[科普]無人機的關鍵技術之集群通信
無人機集群主要是依賴于先進開放的通信網絡,無人機之間具備協(xié)同交互能力，整個系統(tǒng)呈現(xiàn)群體智能性，單節(jié)點具備可替代性。采用無人機集群技術，可以快速有效的完成任務,同時整個系統(tǒng)具備較強的抗毀性、功能分布化等優(yōu)勢。
盡管無人機集群組網通信具有很大的開展?jié)摿?，但也存在著一些關鍵的具有挑戰(zhàn)性的問題。無人機集群組網通信有效解決傳統(tǒng)的蜂窩無線網絡覆蓋不足的問題，但是組網模式需要根據(jù)具體環(huán)境和作業(yè)條件進行選擇。無人機集群組網通信作業(yè)時，數(shù)據(jù)傳輸量劇增，靜態(tài)的頻譜分配效率不高，導致機群系統(tǒng)性能下降；在為了保證通信安全的條件下，一味增加發(fā)射功率可取得一定的通信可靠性，但是竊聽者也會取得高質量的竊聽信號，會降低通信的安全性。此外，機型多樣化小型化的趨勢下，本身能量受限的無人機將會受到更嚴峻的供能續(xù)航的挑戰(zhàn)，對多樣化任務長時間作業(yè)產生重要影響。以上存在的組網、頻譜分配、通信安全及能量供給等，都是值得深入研究的問題。
順利獲得上面的分析， ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 先來看看現(xiàn)在無人機集群組網通信技術的相關需求及組網模式：
無人機集群組網通信是實現(xiàn)無人機集群間實時信息傳輸?shù)耐ㄐ攀侄?，特殊的應用環(huán)境要求通信網絡必須保證穩(wěn)定可靠的信息交互，減少通信的延遲,保證信息交互的實時性。無人機集群在執(zhí)行任務時，單機節(jié)點受到破壞，退出機群，使得無人機集群自組網網絡架構和拓撲發(fā)生變化，無人機集群自組網在滿足機群間正常通信需求的同時，還要完成無人機集群網絡的動態(tài)重構。在某些關鍵操作上，無人機集群通信網絡還必須保證地面操作員能夠對無人機任務進行授權和確認。
通信技術需求分析:
無人機集群在執(zhí)行任務時，需要滿足無人機實時跟蹤定位、遙控遙測、實時任務規(guī)劃與協(xié)調和任務信息傳輸?shù)裙δ?所有這些功能都需要穩(wěn)定、可靠的通信網絡：
(1)實時跟蹤定位：對無人機實時陸續(xù)在的位置測量。
(2)遙控遙測：對無人機飛行狀態(tài)和設備狀態(tài)參數(shù)的控制及測量。
(3)實時任務規(guī)劃與協(xié)調：無人機需要根據(jù)任務規(guī)劃和變動，實時進行任務規(guī)劃信息傳輸,以及進行無人機間實時任務協(xié)同通信。
(4)任務信息傳輸：無人機任務載荷傳感器信息的傳輸。
通信組網模式如下：
無人機的通信方案，由單機控制的點對點地空通信方案，開展到一站多機的點對多點的地空通信組網方案，再到滿足無人機集群節(jié)點間各種任務信息協(xié)同協(xié)調自組網寬帶通信組網方案。無人機集群組網通信主要有以下三種組網模式：
(1)星型組網
星型組網是以地面中心站為中心基站，空中無人機通信終端為節(jié)點,所有節(jié)點直接鏈接到地面中心站,實現(xiàn)地面中心站與所有網絡節(jié)點間直，無人機間以地面站為中心進行交互通信。當無人機集群組網節(jié)點數(shù)目相對較少、無人機執(zhí)行任務作業(yè)的覆蓋區(qū)域較小，且無人機任務作業(yè)相對簡單時,星型組網模式比較合適。星型網絡結構比較穩(wěn)定，采用較簡單的路由算法，且規(guī)模較小，信息傳輸?shù)臅r延小，能夠節(jié)省網絡信道資源,降低能源消耗。
(2)網狀自組網
無人機集群網狀自組網以地面控制站和空中無人機節(jié)點組成，所有節(jié)點設備功能相同,都具備終端節(jié)點和路由功能?？罩袩o人機節(jié)點不能一跳連接到地面中心站時，順利獲得多跳路由到中心站，實現(xiàn)全網所有節(jié)點的互聯(lián)互通。當作戰(zhàn)任務較為復雜,無人機集群規(guī)模比較大,網絡拓撲多變,任務復雜，機間協(xié)調通信頻繁、作業(yè)半徑大,自主協(xié)同完成任務為主時,適合采用網狀自組網。由于無人機集群網絡較復雜，節(jié)點間相互通信較為頻繁,路由時延要求很小，在遠距離節(jié)點間進行通信時采用按需路由技術,能有效降低路由維護開銷,提高網絡魯棒性。
(3)分層混合組網
分層組網采用地面站為星型網絡中心站，無人機機載通信終端，具備與地面中心站直通和無人機間自組網功能。當無人機集群作業(yè)任務非常復雜時，執(zhí)行任務的無人機數(shù)量龐大，網絡拓撲多變，無人機節(jié)點之間通信頻繁、信息量大，此時比較適合采用分層網絡結構。當執(zhí)行作業(yè)任務的無人機數(shù)量發(fā)生變化時，分層結構的網絡拓撲結構快速完成無人機節(jié)點的退出或增加，快速實現(xiàn)網絡重構，無人機節(jié)點維護的路由表相對簡單，提高網絡的穩(wěn)定性。
