无人机多机通讯作战系统及方法与流程

本发明属于机载陆地导航通讯接收技术领域，具体涉及一种无人机多机通讯作战系统及方法。

背景技术

现代军事理论和战争模式的发展方向使无人机在未来战争中扮演越来越重要的角色。无人机以其特有的作战方式和作战效能在战争中发挥了重要作用。在未来的防空战场中，无人机将成为一种重要的空中威胁，给防空作战带来严峻的挑战。

随着卫星导航技术、无线通信技术及成像技术在无人机上的应用，无人机在战争中发挥的作用越来越全面，无人机在目标侦察、战术打击、中继通讯等作战领域的优势越来越明显。然而，现有的无人机之间协同能力有限，进而降低了作战能力。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种无人机多机通讯作战系统及方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种

本发明提供的无人机多机通讯作战系统及方法具有以下优点：

本发明提供的一种无人机多机通讯作战系统及方法，实现了无人机多机协同作战任务系统，综合运用战场环境、飞机性能等信息，对作战任务以及飞行任务进行最优化设计，从而达到智能化侦察打击的目的。

附图说明

图1为本发明提供的无人机多机通讯作战系统的结构示意图；

图2为本发明提供的指令链时隙设计的示意图；

图3为本发明提供的多目标打击的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种无人机多机通讯作战系统及方法，实现了无人机多机协同作战任务系统，旨在综合运用战场环境、飞机性能等信息，对作战任务以及飞行任务进行最优化设计，从而达到智能化侦察打击的目的。

参考图1，无人机多机通讯作战系统包括：地面测控信息站、转发飞机和n个任务飞机；其中，n为大于等于1的自然数。下面对地面测控信息站、转发飞机和任务飞机的结构分别详细介绍：

(一)地面测控信息站

所述地面测控信息站包括相控阵高增益天线、无线数据图像收发单元、卫星导航定位单元、无人机发射和回收装置；

所述无线数据图像收发单元用于：接收所述转发飞机下行信息，并实时显示所述转发飞机下行信息；其中，所述转发飞机下行信息包括：转发飞机拍摄的图像、各个任务飞机拍摄的图像、转发飞机的位置状态、各个任务飞机的位置状态、转发飞机的姿态、各个任务飞机的姿态、转发飞机的速度信息以及各个任务飞机的速度信息；所述无线数据图像收发单元还用于：向所述转发飞机发送对各个任务飞机的控制指令，进而控制各个任务飞机的飞行姿态，实现对目标的定位、跟踪、瞄准和精确侦察打击；

所述卫星导航定位单元用于：实现对地面测控信息站的导航定位；

所述无人机发射和回收装置用于：快速发射及可靠回收所述转发飞机和各个所述任务飞机；

因此，地面测控信息站接收转发飞机下行的图像、遥测数据信息，将各个任务飞机拍摄的图像显示在显示装置上，实现对目标的实时监测，接收转发飞机和任务飞机各自的位置状态信息，并实时进行显示，地面操作人员可通过显示装置直接观察目标点和各个飞机的状态、飞行轨迹；地面测控信息站发送控制指令，控制无人机的飞行姿态，实现对目标的定位、跟踪、瞄准和精确侦察打击；地面测控信息站同时配置无人机运输、发射和回收平台，实现对无人机的长距离运输、快速发射及可靠回收。

