一种水面无人艇协同组网方法与流程

本发明是一种水面无人艇协同组网方法，属水面无人艇作战领域，特别是水面无人艇协同组网。

背景技术：

专利：一种基于信息融合的分布式分级协同组网系统，授权公告号：cn205793377u，该专利其中方法包括：一级网络、二级网络、三级网络的三个级别网络，三级网络包括三个从管和一个三级主管组成的一个协同组，二级网络包括四个协同组组成的一个机群，一级网络包括两个机群，整个网络为有中心自组网的网络。该专利采用的一种基于信息融合的分布式分级协同组网系统，有利于网络之间信息共享、协同执行任务，提高抗干扰能力。该专利建立的分布式分级协同组网方法共分为三级网络、二级网络、一级网络三个等级。三级网络包括三个从管和一个三级主管组成的一个协同组，一个三级协同组由四个单位个体组成。二级网络只能接受四个完整的协同组，不能将独立的单位个体纳入协同组，亦不能将两个不完整的协同组整合为一个协同组。水面无人艇在进行协同组网时，需要根据任务需要整合、变更组网关系，需要一种可调整的协同组网方法。该专利所描述方法组网关系相对固化，不符合水面无人艇协同组网的需要。

专利：一种用于无人机组网协同的方法，申请公布号：cn106953682a，该专利其中方法包括：系统生成不同的帧结构，并为每一个无人机分配不同的帧结构；所述帧结构的前导码序列由短训练序列和信道估计序列组成，所述短训练序列为周期为p＝2ⁿ-1的m序列，信道估计序列为格雷互补序列gb256和ga256；每个无人机根据分配到的帧结构存储对应的序列，用于识别接收的消息；系统使用不同的帧结构发送不同的消息给无人机；无人机接收到消息后，根据所存储的序列与接收到的信号做自相关判断消息是否发送给本机。该专利的有益效果为，可以产生很多不同的帧结构，可以实现利用不同的帧结构实现不同的无人机组网协同方式，简单实用。

该专利为每一个无人机分配不同的帧结构，每个无人机根据分配到的帧结构识别接收的消息是否为本机消息，从而达到同时控制多台无人机的效果。该方法虽然可以根据发送不同控制信息到多台无人机以达到协同控制无人机群的效果，但在该方法下，无人机间并未建立信息连接关系，不能对彼此信息、目标信息进行交互融合，不能在多台无人机之间传递控制指令信息。水面无人艇在进行协同任务时，要求艇间存在信息共享与融合。该专利中所描述方法不支持艇间信息传递，不符合水面无人艇协同组网的需要。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种水面无人艇协同组网方法，设计了一种水面无人艇协同组网方法，利用水面无人艇上搭载的无线网络通信设备，建立水面无人艇协同组网关系。

一种水面无人艇协同组网方法，其特征在于，包括下列步骤，

步骤一，单个水面无人艇之间进行协同组网

组成水面无人艇小组；水面无人艇小组中有一个组长，设有两艘准备进行协同组网的水面无人艇分别为a艇与b艇，在指挥控制台操控用于组网的无线网络通信设备开启后，a艇与b艇进入可组网状态，持续向外发送组网请求，同时随时可接收它艇的组网请求；

步骤二，水面无人艇组间协同组网

1)由于用于进行水面无人艇协同组网的无线网络通信设备存在性能限制，需要根据设备通信带宽可承载能力对水面无人艇小组内最大可容纳的单位艇数量进行限制；

2)为每艘协同小组内的水面无人艇设置组网判断标识号：(a，b)；其中a≥1，b≥1，且a、b均为整数；a表示该艇在协同小组内的级别，最低为1级，若作为主艇身份可指挥僚艇，每向后增加一级僚艇，则该艇级别增加一级，依次为2级、3极、4级；在一个协同小组内，以主艇级别依次向后排序，已最低一级僚艇为1级，同一级别的僚艇拥有相同的级别数；b表示该艇直接携从的僚艇数量，越级携从不计算在内；

3)如果一个最高为3级组长的水面无人艇协同小组，组内各水面无人艇的组网判断标识号如下所示：

由于无线通讯带宽的局限性，存在水面无人艇小组内最大可容纳单位艇数量的限制，本方法通过定义水面无人艇小组内组网判断标识号(a，b)中a与b的最大值x与y，既amax≤x、bmax≤y，来限制一个水面无人艇小组的最大可容纳单位艇数量；

4)在一个水面无人艇协同小组中，一定存在主艇与僚艇的角色划分，每一个水面无人艇协同小组有且只有一个主艇，该组中只有第3级艇为主艇，其余均为僚艇；

5)水面无人艇组间协同组网以首先接触为原则，判断已建立起暂组网状态的两艇是否可进行组网；

6)组间组网发生的情况有两种：①发生在a组主艇与b组主艇之间，这种情况下，其中a主艇及其僚艇均成为b组主艇的僚艇，或b主艇及其僚艇均成为a组主艇的僚艇；②发生在a组僚艇与b组主艇之间，在这种情况下，只可能b组主艇及其僚艇均成为a组主艇的僚艇；

