谓的无人机集群通信组网方式有窄带数传电台（microhard p900、digi xtend 900等）、4G、WIFI、zigbee、NB-IOT、LORA、无线自组网等。显然，上述除无线自组织网络外的各种方法均无法满足上述无人机集群的通信组网需求。 zigbee、NB-IOT、LORA、p900、xtend 900等窄带数据传输站传输速率过低，其点对点、点对多点的工作方式不支持无人机集群的业务逻辑。 4G、WiFi作为宽带通信组网方式，已经被很多人采用和考虑。主要原因是项目负责人大多来自控制专业。他们对传播专业了解不深，缺乏经验。他们在探索和试验过程中花费了资金成本和时间。成本。即使采用无线自组网技术，由于自组网技术体系、数据接口、功能和性能差异较大，以及市场上自组网电台以次充好、虚假广告的现象，也有必要仔细考虑您的选择。

我们再多谈谈4G（5G）。我认为它根本不适合无人机集群，原因有很多。 (1)现有基站普遍采用平板天线。天线的方向角指向下方，而不是指向天空。无法覆盖一定高度的无人机空域，实际通信效果较差； (2)4G基站分布较多。偏远山区、戈壁、海洋等地区尚未开通；其次，即使使用临时地面4G基站，这也是一个有中心的星型网络，无人机节点之间的通信需要通过4G基站进行中继，导致时延较大； (3)由于基站作为组网中心，信道资源的分配完全依赖于基站，抗毁性很差； （4）4G基站与CPE的组合无法满足很多无人机集群的通信距离要求；

WIFI有两种工作模式。一种是集中式的，也就是我们经常使用的无线局域网WLAN，这显然不能满足上述无人机集群通信网络的要求；另一个是分布式的，这是自组织的。该方法优点较多，更适合民用领域无人机集群通信组网小范围（10km以内）协同作战的需求，且成本相对较低。然而，由于其WiFi 802.11标准，WiFi ad hoc网络存在一些缺点： (1)MAC协议使用CSMA/CA机制进行资源分配和共享。当网络规模较大、业务量较大时，数据包的传输很容易引起冲突，网络很不稳定； （2）本标准的通信波形和MAC协议是专门为短距离组网设计的，信道估计和均衡算法、纠错编码技术、帧间保护间隔、数据链路层MAC协议不适合长距离组网。远距离传输。随着距离的增加，传输速率迅速下降； （3）没有采用抗干扰技术，无法应对各种复杂的电磁环境，更不能用于战场电子设备。在对抗环境中； （4）WIFI标准开放，基本不具备防拦截、防破解能力。容易被入侵，通信保密性和安全性得不到保障。

无线自组网是无人机集群通信组网的必然选择，主要是因为它具有以下优良特性：（1）无人机自组网中的每个节点既具有无线通信功能，又具有动态路由功能，既可以完成功能实现传统点对点通信测控的同时，还可以实现数据包在最优路径上的中继转发； (2)无人机自组织网络中的动态路由协议支持多个无人机网络之间组建星型网络、网状网络和链型网络。网络等多种拓扑结构，特别是多跳路由中继转发功能，让无人机形成链状网络，大大提高了测控距离和作业范围。通过合理部署节点，可适应山区、峡谷等复杂地形环境，实现超视距通信； （3）无人机自组网信道访问控制协议（MAC协议），动态分配信道资源，允许节点动态进入和离开网络，无需通信组网预先规划，非常适合临时调度数量满足实际应用需求的无人机； （4）无人机自组织网络受益于新技术（前面提到的动态资源分配、动态路由中继、负载均衡和拥塞控制等），使得网络中的信道资源可以根据需要进行调整和分配，可以优化传输路径，保证业务QoS。总而言之，无线自组网是一种不依赖现有基础通信设施，能够动态、快速构建分布式、无中心网络的技术。它具有自组织、自恢复、高耐久性等诸多优点。费率可以调整。带宽可以按需分配、无人机可以临时加入或退出、可以使用多跳中继、节点可以随意移动、网络拓扑可以动态改变等。

通过上面的介绍，大家应该知道在制作无人机集群通信组网方案时，如何选择哪种系统的通信方式了。但话又说回来，最终还是要根据实际应用需求来选择方案，最合适的就是最好的。如果您决定使用无线自组网络解决方案并购买无线自组网络电台，则必须仔细考虑是购买WIFI 自组网络电台还是非WIFI 自组网络电台。笔者在对接项目时，通常会先了解项目在通信组网方面的具体需求，然后推荐合适的自组网电台。目前，JumpTong宽带自组网产品已广泛应用于无人机集群自组网系统。为了避免选购收音机时出现混乱，这里做一下简单的介绍和指导。 T3W、T3S、T3M系列主要参数说明及对比如下表：

T3W系列电台基于高通平台构建，采用OFDM、MIMO、CSMA/CA、智能路由等技术开发。它们具有网络规模大、中继跳数多、通信距离远、传输速率高、频谱扫描、接口丰富、可定制性强等特点。性能好、性价比高，比较适合网络规模10个节点左右、通信距离10~20km左右、对成本相对敏感的无人机集群应用。

T3S系列基于SDR平台（ZYNQ70xx+AD936x）构建，采用COFDM、分集接收、动态TDMA、智能路由等新技术开发。具有网络规模大、中继跳数多、通信距离远、传输速率高的特点。通信网络稳定、工作频率范围宽、入网/退出速度快、路由切换速度快、节点高速移动、通信安全保密、IP语音清晰、通信抗干扰能力强、接口丰富、可定制性强等优良特性特征。该收音机成本高，性能优良。可稳定支持64节点通信组网，适用于长距离30~200km的大规模集群组网应用场景。

T3M系列电台和T3S系列电台构建在同一平台上。 T3M系列电台是T3S系列电台的增强传输速率版本。 T3M系列电台在T3S系列电台的基础上，采用了MIMO技术。 10MHz带宽下峰值速率可达50+Mbps，20MHz带宽下峰值速率可达100+Mbps。在不增加带宽和发射功率的情况下，T3M系列电台大大提高了频谱利用率和网络系统容量。

T3S和T3M系列电台均具有自适应选频和宽带跳频两种抗干扰功能模式。其中，具有自适应频率选择和抗干扰功能，网络系统可以实时评估候选频点的通信质量。当前工作频点受到干扰后，能够自动快速切换到不间断的频率进行通信，自动避开各种干扰。宽带跳频抗干扰功能，载频按照预设的特定跳频模式快速跳跃，跳跃速度大于1000跳/秒，带宽大于200MHz，跳频点数支持最大256个，具有较强的抗干扰能力和抗截获能力，保证了信息传输的可靠性。抗干扰功能一般适用于需要应对复杂电磁环境的通信抗干扰应用场景。由于实施难度大、价格相对较高，主要针对军用领域或高端民用领域。抗干扰功能模式为可选功能。您可以选择不选择抗干扰功能以降低成本。评论付干江

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