(二)转发飞机

所述转发飞机包括第1机载抗干扰卫星导航单元、第1机载高精度定位单元、第1高速数图传无线电台、第1惯性导航单元、第1飞行控制单元和第1可见光/红外摄像头；

所述第1机载抗干扰卫星导航单元和所述第1惯性导航单元用于：实现对所述转发飞机的导航；

所述第1机载高精度定位单元用于：实现对所述转发飞机的定位，得到所述转发飞机自身的位置信息、姿态信息和速度信息，并发送给所述第1飞行控制单元；

所述第1可见光/红外摄像头用于：拍摄监测图像，并发送给所述第1飞行控制单元；

所述第1高速数图传无线电台用于：接收各个所述任务飞机发送的任务飞机上行信息；其中，所述任务飞机上行信息包括：任务飞机位置、任务飞机姿态、任务飞机速度以及任务飞机拍摄的目标点图像信息；解析完成后，再将所述任务飞机上行信息、所述转发飞机自身的位置信息、姿态信息和速度信息、所述转发飞机拍摄的监测图像打包，共同转发给所述地面测控信息站；所述第1高速数图传无线电台还用于：接收所述地面测控信息站的控制指令，然后对控制指令进行解析，得到对各个任务飞机的控制指令，再将对各个任务飞机的控制指令发送给对应的任务飞机。

可见，转发飞机能够接收地面测控信息站的控制指令，然后对指令进行解析，而后转发给各个任务飞机；接收各个任务飞机发送的位置、状态数据和目标点图像信息，解析完成后，再转发给地面测控信息站，同时还可下传自身的监测的图像和自身的位置、姿态等信息给地面测控信息站。

(三)任务飞机

所述任务飞机包括第2机载抗干扰卫星导航单元、第2机载高精度定位单元、第2高速数图传无线电台、第2惯性导航单元、第2飞行控制单元和第2可见光/红外摄像头；

所述第2机载抗干扰卫星导航单元和所述第2惯性导航单元用于：实现对所述任务飞机的导航；

所述第2机载高精度定位单元，用于实现对所述任务飞机的定位，得到所述任务飞机自身的位置信息、姿态信息和速度信息，并发送给所述第2飞行控制单元；

所述第2可见光/红外摄像头，用于拍摄监测图像，并发送给所述第2飞行控制单元；

所述第2高速数图传无线电台用于：接收所述转发飞机转发的地面测控信息站的控制指令，对控制指令进行解析，依据控制指令要求进行相关动作；所述第2高速数图传无线电台还用于：将任务飞机自身的位置信息、姿态信息和速度信息、以及任务飞机拍摄的监测图像打包，共同上传给转发飞机，通过所述转发飞机发送给地面测控信息站。

可见，任务飞机配置有机载抗干扰卫星导航接收机、机载高精度定位单元、高速数图传无线电台、惯性导航单元、飞行控制单元和可见光/红外摄像头，能够接收转发飞机转发的地面测控信息站的控制指令，对指令进行解析，依据指令要求进行相关动作；发送自身位置、状态、拍摄的图像数据给转发飞机。

无人机起飞后，使用机载抗干扰卫星导航模式，当有外部干扰信号时，抗干扰导航接收机依然可以对卫星信号进行接收、解调，输出位置、姿态、速度信息；无人机在返航时，启用高精度卫星导航定位模式，使无人机精准的降落在回收平台上。

本系统具备编队设置模式，多架无人机之间可任意组成无人机群，可实现一带一、一带二、一带三等编队方式；具有实时任务规划模式，可根据需要及时调整任务计划；转发飞机与任务飞机机载硬件设备完全一致，可以实现功能互换，转发飞机一旦失联，启用返航模式或者指定任务飞机中的另一架飞机作为转发飞机。

本发明还提供一种根据无人机多机通讯作战系统的无人机多机通讯作战方法，应用场景分为两类：战术侦察和战术打击；无人机战术侦察分为多目标侦察和单目标连续全天候侦察两类；战术打击分为多目标打击和单目标连续打击；

其中，多目标侦察进行通讯作战方法，包括以下步骤：

步骤1，n个任务飞机执行多目标侦察任务时，同时对n个目标进行侦察；其中，转发飞机飞行高度较高，n个任务飞机的飞行高度低于转发飞机；转发飞机用于与地面测控信息站进行通讯，进行地面上行指令及下行数据的中转，即：转发地面测控信息站的控制指令给任务飞机，转发各个地面测控信息站及自身的位置、姿态和图像信息给地面测控信息站，地面操作人员通过发送指令，选择监控任务飞机中任意一架任务飞机所侦察到的目标区域图像；