7)水面无人艇在协同小组中成为僚艇身份后，便只可跟随主艇以小组状态与其他小组进行组间组网，僚艇不可单独直接参与到其他水面无人艇小组的协同组网；

8)判断水面无人艇在协同小组内的身份是主艇还是僚艇的标准是判断该艇是否存在上级，若不存在，则为主艇；若存在，则为僚艇；单艇在判断组内身份时以主艇身份计算；

9)判断水面无人艇是否可在协同组网中携从其他水面无人艇的标准为判断该艇组网判断标识号(a，b)中b的值是否等于设置最大值y，若b等于y，则该艇不可再携从其他水面无人艇；

10)若同时有超过两个水面无人艇小组进行协同组网，则以首先接触为原则，将首先接触的两个水面无人艇小组进行组网，当建立新的协同小组后，再与下一个水面无人艇小组进行组网。

所述的步骤一，单个水面无人艇之间进行协同组网，具体分步骤如下，

s101、a艇向外发送组网请求信息，请求信息中包含a艇标识；

s102、b艇判断是否收到了其它艇发送的组网请求信息，若没有收到外来组网请求信息，则进入s103；若收到了外来组网请求信息，则进入s104；

s103、此次协同组网未成功，返回s102；

s104、b艇确认收到了来自a艇的组网请求信息，b艇进入准组网状态，准备与a艇建立通信连接；

s105、b艇向外发送组网回告信息；为避免回告信息被第三方接收识别，造成组网关系混乱，回告信息中包含a艇与b艇的标识；

s106、a艇判断是否收到了其它艇发送的组网回告信息，若没有收到外来组网回告信息，则进入s107；若收到了外来组网回告信息，则进入s108；

s107、此次协同组网未成功，返回s106；

s108、a艇确认收到了来自b艇的组网回告信息，a艇进入准组网状态，准备与b艇建立通信连接；

s109、a艇与b艇建立通信连接，进入暂组网状态；

s110、a艇与b艇分别向对应的指挥控制台发送组网确认请求；

s111、a艇与b艇指挥控制台均收到来自对应水面无人艇的组网确认请求，指挥控制台操控人员判断是否同意a艇与b艇进行协同组网，若有一方不同意，则进入s112；若双方均同意，则进入s113；

s112、此次协同组网未成功，返回s111；

s113、指挥控制台操控人员对a艇与b艇建立的协同小组的组内关系进行编辑，确认两艇在组内的角色划分；

s114、a艇与b艇成功组网，协同组网流程结束。

所述的步骤二，单个水面无人艇之间进行协同组网，具体分步骤如下，

设有两艘水面无人艇准备进行协同组网，两艇分别为1号艇与2号艇，两艇分别隶属于水面无人艇小组1与水面无人艇小组2,两艇组网判断标识号分别为(a1，b1)与(a2，b2)，由于无线通信带宽的限制，a1与a2的最大值为x，b1与b2的最大值为y；当1号艇不为水面无人艇小组1的主艇时，该组主艇的组网判断标识号为(at，bt)；以此条件设计水面无人艇组间组网规则如下；

s301，判断两艘水面无人艇在小组内的角色；若一艘为小组内僚艇，另一艘为小组内主艇，此时设1号艇为小组1僚艇，2号艇为小组2主艇，则进入s302；若两艇均为所在水面无人艇小组的主艇，则进入s303；

s302，判断at+a2是否大于x，表示在两个协同小组准备进行组网时，判断组网后主艇级别是否超过最高限制；若at+a2＞x，表明已超过最高限制，则进入s304；若at+a2≤x，表明未超过最高限制，则进入s305；

s303，判断a1与a2是否大于x，表示在两个协同小组准备进行组网时，判断两组主艇是否为最高级别主艇；若a1＝x、a2＝x，表明两组主艇均为最高级别主艇，则进入s310；若a1＝x、a2＜x，表明1号艇为最高级别主艇，2号艇不为最高级别主艇，则进入s311；若a1＝x、a2＝x，表明两组主艇均不为最高级别主艇，则进入s312；

s304，两个水面无人艇协同小组不能进行组间组网，返回s302；

s305，判断b1是否为y，表示在两个协同小组准备进行组网时，判断1号艇携从的无人艇数量是否达到最高值；若b1＝y，表明1号艇携从的无人艇数量已达到最高值，则进入s306；若b1＜y，表明1号艇携从的无人艇数量未达到最高值，则进入s307；

