本发明专利技术提供了微型无人机群自治管理数据链路。其组成包括：物理媒介为２．４ＧＨｚ～２．４８３ＧＨｚ的微波；链路协议，采用基于国际标准ＩＥＥＥ８０２．１５．４的无线网络协议ＺｉｇＢｅｅ协议；设备是微型无人机模型和通过串口ＲＳ－２３２与固定置于微型无人机模型内的无线模块及天线连接构成。无线模块由ＺｉｇＢｅｅ协调器和ＺｉｇＢｅｅ路由器构成，采用半双工的通信方式；数据链网络拓扑结构为树状拓扑；数据链仿真软件为ＯＰＮＥＴ网络仿真软件１４．５版本；本发明专利技术的数据链使机群的传输速率能达到２５０ｋｂｐｓ，信道利用率能达到９０％，包传输时延为０．４ｓ，数据链的吞吐量为６３ｋｂｐｓ。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微型无人机群自治管理数据链路，属于无线通信
技术介绍
随着航空科技的进步和军事斗争需求的牵引，无人机(UnmannedAerial Vehicle,简称UAV)作为多机编队协同作战的成员之一，其作用将会越显重要。目前，国内外对多无人机编队协同作战的研究大都停留在理论研究与控制算法和决策方法的仿真上。 美国麻省理工学院的"UAV SWARM Health Management Project"项目组的研究，提出了一个切实可行的无人机群健康管理系统。 此项目提出一个独特的基于在一个长期受控的环境里，室内外试飞多无人机试验 系统。这个实验平台使用软硬件来处理关于单个或多个无人机的健康管理系统，诸如故障 诊断、能耗和维护。这个项目的主要目标就是将健康管理纳入整个无人机规划系统，从而提 高整个任务的可行性。这个实验平台的优点，是传感器和系统的指挥和控制体系与无人机 的选择有很大关联，从而方便系统的控制。 无人机群健康管理是麻省理工课题组的地面主控设计方案。此方案是由地 面计算机完成健康管理和实时监控(参考文献Mario Valenti， Brett BethkeGaston Fiore， Jonathan P. How. Indoor Multi-Vehicle Flight Testbed for FaultDetection， Isolation, and Recovery. AIAA Guidance, Navigation, and ControlConference and Exhibit 21-24 August 2006)，其优点是避免了在无人机上完成图像处理和任务决策，减 轻了无人机负载，对无人机的控制器要求不高，并可任意增加删除节点(无人机)。此项目 的地空数据链的简化的硬件结构图如图l所示；多机的指挥和控制体系方框图如图2所示。 图1由M架无人机及M辆小车组成，地面的M辆小车按照计算机发给的要求进行工作，如按 照规定航迹运行，按照任务规划执行任务；空中M架无人机接收计算机的控制指令，然后跟 踪地面的小车捕获小车运动中的一些信息。图2包括三部分无人机控制命令发射端口 ；图 像定位系统无人机位置/角度数据通过遵循TCP/IP协议的以太网传输；地面计算机进 行信息处理包括输出信号处理(发射给无人机的控制命令)、控制操作处理(包括任务规 划、任务分派、航迹设计)、输入信号处理(包括环境评估器无人机/障碍/目标状态/位 置角度数据)。此方案所有的信息处理都是由地面计算机完成的，存在数据传输量大，地面 主控计算机若出现故障，造成无人机群失控的灾难。
技术实现思路
为了克服上述技术和方法的不足和缺点，本专利技术提供了无人机群自治管理数据链 路。此方案采用的是自治管理的方法所述的自治管理是指一个系统可摆脱外界的影响做 出选择，也就是说，根据执行的任务而产生自己意图的能力，或者说是有自由的意志。本发 明之所以采用自治管理的方式是为了避免当无人机群与地面主控失去联络时造成的机群 失控，通信链路的中断。这种管理方式能有效的提高机群执行任务的效率。 微型无人机群自治管理数据链路的组成包括 ①物理媒介，采用是2. 4GHz 2. 483GHz的微波； ②链路协议，采用基于国际标准IEEE 802. 15. 4的无线网络协议ZigBee协议； ③设备，如图6所示，每套设备是由一个手掌大小的微型无人机模型，分别通过串口 RS-232与固定置于微型无人机模型内的无线模块及天线连接组成的发送设备和接收设备构成，而且，发送设备和接收设备是同一件设备；所述的无线模块由ZigBee协调器(ZC)和ZigBee路由器(ZR)构成，ZigBee协调器(ZC)和ZigBee路由器(ZR)均采用可用来发送数据也可用来接收数据的半双工的通信方式，在同一时刻无线模块只能发送数据或者只能接收数据，当有数据发送时，无线模块作为无线发送模块使用，当有数据接收时，无线模块作为无线接收模块使用；所述的微型无人机群的微型无人机模型的数量为大于等于3架小于等于21架；数据链通信是飞机之间进行双向数据信息交换的过程，数据信息是采用帧的形式进行传输的； 所述的无线模块的ZigBee协调器(ZC)，是建立网络并设定技术参数，负责网络中正常工作以及保持同网络其它设备的通信，它可通过ZigBee路由器来延伸网络的通信范围，一个ZigBee网络只允许有一个ZigBee协调器，它相当于有线局域网中的服务器，具有对本网络的管理能力；例如图6所示的第一无线模块ZC即为节点0即为ZigBee协调器； 所述的无线模块的ZigBee路由器(ZR)，起到监视或控制作用，它也可作为由于距离太远而无法直接通信的两个设备间的中继器；所述的无线模块，优选型号均为C51RF-CC2430，其主芯片是Chipcon公司推出的用来实现嵌入式ZigBee应用的无线单片机CC2430，模块上面带有直插的普通无线通信用的定向天线，它支持2. 