无人机编队分布式协作系统及其抗干扰方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信技术领域，涉及无人机编队协作技术，更进一步涉及到一种无人 机编队分布式协作联合处理以提高抗干扰能力的方法，可用于现代军事战争中作战编队协 同抗干扰。
【背景技术】
[0002] 无人机作为现代高科技装备之一，其在军事和民用中的独特作用已经越来越受到 重视，而无人机相关的技术在经历了几十年的发展和积累，也日趋成熟。但是，单体无人机 作为小型设备由于受到体积、自身供给以及飞行环境等等因素的限制，功能和效用始终存 在一定的瓶颈，为了满足未来复杂任务和恶劣环境带来的挑战，无人机编队飞行作为无人 机合作化发展方向的一个重要内容就被越来越多的研宄与探讨。
[0003] 无人机编队飞行，即多架无人机为适应任务要求而进行的某种队形排列和任务分 配的组织模式。相比单机系统，无人机编队能够更好的发挥多个无人机的优势，任务处理的 能力也更强。但是不管是无人机单机执勤还是多机编队，都需要无人机系统有一定强度的 抗干扰性能，由于无人机上可装配的设备有限，单机的抗干扰性能经常会难以满足需求，因 此研宄如何发挥多机编队情况下的系统抗干扰优势就有着重大意义。
[0004] 现有的通信抗干扰思路，主要包括增强通信系统的处理增益、发射功率以及天线 增益这三种情况。其中前两者分别是通过实现扩频技术和信源与信道编码技术来达到抗 干扰的目的，这类方法已经比较成熟，但其处理过程在很大程度上增加了通信系统的运算 强度。而无人机系统由于具备小型化的特点，硬件条件的瓶颈使其在运算能力上有限，短期 内难以很好的实现这些方法，所以并不是现阶段应该着重考虑的方向。而对于无人机系统 的天线设计，一般均采用固定天线阵列的设计方式，虽然设计难度不高，但是天线适应性不 强，对不同通信环境很难做出调整。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术提供一种抗干扰能力较 强的无人机编队分布式协作系统。
[0006] 本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术提供一种无人机编队分 布式协作系统的抗干扰方法。
[0007] 本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：该无人机编队分布式协作 系统，其特征在于：包括多台无人机及用于管理前述多台无人机的基站，每架无人机都配备 相同的天线结构单元，所述基站内设置有自检系统，该自检系统能完成基站自身硬件运行 在基站上软件的自检工作，还能完成能被该基站控制的无人机的硬件及运行在前述无人机 上软件的自检工作；前述多台无人机根据基站的派遣指令执行飞行及既定分编任务，从而 使前述多台无人机协同完成同一既定目标任务，该既定目标任务即为前述多台无人机完成 的既定分编任务的融合，执行飞行及既定分编任务的多台无人机在飞行期间，选择排列成 直线阵列或圆形阵列或矩形阵列进行列队飞行。
[0008] 作为改进，如果执行飞行及既定分编任务的无人机数目小于等于3台时，则执行 飞行及既定分编任务的无人机排列成直线阵列进行列队飞行；如果执行飞行及既定分编任 务的无人机数目大于等于4时，则执行飞行及既定分编任务的无人机首选排列成圆形阵列 进行列队飞行，如果出现干扰源大于预定数目，则执行飞行及既定分编任务的无人机排列 成矩形阵列进行列队飞行。
[0009] 本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种无人机编队分布式协 作系统的抗干扰方法，其特征在于：首先构建一个无人机编队分布式协作系统，该无人机编 队分布式协作系统包括：包括多个无人机及用于管理前述多个无人机的基站，每架无人机 都配备相同的天线结构单元，所述基站内设置有自检系统，该自检系统能完成基站自身硬 件运行在基站上软件的自检工作，还能完成能被该基站控制的无人机的硬件及运行在前述 无人机上软件的自检工作，前述无人机编队分布式协作抗干扰方法通过如下步骤实现：
[0010] 步骤一、基站及无人机初始化：
[0011] (la)、基站通过自检系统，完成基站自身及无人机自检工作，同时完成无人机与基 站之间的通信检测，以保证无人机与基站之间的通信状态畅通；
[0012] (lb)、基站采集外界实时信息，将包含有地理位置和空域的环境信息加以分析，根 据每台无人机的燃料和电能的供给限制，确定每台无人机的飞行约束条件；
[0013] 步骤二、无人机编队调整及链路建立：
[0014] (2a)、基站先派遣第一架无人机，并让其作为临时群首担任临时链路中心，然后基 站根据既定目标任务及无人机与基站之间的通信状态给一定数目剩余的无人机发出预派 遣指示；
[0015] (2b)、接收到预派遣的无人机根据与基站及与临时群首之间的通信状态选择加入 或退离编队操作，基站或临时群首则根据接收到预派遣的无人机选择加入或退离编队操 作，以及既定目标任务的执行环境，进行编队数目调整；