s306，两个水面无人艇协同小组不能进行组间组网，返回s305；

s307，判断a1与a2的大小关系，以此为依据对组间组网后两艇的组网判断识别号进行变更；若a1＞a2，则进入s308；若a1≤a2，则进入s309；

s308，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1、a2’＝a1-1、at’＝at，返回s307；

s309，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a2+1、a2’＝a2、at’＝at+a2，返回s307；

s310，两个水面无人艇协同小组不能进行组间组网，返回s303；

s311，判断b1是否为y，表示在两个协同小组准备进行组网时，判断(1)号艇携从的无人艇数量是否达到最高值；若b1＝y，表明(1)号艇携从的无人艇数量已达到最高值，则进入s313；若b1＜y，表明1号艇携从的无人艇数量未达到最高值，则进入s314；

s312，判断a1与a2的大小关系，以此为依据对组间组网后两艇的组网判断识别号进行变更；若a1＝a2，则进入s315；若a1＞a2，则进入s316；

s313，两个水面无人艇协同小组不能进行组间组网，返回s311；

s314，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1、a2’＝a1-1，返回s311；

s315，判断b1与b2是否为y，表示在两个协同小组准备进行组网时，判断两艇携从的无人艇数量是否达到最高值；若b1＝y、b2＝y，表明两艇携从的无人艇数量均已达到最高值，则进入s317；若b1＜y、b2＝y，表明1号艇携从的无人艇数量未达到最高值，2号艇携从的无人艇数量已达到最高值，则进入s318；若b1＝y、b2＜y，表明1号艇携从的无人艇数量已达到最高值，2号艇携从的无人艇数量未达到最高值，则进入s319；若b1＜y、b2＜y，表明两艇携从的无人艇数量均未达到最高值，则进入s320；

s316，判断b1与b2是否为y，表示在两个协同小组准备进行组网时，判断两艇携从的无人艇数量是否达到最高值；若b1＝y、b2＝y，表明两艇携从的无人艇数量均已达到最高值，则进入s323；若b1＜y、b2＝y，表明1号艇携从的无人艇数量未达到最高值，2号艇携从的无人艇数量已达到最高值，则进入s324；若b1＝y、b2＜y，表明1号艇携从的无人艇数量已达到最高值，2号艇携从的无人艇数量未达到最高值，则进入s325；若b1＜y、b2＜y，表明两艇携从的无人艇数量均未达到最高值，则进入s326；

s317，两个水面无人艇协同小组不能进行组间组网，返回s315；

s318，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，1号艇为主艇，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1+1、a2’＝a2，返回s315；

s319，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，(2)号艇为主艇，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1a2’＝a2+1，返回s315；

s320，通过操控人员在水面无人艇指挥控制台上确定或通过随机方法确定两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，1号艇与2号艇的组内角色；若设定1号艇为主艇，2号艇为僚艇，则进入s321；若设定2号艇为主艇，1号艇为僚艇，则进入s322；

s321，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1+1、a2’＝a2，返回s320；

s322，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1、a2’＝a2+1，返回s320；

s323，两个水面无人艇协同小组不能进行组间组网，返回s316；

s324，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，1号艇为主艇，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1、a2’＝a1-1，返回s316；

s325，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，2号艇为主艇，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1、a2’＝a1+1，返回s316；

s326，通过操控人员在水面无人艇指挥控制台上确定或通过随机方法确定两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，1号艇与2号艇的组内角色；若设定1号艇为主艇，2号艇为僚艇，则进入s327；若设定2号艇为主艇，(1)号艇为僚艇，则进入s328；

s327，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1、a2’＝a1-1，返回s326；

s328，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1、a2’＝a1+1，返回s326。

本发明利用水面无人艇上搭载的无线网络通信设备，建立水面无人艇协同组网关系。对艇间协同组网流程、组间协同组网准则、组间协同组网规则进行了设计，能够满足在无线网络通信设备承载能力下，使水面无人艇集群进行相对自由且可调整的协同组网。建立了相对健全的水面无人艇协同组网机制，满足水面无人艇集群的使用，提高了水面无人艇集群的任务执行能力与航行协同效果。

附图说明

图1、本发明水面无人艇协同组网流程；说明两艘水面无人艇之间的协同组网机制；

图2、本发明水面无人艇协同小组内各艇组网判断标识号；依据水面无人艇组网判断标识号的定义，在一个水面无人艇协同小组内举例说明了各艇的组网判断标识号。

图3-1、本发明水面无人艇组间组网流程；依据水面无人艇组间协同组网规则，说明了水面无人艇组间组网的具体判断分析流程。

图3-2、本发明水面无人艇组间组网流程(续图)；

图4、本发明两组主艇间组网示意图；以两个二级三艇水面无人艇协同小组的两组主艇之间建立组网连接的情况为例，说明了组网前后组内各艇组网判断标识号的变化情况。

图5本发明主艇与僚艇间组网示意图；以两个二级三艇水面无人艇协同小组的主艇与僚艇之间建立组网连接的情况为例，说明了组网前后组内各艇组网判断标识号的变化情况。

具体实施方式

一种水面无人艇协同组网方法，其特征在于，包括下列步骤，

步骤一，单个水面无人艇之间进行协同组网

组成水面无人艇小组；水面无人艇小组中有一个组长，设有两艘准备进行协同组网的水面无人艇分别为a艇与b艇，在指挥控制台操控用于组网的无线网络通信设备开启后，a艇与b艇进入可组网状态，持续向外发送组网请求，同时随时可接收它艇的组网请求；

