【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无人机集群的测试与验证，具体涉及一种面向大规模集群虚实结合半实物仿真的分布式通信系统和方法。
技术介绍
1、随着自动化技术和信息技术的迅速发展，无人机在民用和军用领域均得到了广泛的应用。但是随着应用场景的任务需求的多样化和复杂化，单架无人机执行任务的效率低，任务失败的风险大，已经越来越难以满足对应的需求。因此诞生了无人机集群，集群内多架无人机通过协同从而高效地完成复杂任务，进一步拓展了无人机的应用场景。
2、众所周知的是仿真在技术验证阶段是不可或缺的，常见的仿真方式有软件仿真、半实物仿真和全实物仿真。软件仿真主要用于算法的初期验证，具有成本低、仿真速度快、便于测试的优点，但是全软件仿真的模拟程度低；半实物仿真更加接近真实运行环境，通过硬件在环的方式将重要部件如飞控等直接接入仿真回路，更容易地进行故障重现、可控性强且能实现自动化测试，风险小，收益大；全实物仿真构建全部的真实环境，仿真程度最高，但是成本高昂，一旦设备故障将带来巨大损失。
3、但是，由于无人机集群成员数量多，仿真对象复杂，仿真时若全部采用实物则需要众多仿真设备，大大增加了仿真的成本和复杂性，故一般使用虚实结合的无人机集群半实物仿真系统，这样既可以节约无人机集群半实物仿真硬件设备成本，又实现了大规模无人机集群之间的协同配合在线仿真。
4、现有技术中常见的无人机集群半实物仿真系统往往忽略了通信系统的模拟，集群各成员之间使用网线或者wifi连接到同一个交换机或者服务器进行数据交互，通信带宽大、通信时延小、丢包率极低。而无人机
技术实现思路
1、针对上述存在的问题，本专利技术提出了一种面向大规模集群虚实结合半实物仿真的分布式通信方法，整个系统对集群虚实结合半实物仿真的通信进行了模拟，使用和实际飞行相同的自组网数据链；系统在通信拓扑结构上为完全分布式，没有中心节点。
2、本专利技术所采用的技术方案：
3、一种面向大规模集群虚实结合半实物仿真的分布式通信系统，其特征在于，包括实物部分、虚拟无人机搭载平台以及集群控制平台，且实物部分、虚拟无人机搭载平台以及集群控制平台通过工作在以太网模式下的自组网数据链作为通信链路，使用udp协议进行通信；
4、实物部分，包括任务规划器和飞控，任务规划器用于接收外界指令和机间协同信息并进行决策规划；飞控用于接收来自任务规划器的指令；
5、虚拟无人机搭载平台，包括若干台仿真计算机，每台仿真计算机中运行若干个虚拟飞控和虚拟协控器，每台仿真计算机均通过网口与一个数据链相连；
6、集群控制平台，用于向任务规划器发送指令并接收回传数据。
7、进一步地，所述集群控制平台包括任务规划平台、三维推演平台和无人机状态监测平台；
8、任务规划平台，用于向集群发送指令；
9、三维推演平台，用于接收无人机回传的信息并将其展示在三维视景中；
10、无人机状态监测平台，用于监测无人机飞行状态。
11、进一步地，所述任务规划器和虚拟协控器按照机间交互信息协议进行机间信息交互，并按照机间交互指令协议来接收集群控制平台的机间交互指令。
12、进一步地，所述机间交互信息协议结构包括依次顺序排列的帧头、帧长、发送方、有效数据、信息收集标志位和校验和字段，只有校验和正确才对一帧数据进行解析；
13、帧头，标识一帧数据的开始；
14、帧长，表示一帧的长度；
15、发送方，表示信息的来源；
16、有效数据，集群决策规划时需要共享的成员信息，如本机位置、速度、姿态角时间、本机存储的战场态势信息以及决策规划算法需要的其他信息；
17、信息收集标志位，表示本机是否收齐其他成员的信息，若为真表示本机收齐其他成员的信息；
18、校验和，表示帧长字段至信息收集标志位字段相加，取最后的两字节。
19、进一步地，所述机间交互指令协议结构包括依次顺序排列的帧头、帧长、发送方、帧总数、帧编号、任务类型、无人机数量、无人机id列表和校验和字段，只有校验和正确才对一帧数据进行解析；
20、帧头，标识一帧数据的开始；
21、帧长，表示一帧的长度；
