CN111641489B - 一种应用于无人机的多任务组件通讯方法 - Google Patents

Abstract

一种应用于无人机的多任务组件通讯方法，根据无人机***的需要，有m个任务组件有换装需求，包括确定与进行通讯的可换装任务组件的类型及类型数量；确定通讯传输最优带宽；依次标记每个可换装任务组件的组件类型码和依次标记每个组件类型中类型数量分别对应的可换装任务组件的组件码集合；生成时钟码；设定通讯中枢设备与每个任务组件的通用通讯帧格式：识别可换装任务组件，调整***配置，为可换装任务组件分配通讯传输最优带宽；获得钟长码的实际传输时间和多个时差间隔时间，比较处理后进行校正，实现时间同步；获取或填写任务组件信息内容，完成通讯，该方法实现降低成本，传输控制质量好，传输速率快。

Description

一种应用于无人机的多任务组件通讯方法

技术领域

本发明涉及属于无人机控制领,具体地说，是指一种应用于无人机的多任务组件通讯方法。

背景技术

随着无人机技术的快速应用与发展，尤其是在军事上的优异表现，使得无人机越来越受到人们的青睐。无人机具有以下优势：受气候条件限制很少，昼夜可用，能突入危险地区上空长时间实施监视与侦察以获取情报信息，并能实时传输目标图像等；而且，无人机因无飞行员，不必考虑飞行员的生理极限，可以设计得结构简单、重量轻、尺寸小、使用方便、易于操作和维护，故其研制费、生产成本和维护费要比载人飞机低得多，还可节省培训飞行员的大量费用。

按照用途划分，无人机一般可分为以下几类：

1)靶机：模拟飞机、导弹和其他各种飞行器的飞行状态；主要用于鉴定各种航(防)空兵器的性能和训练战斗机飞行员、防空兵器操作员。

2)侦察机：进行战略、战役和战术侦察，监视战场，为部队的作战行动提供情报。侦察监视无人机是目前门类比较齐全，并在实战中大量应用的无人机，如美国在研的“全球鹰”无人侦察机、“暗星”隐身无人侦察机、“捕食者”无人侦察机、“骑士”无人侦察机。

3)诱饵无人机：诱使敌雷达等电子侦察设备开机，获取有关信息；模拟显示假目标，引诱敌防空兵器射击，吸引敌火力，掩护己方机群突防。

4)电子对抗无人机：分为电子侦察机和电子干扰无人机，前者用来收集敌方的通讯情报及电子情报，例如瑞安公司的147系列无人机；后者用来对敌方的通讯指挥***进行电子干扰，如美国的air-Exjam无人机。

5)攻击无人机：攻击、拦截地面和空中目标；攻击无人机携带有小型和大威力的精确制导武器、激光武器或反辐射导弹，对敌雷达、通信指挥设备、坦克等重要目标实施攻击以及拦截处于助推段的战术导弹。

6)通信中继无人机：利用无人机向其他军用机或陆、海军传送图像等信号，一般用安装了超高频和甚高频无线电通信设备的无人机进行中继通信。

7)其他用途的无人机：无人机还可以用于目标鉴别、激光照射、远程数据传递的空中中继站、反潜、炮火校正和远方高空大气的测量以及对化学、细菌污染和核辐射的侦察等。

在无人机的***组成中，一个关键的中枢设备是飞控计算机。它就像是无人机的大脑，既是全机的控制与管理中心，又是全机的通讯中枢设备。绝大多数的机载设备都需要与它通讯，从而实现与地面的遥控控制和遥测显示的交互。它需要与机上的任务组件、发动机***、大气数据***、导航***、综合检测***、机载链路设备、空管应答***等进行通讯。一方面，它通过这些通讯，实时获取无人机的各种位置、状态信息，选择适当的控制策略实现对无人机全程的飞行控制和管理；另一方面，它实时接收来自机载链路设备的地面站遥控指令并分发给相应机载设备，同时还要收集打包其他机载设备的遥测数据，通过机载链路设备传回地面站，以便地面站操作人员能够实时了解无人机的状态并控制它。也就是说，要保证一次任务的顺利完成，就必须保证任务组件与飞控计算机的有效通讯。