步骤二，水面无人艇组间协同组网

1)由于用于进行水面无人艇协同组网的无线网络通信设备存在性能限制，需要根据设备通信带宽可承载能力对水面无人艇小组内最大可容纳的单位艇数量进行限制；

2)为每艘协同小组内的水面无人艇设置组网判断标识号：(a，b)；其中a≥1，b≥1，且a、b均为整数；a表示该艇在协同小组内的级别，最低为1级，若作为主艇身份可指挥僚艇，每向后增加一级僚艇，则该艇级别增加一级，依次为2级、3极、4级；在一个协同小组内，以主艇级别依次向后排序，已最低一级僚艇为1级，同一级别的僚艇拥有相同的级别数；b表示该艇直接携从的僚艇数量，越级携从不计算在内；

3)如果一个最高为3级组长的水面无人艇协同小组，组内各水面无人艇的组网判断标识号如下所示：

由于无线通讯带宽的局限性，存在水面无人艇小组内最大可容纳单位艇数量的限制，本方法通过定义水面无人艇小组内组网判断标识号(a，b)中a与b的最大值x与y，既amax≤x、bmax≤y，来限制一个水面无人艇小组的最大可容纳单位艇数量；

4)在一个水面无人艇协同小组中，一定存在主艇与僚艇的角色划分，每一个水面无人艇协同小组有且只有一个主艇，该组中只有第3级艇为主艇，其余均为僚艇；

5)水面无人艇组间协同组网以首先接触为原则，判断已建立起暂组网状态的两艇是否可进行组网；

6)组间组网发生的情况有两种：①发生在a组主艇与b组主艇之间，这种情况下，其中a主艇及其僚艇均成为b组主艇的僚艇，或b主艇及其僚艇均成为a组主艇的僚艇；②发生在a组僚艇与b组主艇之间，在这种情况下，只可能b组主艇及其僚艇均成为a组主艇的僚艇；

7)水面无人艇在协同小组中成为僚艇身份后，便只可跟随主艇以小组状态与其他小组进行组间组网，僚艇不可单独直接参与到其他水面无人艇小组的协同组网；

8)判断水面无人艇在协同小组内的身份是主艇还是僚艇的标准是判断该艇是否存在上级，若不存在，则为主艇；若存在，则为僚艇；单艇在判断组内身份时以主艇身份计算；

9)判断水面无人艇是否可在协同组网中携从其他水面无人艇的标准为判断该艇组网判断标识号(a，b)中b的值是否等于设置最大值y，若b等于y，则该艇不可再携从其他水面无人艇；

10)若同时有超过两个水面无人艇小组进行协同组网，则以首先接触为原则，将首先接触的两个水面无人艇小组进行组网，当建立新的协同小组后，再与下一个水面无人艇小组进行组网。

所述的步骤一，单个水面无人艇之间进行协同组网，具体分步骤如下，

s101、a艇向外发送组网请求信息，请求信息中包含a艇标识；

s102、b艇判断是否收到了其它艇发送的组网请求信息，若没有收到外来组网请求信息，则进入s103；若收到了外来组网请求信息，则进入s104；

s103、此次协同组网未成功，返回s102；

s104、b艇确认收到了来自a艇的组网请求信息，b艇进入准组网状态，准备与a艇建立通信连接；

s105、b艇向外发送组网回告信息；为避免回告信息被第三方接收识别，造成组网关系混乱，回告信息中包含a艇与b艇的标识；

s106、a艇判断是否收到了其它艇发送的组网回告信息，若没有收到外来组网回告信息，则进入s107；若收到了外来组网回告信息，则进入s108；

s107、此次协同组网未成功，返回s106；

s108、a艇确认收到了来自b艇的组网回告信息，a艇进入准组网状态，准备与b艇建立通信连接；

s109、a艇与b艇建立通信连接，进入暂组网状态；

s110、a艇与b艇分别向对应的指挥控制台发送组网确认请求；

s111、a艇与b艇指挥控制台均收到来自对应水面无人艇的组网确认请求，指挥控制台操控人员判断是否同意a艇与b艇进行协同组网，若有一方不同意，则进入s112；若双方均同意，则进入s113；