22、发送方，表示信息的来源；
23、帧总数，表示一条指令由几帧组成；
24、帧编号，表示当前帧的序号；
25、任务类型，表示无人机需要执行的任务；
26、无人机数量，表示要进行信息交互的无人机的数量；
27、无人机id列表，表示需要交互信息的无人机id序列，id序列长度等于无人机数量；
28、校验和，表示从帧长字段至无人机id列表字段相加，取最后的两字节。
29、一种面向大规模集群虚实结合半实物仿真的分布式通信方法，基于权利要求1所述的分布式通信系统实现，其特征在于，包括以下步骤：
30、步骤1：任务规划平台通过数据链以udp组播协议向集群发送机间交互指令，所有的任务规划器均接收指令；
31、步骤2：任务规划器接收机间交互指令并解析，准备接收机间交互信息；
32、步骤3：机间交互指令中的位于无人机id序列第一位的无人机开始发送收到的机间交互信息；
33、步骤4：其他无人机收到信息后根据机间交互协议的发送方判断信息来源，若本机id位于无人机id序列中发送方id的后一位则接力发送机间交互信息，否则不需要应答；
34、步骤5：若所有无人机信息收集标志位均为真完成信息收集，停止发送信息，否则转到步骤4。
35、本专利技术的有益效果是：
36、本专利技术的面向大规模集群虚实结合半实物仿真分布式通讯方法，通过自组网数据链和udp组播实现了实物无人机和虚拟无人机的分布式通讯，通过设计的通讯协议进行信息交互和接收指令，通过通讯流程规定了信息流向和信息交互起始、终止条件，从而可以对无人集群的分布式通讯进行仿真，去除了中心网络节点，每时每刻自组网中只有一个成员在发送信息，减少了通讯数据量，降低了通讯系统丢包、阻塞的可能性，平台适应性强，简单实用，在工程上利于实现。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种面向大规模集群虚实结合半实物仿真的分布式通信系统，其特征在于，包括实物部分、虚拟无人机搭载平台以及集群控制平台，且实物部分、虚拟无人机搭载平台以及集群控制平台通过工作在以太网模式下的自组网数据链作为通信链路，使用UDP协议进行通信；
2.如权利要求1所述的一种面向大规模集群虚实结合半实物仿真的分布式通信系统，其特征在于，所述集群控制平台包括任务规划平台、三维推演平台和无人机状态监测平台；
3.如权利要求2所述的一种面向大规模集群虚实结合半实物仿真的分布式通信系统，其特征在于，所述任务规划器和虚拟协控器按照机间交互信息协议进行机间信息交互，并按照机间交互指令协议来接收集群控制平台的机间交互指令。
4.如权利要求3所述的一种面向大规模集群虚实结合半实物仿真的分布式通信系统，其特征在于，所述机间交互信息协议结构包括依次顺序排列的帧头、帧长、发送方、有效数据、信息收集标志位和校验和字段，只有校验和正确才对一帧数据进行解析；
5.如权利要求4所述的一种面向大规模集群虚实结合半实物仿真的分布式通信系统，其特征在于，所述机间交互指令协议结
6.一种面向大规模集群虚实结合半实物仿真的分布式通信方法，基于权利要求1所述的分布式通信系统实现，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种面向大规模集群虚实结合半实物仿真的分布式通信系统，其特征在于，包括实物部分、虚拟无人机搭载平台以及集群控制平台，且实物部分、虚拟无人机搭载平台以及集群控制平台通过工作在以太网模式下的自组网数据链作为通信链路，使用udp协议进行通信；
2.如权利要求1所述的一种面向大规模集群虚实结合半实物仿真的分布式通信系统，其特征在于，所述集群控制平台包括任务规划平台、三维推演平台和无人机状态监测平台；
3.如权利要求2所述的一种面向大规模集群虚实结合半实物仿真的分布式通信系统，其特征在于，所述任务规划器和虚拟协控器按照机间交互信息协议进行机间信息交互，并按照机间交互指令协议来接收集群控制平台的机间交互指令。
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