[0016] (2c)、机组数目调整完毕后，选择加入编队的无人机则根据基站的派遣指令开始 执行飞行及既定分编任务，前述既定目标任务即为前述加入编队的多台无人机的既定分编 任务的融合，此时，临时群首作为核心节点，构建加入编队的所有无人机之间的临时通信链 路；
[0017] 步骤三、无人机编队群首的确立和调整：
[0018] (3a)、临时通信链路确立后，加入编队的所有无人机内部发起群首选举，加入编队 的所有的无人机都作为一个信息传输节点，进行编队内部的信息传输过程；
[0019] (3b)、加入编队的所有无人机都参与信息传输后，进行横向比较，根据对包括信息 处理速度、时延信息的比较，选取出性能最佳的无人机作为群首；
[0020] (3c)、群首确立后，临时群首由既有的临时通信链路将群首确认信息发送给其余 无人机及基站，再通过群首构建的新的通信中心节点，调整新的通信链路并确立所有加入 编队的无人机之间的通信协议；
[0021] (3d)、群首将新的通信链路及所有加入编队的无人机之间的通信协议先发送给基 站，基站则通过与群首通信来下达指令，若出现群首故障或性能不足，则所有加入编队的无 人机内部重新选举群首进行调整；
[0022] 步骤四、无人机飞行阵型的初始确定及变换：
[0023] (4a)、加入编队的无人机在进行信息传输前，要确定阵型来保证无人机天线增益， 若加入编队的无人机数目小于等于3台，则所有加入编队的无人机排列成直线阵列为初始 阵列进行列队飞行；若加入编队的无人机数目大于等于4台，则所有加入编队的无人机排 列成圆形阵列为初始阵列进行列队飞行；
[0024] (4b)、若加入编队的无人机数目小于等于3台，且加入编队的无人机在信息传输 过程中，若出现干扰源数目大于预定数目，则所有加入编队的无人机排列变换成圆形阵列 进行列队飞行，若干扰信号的方向能精确地估计，则所有加入编队的无人机排列再变换成 直线阵列进行列队飞行；若加入编队的无人机数目大于等于4台，且出现干扰源数目大于 预定数目，则所有加入编队的无人机变换成矩形阵列进行列队飞行。
[0025] 作为改进，加入编队的无人机在收到基站或其他无人机发来的信息时，通过星历 解算或惯导算法，得到信息的来源方向；加入编队的无人机在进行空域处理时，采用线性约 束最小方差准则，群首根据接收到的信息的来源方向计算出该信息的最佳权向量w，然后其 余无人机将自身接收到的信息与该信息对应的最佳权向量w乘积，完成加权处理，从而实 现空域抗干扰。
[0026] 群首实时测量其余加入编队的无人机的飞行速度信息，并且群首还将自身导航信 息及速度信息发送给加入编队的其余无人机；加入编队的其余无人机通过参照群首的定位 与速度信息，实时获取自身在整个编队中的位置。
[0027]与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的无人机编队分布式协作系统，无人 机在执行任务过程中，飞行阵列为可变阵列，包括圆形阵列、直线阵列和矩形阵列。无人机 组可以通过飞行阵型的调整来改变机组接收天线的阵型，这样既发挥了圆阵方位角全向覆 盖的特点，也利用了线阵和面阵单向高增益的优势，极大提高了抗干扰能力，同时很大程度 上减少了系统因为精度不足直接调遣无人机的情况。
【附图说明】
[0028]图1为本发明实施例中无人机编队分布式协作系统的系统流程图；
[0029] 图2为本发明实施例中直线阵列排布示意图；
[0030] 图3为本发明实施例中圆形阵列排布示意图；
[0031] 图4为本发明实施例中矩形阵列排布示意图；
[0032] 图5为本发明实施例中无人机编队流程框图。
【具体实施方式】
[0033] 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0034] 本实施例提供了一种无人机编队分布式协作系统，其包括多台无人机及用于管理 前述多台无人机的基站，每架无人机都配备相同的天线结构单元，阵元1-2个，所述基站内 设置有自检系统，该自检系统能完成基站自身硬件运行在基站上软件的自检工作，还能完 成能被该基站控制的无人机的硬件及运行在前述无人机上软件的自检工作；前述多台无人 机根据基站的派遣指令执行飞行及既定分编任务，从而使前述多台无人机协同完成同一既 定目标任务，该既定目标任务即为前述多台无人机完成的既定分编任务的融合，执行飞行 及既定分编任务的多台无人机在飞行期间，选择排列成直线阵列或圆形阵列或矩形阵列进 行列队飞行。
[0035] 无人机编队分布式协作抗干扰方法通过如下步骤实现，同时参看图5所示：
[0036] 步骤一、基站及无人机初始化：
[0037](la)、基站通过自检系统，完成基站自身及无人机自检工作，同时完成无人机与基 站之间的通信检测，以保证无人机与基站之间的通信状态畅通；
[0038] (lb)、基站采集外界实时信息，将包含有地理位置和空域的环境信息加以分析，根 据每台无人机的燃料和电能的供给限制，确定每台无人机的飞行约束条件，这里的飞行约 束条件包括无人机的飞行时间、飞行位置、和飞行速度；
[0039] 步骤二、