s112、此次协同组网未成功，返回s111；

s113、指挥控制台操控人员对a艇与b艇建立的协同小组的组内关系进行编辑，确认两艇在组内的角色划分；

s114、a艇与b艇成功组网，协同组网流程结束。

所述的步骤二，单个水面无人艇之间进行协同组网，具体分步骤如下，

设有两艘水面无人艇准备进行协同组网，两艇分别为1号艇与2号艇，两艇分别隶属于水面无人艇小组1与水面无人艇小组2,两艇组网判断标识号分别为(a1，b1)与(a2，b2)，由于无线通信带宽的限制，a1与a2的最大值为x，b1与b2的最大值为y；当1号艇不为水面无人艇小组1的主艇时，该组主艇的组网判断标识号为(at，bt)；以此条件设计水面无人艇组间组网规则如下；

s301，判断两艘水面无人艇在小组内的角色；若一艘为小组内僚艇，另一艘为小组内主艇，此时设1号艇为小组1僚艇，2号艇为小组2主艇，则进入s302；若两艇均为所在水面无人艇小组的主艇，则进入s303；

s302，判断at+a2是否大于x，表示在两个协同小组准备进行组网时，判断组网后主艇级别是否超过最高限制；若at+a2＞x，表明已超过最高限制，则进入s304；若at+a2≤x，表明未超过最高限制，则进入s305；

s303，判断a1与a2是否大于x，表示在两个协同小组准备进行组网时，判断两组主艇是否为最高级别主艇；若a1＝x、a2＝x，表明两组主艇均为最高级别主艇，则进入s310；若a1＝x、a2＜x，表明1号艇为最高级别主艇，2号艇不为最高级别主艇，则进入s311；若a1＝x、a2＝x，表明两组主艇均不为最高级别主艇，则进入s312；

s304，两个水面无人艇协同小组不能进行组间组网，返回s302；

s305，判断b1是否为y，表示在两个协同小组准备进行组网时，判断1号艇携从的无人艇数量是否达到最高值；若b1＝y，表明1号艇携从的无人艇数量已达到最高值，则进入s306；若b1＜y，表明1号艇携从的无人艇数量未达到最高值，则进入s307；

s306，两个水面无人艇协同小组不能进行组间组网，返回s305；

s307，判断a1与a2的大小关系，以此为依据对组间组网后两艇的组网判断识别号进行变更；若a1＞a2，则进入s308；若a1≤a2，则进入s309；

s308，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1、a2’＝a1-1、at’＝at，返回s307；

s309，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a2+1、a2’＝a2、at’＝at+a2，返回s307；

s310，两个水面无人艇协同小组不能进行组间组网，返回s303；

s311，判断b1是否为y，表示在两个协同小组准备进行组网时，判断(1)号艇携从的无人艇数量是否达到最高值；若b1＝y，表明(1)号艇携从的无人艇数量已达到最高值，则进入s313；若b1＜y，表明1号艇携从的无人艇数量未达到最高值，则进入s314；

s312，判断a1与a2的大小关系，以此为依据对组间组网后两艇的组网判断识别号进行变更；若a1＝a2，则进入s315；若a1＞a2，则进入s316；

s313，两个水面无人艇协同小组不能进行组间组网，返回s311；

s314，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1、a2’＝a1-1，返回s311；

s315，判断b1与b2是否为y，表示在两个协同小组准备进行组网时，判断两艇携从的无人艇数量是否达到最高值；若b1＝y、b2＝y，表明两艇携从的无人艇数量均已达到最高值，则进入s317；若b1＜y、b2＝y，表明1号艇携从的无人艇数量未达到最高值，2号艇携从的无人艇数量已达到最高值，则进入s318；若b1＝y、b2＜y，表明1号艇携从的无人艇数量已达到最高值，2号艇携从的无人艇数量未达到最高值，则进入s319；若b1＜y、b2＜y，表明两艇携从的无人艇数量均未达到最高值，则进入s320；

s316，判断b1与b2是否为y，表示在两个协同小组准备进行组网时，判断两艇携从的无人艇数量是否达到最高值；若b1＝y、b2＝y，表明两艇携从的无人艇数量均已达到最高值，则进入s323；若b1＜y、b2＝y，表明1号艇携从的无人艇数量未达到最高值，2号艇携从的无人艇数量已达到最高值，则进入s324；若b1＝y、b2＜y，表明1号艇携从的无人艇数量已达到最高值，2号艇携从的无人艇数量未达到最高值，则进入s325；若b1＜y、b2＜y，表明两艇携从的无人艇数量均未达到最高值，则进入s326；

s317，两个水面无人艇协同小组不能进行组间组网，返回s315；

s318，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，1号艇为主艇，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1+1、a2’＝a2，返回s315；

s319，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，(2)号艇为主艇，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1a2’＝a2+1，返回s315；