不同用途的无人机，配备有不同的任务组件。像靶机，其任务组件是一些靶标设备，侦察机的任务组件则是一些侦察设备，诸如光电平台、数码相机等等；诱饵无人机、电子对抗无人机、通讯中继无人机等，其任务组件则对应是诱饵设备、电子对抗设备、通讯中继设备等。即不同的任务组件，决定了无人机的不同用途。当有不同的任务需求时，则派上不同的无人机来完成相应的任务。比如，有侦察和通讯中继任务时，使用侦察无人机；有通讯中继任务时，使用通讯中继无人机；有电子对抗任务时，使用电子对抗无人机。平常则需要对这至少三架无人机进行维护保养。

目前，为了节省军费开支，各国都希望开发适应不同实战环境的多用途无人机，或在原有无人机的基础上改装为多用途无人机。因为这样，可以由单架无人机满足多种任务需求，使研制、使用成本大大降低。

为了满足单架无人机由单一用途扩展为多用途的需求，最简单的方式是采用换装任务组件的方式。因为这种方式对于整个无人机***而言，只需要更换任务组件就可以实现多用途的目的。既不需要更换另一架无人机，也不需要更换与任务组件相关联的其他设备，比如飞控计算机，这样代价最小，既降低了成本，节约经费，使用起来又灵活方便，且后期维护简单。

那么，要达到只更换任务组件实现多用途的目的，就要求飞控计算机必须通过同一通讯接口与多个任务组件通讯，且飞控计算机能够识别任务组件。如何解决这个问题，将是单一用途无人机扩展成多用途面临的关键所在。

面对这样的问题，申请人在2016年2月29日申请了申请号201610110146.0的发明专利，要求保护一种应用于无人机的多任务组件通讯方法，具体的包括针对某个无人机，根据***配置，确定与通讯中枢设备进行通讯的可换装任务组件数量；确定与通讯中枢设备通讯的可换装任务组件为m个，m≥2；依次标记每个任务组件的组件类型码；组件类型码分别为T1，T2，…，Ti，…，Tm；设定通讯中枢设备与每个任务组件的通用通讯帧格式；通讯中枢设备根据组件类型码Ti识别任务组件，并获取或填写任务组件Ti的信息内容，完成通讯；首先，通讯中枢设备判断当前任务组件的组件类型码，然后，从通用通讯帧格式中获取或填写当前组件类型码对应的信息内容，完成与当前任务组件的通讯。

然而，上述方式仅考虑了对于多任务组件的类型进行处理后通讯的方式，对于无人机上同种类型的任务组件同时安装时并没有针对的具体的处理方式。同时，对于任务组件Ti的信息内容具体如何设置和如何建立快速通讯并没有提出有效的方式。而且，对于任务组件在通讯时占用的带宽并未考虑在内，造成了带宽的浪费，不但提高了成本，而且降低了传输的速率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种应用于无人机的多任务组件通讯方法，不但可以实现，通过将多数据帧通用化后与通讯中枢设备进行通讯，仅需更换任务组件就可实现无人机的多用途功能，并且可以针对同种类型任务组件进行判断处理，同时可以快速进行信息识别和建立通讯，降低成本，提高数据传输速率。

本发明提供了一种应用于无人机的多任务组件通讯方法，根据无人机***的需要，有m个任务组件有换装需求，其中m≥2，具体进行的如下步骤：

(1)基于一个或多个无人机的***配置，确定与通讯中枢设备进行通讯的可换装任务组件的类型及类型数量；

(2)基于可换装任务组件的类型及类型数量，确定通讯传输最优带宽；

(3)基于确定的可换装任务组件的类型，依次标记每个可换装任务组件的组件类型码，组件类型码分别为T1，T2，…，Ti，…，Tm；基于确定的可换装任务组件的类型数量，依次标记每个组件类型中类型数量分别对应的可换装任务组件的组件码集合{NT1},{NT2},…,{NTi},…，{NTm},每个组件码集合包括与可换装任务组件的类型中可换装任务组件数量对应的组件码，组件码分别对应着其代表的可换装任务组件；

