基于多级编队的无人机蜂群地面指挥控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多级编队的无人机蜂群地面指挥控制系统，包括数据通信管理层、信息综合管理层、任务控制管理层；其中，所述数据通信管理层利用无线链路与无人机蜂群体系中所有无人机通信组网，并进行编解码的管理；所述信息综合管理层对数据通信管理层接收及任务控制管理层产生的信息进行传递与存储管理；所述任务控制管理层提供可视化的任务管理机制，进行编队管理、态势管理、飞行管理、能力管理、情报管理、任务管理以及辅助决策。该系统通过三层软件间的数据传递，为指挥操作人员提供可视化、全方位的任务指挥管理界面，利用各层软件之间的模块功能关系，能够面向任务进行多级编队管理和动态重组管理，实现具有实际任务效能的指挥控制。务效能的指挥控制。务效能的指挥控制。

【技术实现步骤摘要】
基于多级编队的无人机蜂群地面指挥控制系统


[0001]本专利技术涉及无人机蜂群指挥控制领域，尤其涉及一种基于多级编队的无人机蜂群地面指挥控制系统。

技术介绍

[0002]无人机蜂群是新型的无人机任务体系，利用数量优势并搭载多种类型任务载荷形成异构任务群体，在任务区域进行协同侦察、干扰、诱骗、打击、拦截，执行大规模饱和式的任务需求，从而打破目标传统的对抗模式。无人机蜂群体系将改变未来无人机任务形式和技术发展模式，在多领域可发挥重要作用。地面指挥控制是无人机蜂群系统的关键部分，直接影响任务如何实施。传统无人机单机指挥中，地面控制站能够从任务层到行为层对无人机进行全面操控；而对于无人机蜂群系统，地面控制站需对数架无人机进行控制管理，无法对无人机实施行为级的操作，因此需要以群体为单位进行整个编队的指挥控制。
[0003]目前，已有无人机蜂群地面指挥控制系统的功能相对简单，适合于科研阶段的飞行规划与验证，尚不能在实战中发挥作用，主要存在以下问题：1.提出了基本数据交互方式，但未对多种类型数据进行分类管理；2.设计了编队飞行的控制管理方式，但未实现飞行任务和具体业务方面的管理；3.主要面向同构无人机的集群系统，无法对搭载多种类型载荷、具备不同功能的异构无人机进行综合管理。因此，需要从异构无人机蜂群的任务需求与特点出发，提出多编队、多能力、多任务的管理机制，实现具有任务应用效果的无人机蜂群指挥控制系统。
[0004]中国专利CN111694377A《无人机集群地面控制可视系统及控制方法》提出了可视化地面控制站，用于向无人机集群中的长机和各从机发送预设的任务规划，各从机根据长机的飞行参数信息并结合任务规划，跟随长机飞行，长机和从机分别将各自组网和通信数据发送给地面控制站以进行可视化呈现，实现一个操控人员对多架无人机的控制。该系统无法实现多编队的指挥，且仅支持航线飞行，不能结合进行任务层面的控制与决策。
[0005]中国专利CN111224709A《一种集群无人机测控系统》公开了集群测控系统的硬件组成及指令收发管理流程，软件可灵活配置使用模式，借助各关键模块实现对集群整体的飞行控制与监视。该系统仅能够对集群无人机进行任务区域上传和飞行参数与航迹的图像显示，未实现对飞行任务层面的控制。
[0006]中国专利CN109669477A的《一种面向无人机集群的协同控制系统及控制方法》公开的协同控制系统地面站包括硬件和软件部分。硬件部分包括AR人机交互模块、数据处理模块、无线传输模块；软件部分采用模块化设计，并为各个功能模块提供统一的通信方式和监测管理服务，同时具有AR人机交互功能，通过叠加在真实环境中的虚拟场景给无人机集群下达飞行任务，给用户提供自然友好、具有沉浸感的操作体验。该专利技术能够对无人机的状态信息、载荷信息、图像信息、任务执行信息进行检测，并对协同控制指令进行实时调整，但是未能给出任务环境下针对任务流程的控制管理机制。
[0007]中国专利CN109709980A的《一种基于异构无人机的蜂群对抗方法》公开了一种基
于异构无人机的蜂群对抗方法，系统中的无人机部署采用基于异构无人机的分布式架构，信息无人机、协调无人机和攻击无人机利用通信网络进行信息共享和交互，从而实现蜂群对抗。这种方法对无人机进行了分组编队，但是编队形式固定，适用于固定流程的任务，未能做到实时动态调整编队形式满足多种任务场景。
[0008]中国专利CN108227746A的《一种无人机集群控制系统及方法》、CN112539732A的《一种无人机集群状态及轨迹数据的采集平台》、CN110209198A的《一种无人机集群编队飞行地面实时控制方法及控制装置》等专利技术均公开了无人机集群的遥控遥测数据传输的方法，具有多机飞行管理的交互性，但是均未对具体集群系统的操控方式和流程进行设计。
[0009]综上，现有的无人机蜂群指挥管理系统目前存在下述技术不足：（1）实现了无人机飞行控制的基本数据交互，但未对多类型数据进行分类管理；（2）提出了编队飞行的控制管理方式，但未实现飞行任务、工作业务、动态控制等方面的管理；（3）对异构无人机的集群管理能力不足，不支持对搭载多种类型载荷、具备不同功能的异构无人机进行多场景任务下的动态综合管理。此外，现有技术对无人机蜂群的指挥控制依然处于编队航线规划的层面，适用于简单流程任务或科研飞行验证，尚未与实际任务所需的“观测
‑
调整
‑
决策
‑
行动”任务流程相结合，无法满足实际任务环境下对无人机蜂群动态控制管理的应用需求。