s320，通过操控人员在水面无人艇指挥控制台上确定或通过随机方法确定两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，1号艇与2号艇的组内角色；若设定1号艇为主艇，2号艇为僚艇，则进入s321；若设定2号艇为主艇，1号艇为僚艇，则进入s322；

s321，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1+1、a2’＝a2，返回s320；

s322，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1、a2’＝a2+1，返回s320；

s323，两个水面无人艇协同小组不能进行组间组网，返回s316；

s324，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，1号艇为主艇，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1、a2’＝a1-1，返回s316；

s325，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，2号艇为主艇，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1、a2’＝a1+1，返回s316；

s326，通过操控人员在水面无人艇指挥控制台上确定或通过随机方法确定两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，1号艇与2号艇的组内角色；若设定1号艇为主艇，2号艇为僚艇，则进入s327；若设定2号艇为主艇，(1)号艇为僚艇，则进入s328；

s327，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1、a2’＝a1-1，返回s326；

s328，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1、a2’＝a1+1，返回s326。

本发明首先以两艘单艇之间的协同组网为例，对水面无人艇协同组网流程进行设计。之后考虑在实际使用中，水面无人艇之间的协同组网存在组间组网的可能，既一个水面无人艇小组与另一个水面无人艇小组进行协同组网，进行水面无人艇组间组网准则的设计。最后在组间组网原则的基础上进行水面无人艇组间组网规则的设计。

(1)水面无人艇艇间协同组网流程：

设有两艘准备进行协同组网的水面无人艇分别为a艇与b艇，在指挥控制台操控用于组网的无线网络通信设备开启后，a艇与b艇进入可组网状态，持续向外发送组网请求，同时随时可接收它艇的组网请求，以b艇首先接收到a艇的组网请求为例，设计以下协同组网流程。

s101、a艇向外发送组网请求信息，请求信息中包含a艇标识。

s102、b艇判断是否收到了其它艇发送的组网请求信息，若没有收到外来组网请求信息，则进入s103；若收到了外来组网请求信息，则进入s104。

s103、此次协同组网未成功，返回s102。

s104、b艇确认收到了来自a艇的组网请求信息，b艇进入准组网状态，准备与a艇建立通信连接。

s105、b艇向外发送组网回告信息。为避免回告信息被第三方接收识别，造成组网关系混乱，回告信息中包含a艇与b艇的标识。

s106、a艇判断是否收到了其它艇发送的组网回告信息，若没有收到外来组网回告信息，则进入s107；若收到了外来组网回告信息，则进入s108。

s107、此次协同组网未成功，返回s106。

s108、a艇确认收到了来自b艇的组网回告信息，a艇进入准组网状态，准备与b艇建立通信连接。

s109、a艇与b艇建立通信连接，进入暂组网状态。

s110、a艇与b艇分别向对应的指挥控制台发送组网确认请求。

s111、a艇与b艇指挥控制台均收到来自对应水面无人艇的组网确认请求，指挥控制台操控人员判断是否同意a艇与b艇进行协同组网，若有一方不同意，则进入s112；若双方均同意，则进入s113。

s112、此次协同组网未成功，返回s111。

s113、指挥控制台操控人员对a艇与b艇建立的协同小组的组内关系进行编辑，确认两艇在组内的角色划分。

s114、a艇与b艇成功组网，协同组网流程结束。

(2)水面无人艇组间协同组网准则：

1)由于用于进行水面无人艇协同组网的无线网络通信设备存在性能限制，需要根据设备通信带宽可承载能力对水面无人艇小组内最大可容纳的单位艇数量进行限制。

2)为每艘协同小组内的水面无人艇设置组网判断标识号：(a，b)。其中a≥1，b≥1，且a、b均为整数。a表示该艇在协同小组内的级别，最低为1级，若作为主艇身份可指挥僚艇，每向后增加一级僚艇，则该艇级别增加一级，依次为2级、3极、4级。在一个协同小组内，以主艇级别依次向后排序，已最低一级僚艇为1级，同一级别的僚艇拥有相同的级别数。b表示该艇直接携从的僚艇数量，越级携从不计算在内。

以一个最高为3级组长的水面无人艇协同小组为例，说明组内各水面无人艇的组网判断标识号如下所示。

3)由于无线通讯带宽的局限性，存在水面无人艇小组内最大可容纳单位艇数量的限制，本方法通过定义水面无人艇小组内组网判断标识号(a，b)中a与b的最大值x与y，既amax≤x、bmax≤y，来限制一个水面无人艇小组的最大可容纳单位艇数量。

4)在一个水面无人艇协同小组中，一定存在主艇与僚艇的角色划分，每一个水面无人艇协同小组有且只有一个主艇，以图2中所示水面无人艇小组为例，该组中只有第3级艇为主艇，其余均为僚艇。