4GHz 2. 483GHz的IEEE802. 15. 4/ZigBee协议。 无线单片机CC2430的主要特性为 1)高性能、低功耗的8051微控制器内核； 2)适应2. 4GHz 2. 483GHz IEEE802. 15. 4的RF收发器; 3)32MHz晶振； 4)128KB的内置闪存； 5)电源电压范围宽(2.0V 3.6V);6)电流消耗小(当微控制器内核运行在32MHz时，RX为27mA， TX为25mA); 7)掉电方式下，电流消耗只有0. 9uA ; 8)挂起方式下，电流消耗小于0. 6uA， 9)8KB SRAM，具备在各种供电方式下的数据保持能力。 ④计算机程序，包括无线发送数据程序和无线接收数据程序； 所述的无线发送数据程序存储于如图6所示的无线模块ZC和ZR内，无线发送数据程序流程图如图4所示 步骤400初始化，对发送设备的无线发送模块的无线单片机CC2430设置发送数据的信道； 步骤415访问信道，采用CSMA/CA(载波侦听多点接入/避免冲撞，Carrier SenseMultiple Access with Collision Avoidance)算法访问信道，如果信道被检测为空闲，发送设备将发送数据；如果信道被检测为忙碌，发送设备要等待一段随机的时间，随机时间退5碌；若还是忙碌则继续等待，继续检测，直到信道被检测为空闲为止； 步骤420进入发送状态，若信道空闲则进入发送状态，监测是否有数据要发送； 步骤425发送数据，监测有数据要发送，则发送设备发送数据。 所述的无线接收数据程序存储于如图6所示的无线模块ZC和ZR内，无线接收数据程序流程图如图5所示 步骤500初始化，对接收设备的无线接收模块的无线单片机CC2430设置接收数据的信道； 步骤515访问信道，采用CSMA/CA算法访问信道，如果信道被检测为空闲，接收设备将接收数据；如果信道被检测为忙碌，接收设备要等待一段随机的时间，随机时间退避后重新检测信道是否忙碌；若还是忙碌则继续等待，继续检测，直到信道被检测为空闲为止； 步骤520进入接收状态，若信道空闲则进入接收状态，监测是否有数据要接收； 步骤525接收数据，监测有数据要接收，则接收设备接收数本文档来自技高网...
【技术保护点】
微型无人机群自治管理数据链路，其特征在于，其组成包括：①物理媒介，采用是２．４ＧＨｚ～２．４８３ＧＨｚ的微波；②链路协议，采用基于国际标准ＩＥＥＥ８０２．１５．４的无线网络协议ＺｉｇＢｅｅ协议；③设备，每套设备是由一个手掌大小的微型无人机模型，分别通过串口ＲＳ－２３２与固定置于微型无人机模型内的无线模块及天线连接组成的发送设备和接收设备构成，而且，发送设备和接收设备是同一件设备；所述的微型无人机群的微型无人机模型的数量为大于等于３架小于等于２１架；数据链通信是飞机之间进行双向发送数据；所述的无线接收数据程序存储于无线模块的ＺｉｇＢｅｅ协调器和ＺｉｇＢｅｅ路由器内；执行该程序，接收设备的无线接收模块的无线单片机ＣＣ２４３０设置接收数据的信道；设置访问信道，采用载波侦听多点接入／避免冲撞算法访问信道，如果信道被检测为空闲，接收设备将接收数据；如果信道被检测为忙碌，接收设备要等待一段随机的时间，随机时间退避后重新检测信道是否忙碌；若还是忙碌则继续等待，继续检测，直到信道被检测为空闲为止；进入接收状态，若信道空闲则进入接收状态，监测是否有数据要接收；接收数据，监测有数据要接收，则接收设备接收数据并存储到ＣＣ２４３０的内存中等待处理；接收设备收到正确数据后返回给发送设备一个确认信号证明自己已经收到；⑤数据链网络拓扑结构为树状拓扑所述的树状拓扑结构的形状像一棵倒置的树，顶端是树根，树根以下带分支，每个分支还可再带子分支；除最下一级节点外，其余节点都有子节点，每个节点只负责管理它的下一级子节点，也就是说每个节点只要计算至多二个节点的任务与航迹，由根节点０接收ＧＰＳ系统信息定位，而每个子节点都继承父节点的所有信息，并且与它们的父节点同级的右子树节点存在通信链路，但是没有控制关系，只有信息传输；一旦有节点被击落或通信链路中断，可由它的右子树节点晋升，重新获得对原节点依赖的节点的控制权，继续进行通信；⑥数据链仿真软件为ＯＰＮＥＴ网络仿真软件１４．５版本，ＯＰＮＥＴ是美国ＭＩＬ３公司开发的网络仿真软件。数据信息交换的过程，数据信息是采用帧的形式进行传输的；所述的无线模块由ＺｉｇＢｅｅ协调器和ＺｉｇＢｅｅ路由器构成，ＺｉｇＢｅｅ协调器和ＺｉｇＢｅｅ路由器均采用可用来发送数据也可用来接收数据的半双工的通信方式，在同一时刻无线模块只能发送数据或者只能接收数据；所述的无线模块的ＺｉｇＢｅｅ协调器，是建立网络并设定技术参数，负责网络中正常工作...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨阳，刘智，翁俊超，郑伟光，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]
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