分析完它的需求及通信組網模式，關于無人機集群組網通信相關的核心技術 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 也一定要知曉：
(1)認知無人機通信技術
無人機集群組網作業(yè)時，高速的移動性和任務實時的變化，無人機集群內部和外部之間通信鏈路和質量會發(fā)生劇烈變化，需要解決隱藏、暴露終端和協(xié)調多節(jié)點有限頻譜共享的問題。認知無線電就是頻譜共享的關鍵技術之一，無人機集群可自我學習周圍無線電環(huán)境，感知并利用周圍空閑的頻譜資源，節(jié)點間認知信息的共享可以有效解決隱藏、暴露終端的問題。同時，認知無線電本身具有可重構性的功能，在組網環(huán)境發(fā)生變化的條件下,可進行系統(tǒng)重構,動態(tài)的頻譜共享為功率受限的無人機集群網絡給予更高的系統(tǒng)容量，更寬的覆蓋范圍。
(2)大規(guī)模高動態(tài)無人機組網路由技術
在大規(guī)模無人機集群應用中，由于無人機節(jié)點的高速移動造成了網絡拓撲高動態(tài)變化、鏈路質量頻繁波動,這都對組網路由技術提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)針對固定和機動通信網絡設計的組網路由技術難以滿足大規(guī)模、高動態(tài)無人機組網需求，在組網路由的設計方面需要克服網絡節(jié)點多、移動速度快、多跳遠距離傳輸?shù)仍斐傻牟焕绊?，能適應拓撲劇烈變化、鏈路壽命短暫等問題”,建立具有快速組網、抗摧毀、自愈合、安全可靠等特點的路由機制，這對有效支撐無人機多樣化任務起到了關鍵作用。
(3)物理層安全傳輸技術
無線信道的開放性及衰落特性，容易受到不利的影響，無人機通信安全受到威脅?，F(xiàn)在用于改善物理層安全的常見方法主要包括多輸入多輸出技術、人工噪聲技術及中繼協(xié)同技術”。這些方法比較成熟，可以有效運用到無人機集群組網通信中去。
(4)能量有效通信技術
無人機的能量主要供給是依靠自身攜帶的電池，盡管在過去一段時間內電池技術有了明顯的增長，但無法解決能量受限的問題。為此，采用能量有效通信技術提高能量使用效率，其主要包括兩種方法:優(yōu)化功率分配及能量采集技術。在系統(tǒng)硬件組成大部分采用輕量化、低功耗設計的條件下,在無人機間節(jié)點間選擇最佳的數(shù)據(jù)傳輸軌跡進行合理地功率分配，在節(jié)點設備功率一定和高信噪比情況下，順利獲得協(xié)調源節(jié)點和中繼路由節(jié)點的發(fā)射功率，使得系統(tǒng)性能提升的方案。另外能量采集可以緩解無人機能量供給緊張的問題，能量的來源可以是太陽能、風能或周圍無線電信號中的能量。
無人機通信技術，主要是單機飛行的點對點通信已經有了多年的研究積累，但是無人機集群通信網絡的研究還處于起步階段，無人機集群通信網絡將成為無人機和無線通信領域的研究熱點，那么在接下來的無人機集群通信研究過程中也一定要把握以下幾點：
(1)安全化
無人機集群組網規(guī)模越來越大、業(yè)務數(shù)據(jù)越來越重要,順利獲得利用物理信道的物理特征，有望從根本上解決無人機通信過程中遭受非法攻擊的問題。
(2)小型化低功耗
無人機因其作業(yè)需要,會采用外形尺寸較小的機體,限制了自身攜帶能量，采用能量有效的通信方式可以有效緩解功耗問題，為機群續(xù)航和功能多樣化給予保障。
(3)通用化和標準化
無人機集群需要統(tǒng)一協(xié)調控制和作業(yè)載荷多樣化，需要無人機具備統(tǒng)一的標準化接口和兼容的系統(tǒng)體制，降低系統(tǒng)復雜度,提高通用性。
(4)智能化
無人機集群引入認知通信技術，在機群系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)的能力大大增強，認知周圍復雜環(huán)境能力的構建,增強系統(tǒng)的自適應、及抗毀性能力。在測控通信一體化上,通信組網能融合多種類型、多種功能的傳輸手段，合理分配網絡資源，形成一體化、綜合性的信息處理體系，實現(xiàn)一體化協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)的目標。
無人機集群通信系統(tǒng)架構開展趨勢
無人機集群通信技術，作為無人機集群研究的核心技術之一，只是 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 無人機集群研究過程中的冰山一角，整個無人機智能集群研究的道路上，它所涉相關知識的廣度，深度不言而喻。
未來,無人機集群通信網絡系統(tǒng)架構會形成以地面基站、空中無，人機節(jié)點、衛(wèi)星鏈路等立體寬帶通信體系，兼容公共網絡、無線通信專網和衛(wèi)星通信網絡，實現(xiàn)空天一體化,滿足未來無人機集群組網通信需求。
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