5)水面无人艇组间协同组网以首先接触为原则，判断已建立起暂组网状态的两艇是否可进行组网。

6)组间组网发生的情况有两种：①发生在a组主艇与b组主艇之间，这种情况下，其中a主艇及其僚艇均成为b组主艇的僚艇，或b主艇及其僚艇均成为a组主艇的僚艇。②发生在a组僚艇与b组主艇之间，在这种情况下，只可能b组主艇及其僚艇均成为a组主艇的僚艇。

7)水面无人艇在协同小组中成为僚艇身份后，便只可跟随主艇以小组状态与其他小组进行组间组网，僚艇不可单独直接参与到其他水面无人艇小组的协同组网。

8)判断水面无人艇在协同小组内的身份是主艇还是僚艇的标准是判断该艇是否存在上级，若不存在，则为主艇；若存在，则为僚艇。单艇在判断组内身份时以主艇身份计算。

9)判断水面无人艇是否可在协同组网中携从其他水面无人艇的标准为判断该艇组网判断标识号(a，b)中b的值是否等于设置最大值y，若b等于y，则该艇不可再携从其他水面无人艇。

10)若同时有超过两个水面无人艇小组进行协同组网，则以首先接触为原则，将首先接触的两个水面无人艇小组进行组网，当建立新的协同小组后，再与下一个水面无人艇小组进行组网。

(3)水面无人艇组间协同组网规则：

设有两艘水面无人艇准备进行协同组网，两艇分别为(1)号艇与(2)号艇，两艇分别隶属于水面无人艇小组(1)与水面无人艇小组(2),两艇组网判断标识号分别为(a1，b1)与(a2，b2)，由于无线通信带宽的限制，a1与a2的最大值为x，b1与b2的最大值为y。当(1)号艇不为水面无人艇小组(1)的主艇时，该组主艇的组网判断标识号为(at，bt)。以此条件设计水面无人艇组间组网规则如下。

s301，判断两艘水面无人艇在小组内的角色。若一艘为小组内僚艇，另一艘为小组内主艇，此时设(1)号艇为小组(1)僚艇，(2)号艇为小组(2)主艇，则进入s302；若两艇均为所在水面无人艇小组的主艇，则进入s303。

s302，判断at+a2是否大于x，表示在两个协同小组准备进行组网时，判断组网后主艇级别是否超过最高限制。若at+a2＞x，表明已超过最高限制，则进入s304；若at+a2≤x，表明未超过最高限制，则进入s305。

s303，判断a1与a2是否大于x，表示在两个协同小组准备进行组网时，判断两组主艇是否为最高级别主艇。若a1＝x、a2＝x，表明两组主艇均为最高级别主艇，则进入s310；若a1＝x、a2＜x，表明(1)号艇为最高级别主艇，(2)号艇不为最高级别主艇，则进入s311；若a1＝x、a2＝x，表明两组主艇均不为最高级别主艇，则进入s312。

s304，两个水面无人艇协同小组不能进行组间组网，返回s302。

s305，判断b1是否为y，表示在两个协同小组准备进行组网时，判断(1)号艇携从的无人艇数量是否达到最高值。若b1＝y，表明(1)号艇携从的无人艇数量已达到最高值，则进入s306；若b1＜y，表明(1)号艇携从的无人艇数量未达到最高值，则进入s307。

s306，两个水面无人艇协同小组不能进行组间组网，返回s305。

s307，判断a1与a2的大小关系，以此为依据对组间组网后两艇的组网判断识别号进行变更。若a1＞a2，则进入s308；若a1≤a2，则进入s309。

s308，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1、a2’＝a1-1、at’＝at，返回s307。

s309，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a2+1、a2’＝a2、at’＝at+a2，返回s307。

s310，两个水面无人艇协同小组不能进行组间组网，返回s303。

s311，判断b1是否为y，表示在两个协同小组准备进行组网时，判断(1)号艇携从的无人艇数量是否达到最高值。若b1＝y，表明(1)号艇携从的无人艇数量已达到最高值，则进入s313；若b1＜y，表明(1)号艇携从的无人艇数量未达到最高值，则进入s314。

s312，判断a1与a2的大小关系，以此为依据对组间组网后两艇的组网判断识别号进行变更。若a1＝a2，则进入s315；若a1＞a2，则进入s316。

s313，两个水面无人艇协同小组不能进行组间组网，返回s311。

s314，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1、a2’＝a1-1，返回s311。

s315，判断b1与b2是否为y，表示在两个协同小组准备进行组网时，判断两艇携从的无人艇数量是否达到最高值。若b1＝y、b2＝y，表明两艇携从的无人艇数量均已达到最高值，则进入s317；若b1＜y、b2＝y，表明(1)号艇携从的无人艇数量未达到最高值，(2)号艇携从的无人艇数量已达到最高值，则进入s318；若b1＝y、b2＜y，表明(1)号艇携从的无人艇数量已达到最高值，(2)号艇携从的无人艇数量未达到最高值，则进入s319；若b1＜y、b2＜y，表明两艇携从的无人艇数量均未达到最高值，则进入s320。

