[發明專利]機載協同控制與中繼傳輸系統

有效

• 申請號: 202011118503.0
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112260747B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 王彥剛;魏祥麟;俞石云;施偉;楊海濤;王龍
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185
• 代理公司: 河北冀華知識產權代理有限公司 13151
• 代理人: 王占華

本發明公開了一種機載協同控制與中繼傳輸系統，涉及無線通信技術領域。所述系統包控制端和通信端，所述控制端包括第一CPU處理器、第一控制口、以太網口A、以太網口B、Linux系統、ROS系統、ROS節點和波形代理模塊；所述通信端包括第二CPU處理器、第二控制口、以太網口A’、以太網口B’、信道A、信道B、Linux/VxWorks系統、硬件抽象層、CORBA中間件、SCA核心框架、波形管理組件和波形組件。所述系統通用性好、易升級，便于無人機集群的協同控制與數據量大、傳輸實時性要求高業務的中繼傳輸。

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，尤其涉及一種通用性好、易升級的基于ROS和SCA系統的機載協同控制與中繼傳輸系統。

背景技術

近些年，無人機技術得到了快速發展并廣泛應用于偵察、中繼通信等各種領域。但單無人機能力有限，難以滿足復雜任務的需求，因此，無人機集群技術理念應運而生，其主要思想就是：數量多且能力有限的無人機通過協同合作來完成高復雜度任務。無人機集群的一個關鍵技術就是多機協同。當前很多研究人員將機器人操作系統（Robotic OperationSystem，下文簡稱為ROS）引入無人機集群，利用ROS系統來實現無人機之間的協同。

ROS系統是當前機器人領域事實上的標準，已經在很多機器人系統里得到了廣泛應用。ROS系統可由多個物理分離的部件組成。因此，人們將無人機集群視為一個ROS系統，其中，每架無人機作為ROS系統的一個部件，ROS Master則運行在集群簇頭飛機上，無人機集群的協同控制則完全可以依靠ROS系統來實現。在ROS系統中，各節點之間采用發布/訂閱機制方式交互信息，所有節點首先都要向ROS Master注冊，并且所有節點產生的消息首先都要匯集到ROS Master的消息池中，然后再進行分發。因此，每架無人機都應該盡可能地與簇頭飛機保持穩定的通信連接。由于無人機機動范圍大，無人機之間的通信距離也較大，為了保證無人機之間的通信鏈路穩定，無人機往往會采用抗干擾能力強、傳輸距離遠、傳輸速率相對低的通信波形進行協同通信，完成協同控制消息的傳輸。但是當無人機集群完成一個長距離、大數據量的實時中繼任務時，無人機之間的低通信速率以及ROS系統先匯集再分發的消息傳輸機制就會顯得十分低效，甚至難以滿足任務要求。

如果無人機具有兩個通信模塊，一個用于傳輸ROS系統中的協同控制消息；另一個則根據任務的不同而部署傳輸能力相適應的通信波形，則可以解決上述問題。例如：當執行數據量大的實時中繼任務時，簇頭飛機可以控制無人機集群構建一條從數據源到指揮中心的中繼傳輸鏈路，并且根據無人機之間的距離以及中繼傳輸鏈路速率要求，向參與構建中繼鏈路的無人機發送部署相應中繼傳輸波形的控制命令，這些無人機接收到控制命令后，則部署相應中繼傳輸波形，并通過中繼傳輸波形將數據中繼至指揮中心。但是ROS系統并不具備通信波形的管理和動態部署能力。軟件通信體系結構（Software CommunicationArchitecture，SCA）作為軟件無線電領域的一個重要體系結構，目前已十分成熟且已得到了廣泛應用，其具有通用的軟硬件平臺，能夠管理和集成多種通信波形，具有波形動態部署、波形易升級、波形易集成等優點，其完全可以彌補ROS系統在通信波形管理和部署方面的劣勢。因此，在協同控制與中繼傳輸并重的場景下，將ROS控制系統和SCA通信系統進行高效融合，能夠有效提升無人機集群中繼傳輸任務的完成效率。經前期的研究發現，目前還沒有關于ROS系統與SCA系統相互融合的研究成果公開。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是如何提供一種通用性好、易升級，便于無人機集群的協同控制與數據量大、傳輸實時性要求高業務的中繼傳輸的機載協同控制與中繼傳輸系統。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：一種機載協同控制與中繼傳輸系統，其特征在于：包括控制端和通信端，