步骤2，当地面测控信息站监测到转发飞机出现故障时，地面测控信息站指定n个任务飞机中的任意一架任务飞机通过模式配置直接替换转发飞机；

多目标侦查场景下无人机数据、指令信息链具体传输示意如图2所示。

其中，在地面测控信息站、转发飞机和n个任务飞机通讯过程中，采用分时方式进行通讯传输，当地面测控信息站需要传输控制指令给n个任务飞机时，将一帧控制指令按顺序划分为n+1个时隙，分别为第1个时隙、第2个时隙,…,第n+1个时隙；其中，第1个时隙用于传输对转发飞机的指令；第2个时隙,…,第n+1个时隙分别用于传输对第1个任务飞机,…,第n个任务飞机的指令；转发飞机接收到该控制指令后，在各个时隙中分别解调出发给自身的指令以及发给各个任务飞机的指令；然后，将发给n个任务飞机的指令组装成一条新的控制指令，该新的控制指令按顺序划分为n个时隙；然后，转发飞机将新的控制指令同时发送给n个任务飞机；每个任务飞机在各自对应的时隙里解析出针对自身的命令，然后执行相关的动作。

无人机数据、指令链采用分时方式进行传输，图2显示的是一架转发飞机和三架任务飞机的时隙设计，当地面站需要传输指令给a、b、c、d飞机时，在每个时隙时间内将相关指令通过无线链路发送，转发飞机在对应的a、b、c、d四个时隙内解调出发给自身的指令，分别在b、c、d时隙内解调出将要发给各个任务飞机的指令并进行转发，每个任务飞机在各自对应的时隙里解析出针对自己的命令，然后执行相关的动作。

当地面站接收各个任务飞机的数据时，首先是任务飞机在b、c、d时隙内将自身的位置状态等信息发给转发飞机a，转发飞机在对应时隙解析出b、c、d的信息并转发至地面站，地面站在四个时隙内分别解析出每个飞机下传的数据，进行相关处理。

对于一带一，一带二的应用场景，时隙分配保持不变，只不过在相应的时隙内存在空白信息。

单目标连续全天候侦察进行通讯作战方法，包括以下步骤：

当需要执行单目标连续全天侯侦察时，指定n个任务飞机中的一个任务飞机执行侦察任务，指定转发飞机执行转发任务；当前一架次的任务飞机执行完侦察任务后，返航至无人机起落平台，此时，指派剩余任务飞机中的一个任务飞机执行侦察任务，继续对目标点执行侦察；如此不断循环，实现对一个目标点的连续不间断侦察；无人机机上摄像机单元支持可见光和红外机载摄像头，当先前架次的飞机在返航时，可根据当时情况，对后一架次无人机的机载摄像头进行切换，白天使用可见光成像，夜晚使用红外成像，实现对目标区域的全天候侦察。

多目标打击进行通讯作战方法，包括以下步骤：

当需要执行多目标战术打击任务时，可对n个目标进行打击；控制n个任务飞机进入各自对应的投弹区域后，地面测控信息站发送指令给转发飞机，转发飞机将指令分发给各个任务飞机，任务飞机收到指令后分别对相应的目标点进行跟踪、定位、投放炸弹；地面测控信息站通过发送上行命令可选择监控其中任意一架任务飞机下传的图像，选择合适的时机，遥控任务飞机投放炸弹，并观察目标点打击情况；

单目标连续打击进行通讯作战方法，包括以下步骤：

参考图3，指定n个任务飞机中的一个任务飞机执行打击任务，指定转发飞机执行转发任务；当前一架次的任务飞机执行完打击任务后，返航至无人机起落平台，此时，指派剩余任务飞机中的一个任务飞机执行打击任务，继续对目标点执行打击；如此不断循环，实现对一个目标点的连续不间断打击。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。