s316，判断b1与b2是否为y，表示在两个协同小组准备进行组网时，判断两艇携从的无人艇数量是否达到最高值。若b1＝y、b2＝y，表明两艇携从的无人艇数量均已达到最高值，则进入s323；若b1＜y、b2＝y，表明(1)号艇携从的无人艇数量未达到最高值，(2)号艇携从的无人艇数量已达到最高值，则进入s324；若b1＝y、b2＜y，表明(1)号艇携从的无人艇数量已达到最高值，(2)号艇携从的无人艇数量未达到最高值，则进入s325；若b1＜y、b2＜y，表明两艇携从的无人艇数量均未达到最高值，则进入s326。

s317，两个水面无人艇协同小组不能进行组间组网，返回s315。

s318，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，(1)号艇为主艇，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1+1、a2’＝a2，返回s315。

s319，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，(2)号艇为主艇，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1a2’＝a2+1，返回s315。

s320，通过操控人员在水面无人艇指挥控制台上确定或通过随机方法确定两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，(1)号艇与(2)号艇的组内角色。若设定(1)号艇为主艇，(2)号艇为僚艇，则进入s321；若设定(2)号艇为主艇，(1)号艇为僚艇，则进入s322。

s321，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1+1、a2’＝a2，返回s320。

s322，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1、a2’＝a2+1，返回s320。

s323，两个水面无人艇协同小组不能进行组间组网，返回s316。

s324，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，(1)号艇为主艇，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1、a2’＝a1-1，返回s316。

s325，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，(2)号艇为主艇，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1、a2’＝a1+1，返回s316。

s326，通过操控人员在水面无人艇指挥控制台上确定或通过随机方法确定两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，(1)号艇与(2)号艇的组内角色。若设定(1)号艇为主艇，(2)号艇为僚艇，则进入s327；若设定(2)号艇为主艇，(1)号艇为僚艇，则进入s328。

s327，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1、a2’＝a1-1，返回s326。

s328，两个水面无人艇协同小组在此条件下进行组间组网后，各水面无人艇组网判断标识号变化情况为：a1’＝a1、a2’＝a1+1，返回s326。

7、本发明的关键点

(1)设计了水面无人艇艇间协同组网流程。

(2)考虑了设备性能的限制，设计了水面无人艇组间协同组网准则。

(3)依据组间协同组网准则，设计了水面无人艇组间协同组网规则。

8、本发明的效果

本发明设计了一种水面无人艇协同组网方法，首先对两艇之间的协同组网流程进行设计，之后对水面无人艇协同小组之间的协同组网方法进行设计。由于无线网络通信设备的性能限制，考虑了水面无人艇组间组网的特点与需要，设计了水面无人艇组间协同组网的准则与规则。本发明建立了多级别，多携从的树状水面无人艇小组之间的协同组网方法，提高了水面无人艇编组作战的自由度，增强了水面无人艇集群的智能水平。

9、本发明的实例

实例1：

两个二级三艇水面无人艇协同小组进行组网，两组主艇之间建立组网连接。各艇在组网前后的组网判断标识号变化情况如图4所示。

实例2：

两个二级三艇水面无人艇协同小组进行组网，一组主艇与另一组僚艇之间建立组网连接。各艇在组网前后的组网判断标识号变化情况如图5所示。

水面无人艇作为当下海洋装备的重要发展方向之一，具有速度快、搭载性强、无需考虑人类承受极限等特点，越来越多的受到国内外相关行业的关注，市场应用前景广阔。目前所研发的多数水面无人艇均为中小型产品，单位个体运载能力有限，不能完成较为复杂的水面任务，影响了水面无人艇的应用范围与任务能力。水面无人艇通过无线通讯手段与岸基或母舰上的指挥控制台进行点对点的连接，若存在多条水面无人艇，则同时需要与之对应的多台指挥控制台进行操控，这种控制方式不能在多条水面无人艇之间建立信息连接关系，只能依靠操控人员之间建立合作关系，再对单艇下达各自的控制指令，不利于水面无人艇之间的协调与合作。

本发明针对上述问题，设计了一种水面无人艇协同组网方法，利用水面无人艇上搭载的无线网络通信设备，建立水面无人艇协同组网关系。对艇间协同组网流程、组间协同组网准则、组间协同组网规则进行了设计，能够满足在无线网络通信设备承载能力下，使水面无人艇集群进行相对自由且可调整的协同组网。建立了相对健全的水面无人艇协同组网机制，满足水面无人艇集群的使用，提高了水面无人艇集群的任务执行能力与航行协同效果。