(4)基于可换装任务组件的属性参数，生成时钟码；

(5)基于可换装任务组件的类型及类型数量，时钟码，以及经过标记的每个可换装任务组件的组件类型码和可换装任务组件的组件码，设定通讯中枢设备与每个任务组件的通用通讯帧格式：

帧头组件类型码Ti组件码NTi时钟码NTi的信息内容

(6)通讯中枢设备根据组件类型码Ti和组件码NTi，识别可换装任务组件，如果符合识别条件，则进入步骤(7)；如果不符合，则发出警报，提示错误信息，并且返回步骤(1)；

(7)调整***配置，为组件类型码Ti和组件码NTi对应的可换装任务组件分配通讯传输最优带宽；

(8)通讯中枢设备根据时钟码，获得钟长码的实际传输时间和多个时差间隔时间，将设置的钟长码和实际接收传输的钟长码进行比较，分别得到相应的传输时间校正量和时差间隔时间校正量，利用传输时间校正量和时差间隔时间校正量对应校准可换装任务组件和通讯中枢设备时钟，实现时间同步；

(9)通讯中枢设备获取或填写任务组件NTi的信息内容，完成通讯。

优选地，通讯中枢设备为飞控计算机。

优选地，所述步骤(2)中，确定通讯传输最优带宽的方式具体为：确定每个类型及类型数量分别对应的类型权重系数和类型数量权重系数，基于类型权重系数和类型数量权重系数分别确定最优类型带宽和最优组件带宽。

优选地，所述步骤(4)中，时钟码包括开始码，钟长码和截止码，钟长码为设置具有多个时差间隔顺序传输的码，时差间隔为不等长的时差间隔。

优选地，所述步骤(7)中，所述分配通讯传输最优带宽具体为：根据每个可换装任务组件的类型对应的类型权重系数分配最优类型带宽，再基于类型数量权重系数，将最优类型带宽分配为每个可换装任务组件的类型中对应的可换装任务组件分别对应的最优组件带宽。

优选地，所述步骤(9)中，具体的通讯中枢设备通过通用通讯帧格式中获取或填写当前组件类型码对应的信息内容，完成与当前任务组件的通讯。

本发明的应用于无人机的多任务组件通讯方法，可以实现：

1)通过采用多数据帧通用化的方法，在代价最小的情况下，实现通讯中枢设备对多任务组件的适应性，可为无人机改造或研制节约经费，加快研制进度，且使用灵活方便，后期维护简单，效益最大化，为实现多用途无人机的多任务组件换装提供了一条可靠方便的捷径；

2)通过将多数据帧通用化后与通讯中枢设备进行通讯，仅需更换任务组件就可实现无人机的多用途功能，并且可以针对同种类型任务组件进行判断处理，实现设备同步，提高传输精度，同时可以快速进行信息识别和建立通讯，降低成本，提高数据传输速率。

附图说明

图1为应用于无人机的多任务组件通讯方法的流程图。

具体实施方式

下面详细说明本发明的具体实施，有必要在此指出的是，以下实施只是用于本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。

通讯中枢设备需要通过一个通讯接口与多个任务组件通讯，把与多个任务组件通讯的通讯帧格式设定为一个通用的通讯帧格式，在该通用通讯帧格式中，对每个任务组件设定一对一的组件类型码和组件码，通讯中枢设备利用组件类型码和组件码识别出相应的任务组件，然后根据组件类型码，获取或填写该任务组件的信息内容，完成与相应任务组件的通讯，从而实现通讯中枢设备通过一个通讯接口与多个任务组件通讯的目的。

图1为应用于无人机的多任务组件通讯方法的流程图。结合附图1所示，本发明提供了一种应用于无人机的多任务组件通讯方法，根据无人机***的需要，有m个任务组件有换装需求，因此确定需要与通讯中枢设备通讯的可换装任务组件为m个；其中m≥2；通讯中枢设备可选飞控计算机，