技术实现思路

[0010]为克服现有技术的不足，本专利技术旨在提供一种适用于无人机蜂群实战的地面指挥控制系统。具体而言，针对无人机蜂群系统所面向的动态任务环境，在考虑多编队、多能力、多任务的需求下，提出一种基于多级编队的无人机蜂群地面指挥控制系统，解决当前蜂群指挥控制系统仅能够进行编队飞行管理，无法针对异构无人机蜂群体系进行任务综合管理的问题，从而实现异构无人机蜂群系统能够在高效的指挥控制下进行多层级的任务，发挥蜂群体系的任务效能。
[0011]本专利技术涉及一种基于多级编队的无人机蜂群地面指挥控制系统，针对已有无人机蜂群地面指挥管理系统所存在的技术不足提出了解决方案。本专利技术所采用的技术方案如下：一种基于多级编队的无人机蜂群地面指挥控制系统，采用包含数据通信管理层、信息综合管理层、任务控制管理层的分层架构，三层架构以软件形式运行在无人机蜂群地面指挥控制系统中，各层之间利用软件总线机制实现数据交互，执行各层所负责的业务；其中，所述数据通信管理层利用无线链路与无人机蜂群体系中所有无人机通信组网，并进行编解码的管理；所述信息综合管理层对数据通信管理层接收及任务控制管理层产生的信息进行传递与存储管理；所述任务控制管理层提供可视化的任务管理机制，包括编队管理模块、态势管理模块、飞行管理模块、能力管理模块、情报管理模块、任务管理模块以及辅助决策模块，指挥操作人员通过可视化界面操作所述任务控制管理层的各模块，对飞行编队、能力编队、任务编队、决策编队、指派编队进行多级编队动态管理、配置与指挥，实现各无人机在执行任务中根据能力需求和任务要求对其编队属性与任务角色进行实时动态调整以完成任务目标。
[0012]进一步的，所述数据通信管理层包括通信接口模块、编码解码模块、数据加密模块。
[0013]进一步的，所述通信接口模块具有两方面作用，一是同所有无人机进行数据交互，利用无线通信链路实现与无人机组网通信，进行遥控遥测数据的传输；二是同指挥中心进行数据交互，接入指挥网络实现与指挥中心共享数据；所述编码解码模块根据规定的数据帧协议对发送与接收的数据进行帧同步与编解码；所述数据加密模块用于对信息综合管理层所交互的数据原码进行加密与解密处理。
[0014]进一步的，所述信息综合管理层包括数据路由模块、数据存储模块。
[0015]进一步的，所述数据路由模块将信息综合管理层中不同模块产生的数据进行分析并传递至相关模块；所述数据存储模块依照数据到达本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多级编队的无人机蜂群地面指挥控制系统，其特征在于，采用包含数据通信管理层、信息综合管理层、任务控制管理层的分层架构，三层架构以软件形式运行在无人机蜂群地面指挥控制系统中，各层之间利用软件总线机制实现数据交互，执行各层所负责的业务；其中，所述数据通信管理层利用无线链路与无人机蜂群体系中所有无人机通信组网，并进行编解码的管理；所述信息综合管理层对数据通信管理层接收及任务控制管理层产生的信息进行传递与存储管理；所述任务控制管理层提供可视化的任务管理机制，包括编队管理模块、态势管理模块、飞行管理模块、能力管理模块、情报管理模块、任务管理模块以及辅助决策模块，指挥操作人员通过可视化界面操作所述任务控制管理层的各模块，对飞行编队、能力编队、任务编队、决策编队、指派编队进行多级编队动态管理、配置与指挥，实现各无人机在执行任务中根据能力需求和任务要求对其编队属性与任务角色进行实时动态调整以完成任务目标。2.根据权利要求1所述的基于多级编队的无人机蜂群地面指挥控制系统，其特征在于，所述数据通信管理层包括通信接口模块、编码解码模块、数据加密模块。3.根据权利要求2所述的基于多级编队的无人机蜂群地面指挥控制系统，其特征在于，所述通信接口模块具有两方面作用，一是同所有无人机进行数据交互，利用无线通信链路实现与无人机组网通信，进行遥控遥测数据的传输；二是同指挥中心进行数据交互，接入指挥网络实现与指挥中心共享数据；所述编码解码模块根据规定的数据帧协议对发送与接收的数据进行帧同步与编解码；所述数据加密模块用于对信息综合管理层所交互的数据原码进行加密与解密处理。4.根据权利要求1所述的基于多级编队的无人机蜂群地面指挥控制系统，其特征在于，所述信息综合管理层包括数据路由模块、数据存储模块。5.根据权利要求4所述的基于多级编队的无人机蜂群地面指挥控制系统，其特征在于，所述数据路由模块将信息综合管理层中不同模块产生的数据进行分析并传递至相关模块；所述数据存储模块依照数据到达的时间顺序，依次将数据进行存储，并根据数据来源进行标记。6.根据权利要求1所述的基于多级编队的无人机蜂群地面指挥控制系统，其特征在于，所述编队管理模块根据异构多任务的无人机蜂群特性，将编队分为若干层级，对各层编队进行配置和动态运用，以满足不同阶段或任务的编队形式需求；所述态势管理模块根据无人机蜂群回传的数据进行我方任务状态以及所侦察到的对方状态的动态显示，为指挥操作人员提供态势信息，同时将数据推送至相关模块进行数据融合分析与处理；所述飞行管理模块实现对无人机编队或单机进行飞行控制、航线规划、任务区域规划的飞行管理操作；所述能力管理模块对无人机蜂群所搭载的任务载荷进行工作和状态管理，并根据载荷能力属性，实施单一能力编队的指挥与控制；所述情报管理模块融合指挥中心的情报信息与蜂群体系侦察的情报信息，为辅助决策模块提供情报信息输入，以规划最优任务方案；所述任务管理模块根据任务规则与预案预先制定任务清单，执行任务时选择清单任务
项进行相应编队信息与任务要求的提取与配置，实现快速执行指定任务；所述辅助决策模块采用可动态配置的智能决策算法，根据态势和情报对蜂群体系进行决策编队层级的配置规划，由指挥操作人员确认后执行决策规划，或由指挥操作人员手动规划指派编队并向蜂群体系下达规划和任务指令，执行相应任务。7.根据权利要求6所述的基于多级编队的无人机蜂群地面指挥控制系统，其特征在于，所述任务控制管理层的各模块之间的数据交互关系如下：（1）编队管理模块：飞行编队接收飞行管理模块的飞行控制、航线规划、任务区域规划的数据；能力编队接收能力管理模块的任务能力配置与管理的数据；任务编队接收任务管理模块的任务提取、任务下达的数据；决策编队接收辅助决策模块智能决策的数据；指派编队接收辅助决策模块手动决策的数据；（2）态势管理模块：与情报管理模块进行态势数据共享；发送态势数据至辅助决策模块；（3）飞行管理模块：发送飞行控制、航线规划、任务区域规划数据至编队管理模块；（4）能力管理模块：发送侦察、干扰、诱骗、打击、拦截能力编队的配...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明，李大伟，杨炯，王佳，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：