具体依次进行的如下步骤：

(1)基于一个或多个无人机的***配置，确定与通讯中枢设备进行通讯的可换装任务组件的类型及类型数量；(2)基于可换装任务组件的类型及类型数量，确定通讯传输最优带宽；其中对于确定通讯传输最优带宽的具体方式，可以基于所述的类型及类型数量进行带宽分配。例如类型包括高光谱平台的组件类型，SAR雷达的组件类型，以及摄像组件类型，类型数量可以为高光谱平台的组件类型中高光谱平台为1台，SAR雷达的组件类型中设置SAR雷达为2台，以及摄像组件类型为3台，可以考虑三者的类型和类型数量，从而分配数据传输所需要的最优带宽，基于此确定每个类型及类型数量分别对应的类型权重系数和类型数量权重系数；

(3)基于确定的可换装任务组件的类型，依次标记每个可换装任务组件的组件类型码，组件类型码分别为T1，T2，…，Ti，…，Tm，其中m为类型总数量；基于确定的可换装任务组件的类型数量，依次标记每个组件类型中类型数量分别对应的可换装任务组件的组件码集合{NT1},{NT2},…,{NTi},…，{NTm},每个组件码集合包括与可换装任务组件的类型中可换装任务组件数量对应的组件码，组件码分别对应着其代表的可换装任务组件；

(4)基于可换装任务组件的属性参数，生成时钟码，其中时钟码的参数基于可换装任务组件自身的属性，即根据其组件性能设置，可以根据实际的情况进行选择。其中，时钟码包括开始码，钟长码和截止码，钟长码为设置具有多个时差间隔顺序传输的码，时差间隔为不等长的时差间隔；通讯中枢设备通过时钟码，计算开始码开始到截止码的时长，获得钟长码的实际传输时间；通讯中枢设备通过时钟码，通过接收时间差的方式计算实际钟长码传输时的多个时差间隔时长，获得钟长码的实际传输时的多个时差间隔时间；通过将设置的钟长码和实际接收传输的钟长码的实际传输时间和多个时差间隔时长分别进行比较，可以分别得到相应的传输时间校正量和时差间隔时间校正量，最终利用传输时间校正量和时差间隔时间校正量进行可换装任务组件之间，以及其与通讯中枢设备之间的时间同步，实现更加精确的时钟，完成更加精确的控制。

(5)基于可换装任务组件的类型及类型数量，通讯传输最优带宽，时钟码，以及经过标记的每个可换装任务组件的组件类型码和可换装任务组件的组件码，设定通讯中枢设备与每个任务组件的通用通讯帧格式

帧头

组件类型码Ti

组件码NTi

时钟码

NTi的信息内容

(6)通讯中枢设备根据组件类型码Ti和组件码NTi，识别可换装任务组件，如果符合识别条件，则进入步骤(7)；如果不符合，则发出警报，提示错误信息，并且返回步骤(1)；

(7)调整***配置，为组件类型码Ti和组件码NTi对应的可换装任务组件分配通讯传输最优带宽。具体的，首先根据每个可换装任务组件的类型对应的类型权重系数分配最优类型带宽，再将最优类型带宽基于类型数量权重系数，对每个可换装任务组件的类型中对应的可换装任务组件分别对应的分配最优组件带宽。

(8)通讯中枢设备根据时钟码，获得钟长码的实际传输时间和多个时差间隔时间，将设置的钟长码和实际接收传输的钟长码进行比较，分别得到相应的传输时间校正量和时差间隔时间校正量，利用传输时间校正量和时差间隔时间校正量校准可换装任务组件和通讯中枢设备时钟，实现可换装任务组件之间，以及其与通讯中枢设备之间的时间同步；

(9)通讯中枢设备获取或填写任务组件Ti的信息内容，完成通讯，具体的通讯中枢设备通过通用通讯帧格式中获取或填写当前组件类型码对应的信息内容，完成与当前任务组件的通讯。

如果组件类型码是T1，则表示此时装载的任务组件为第一个任务组件，通讯中枢设备从通用通讯帧格式中获取或填写第一个任务组件的信息内容，完成了与第一个任务组件的通讯；

如果组件类型码是T2，则表示此时装载的任务组件为第二个任务组件，通讯中枢设备从通用通讯帧格式中获取或填写第二个任务组件的信息内容，完成了与第二个任务组件的通讯；

以此类推，如果组件类型码是Tm，则表示此时装载的任务组件为第m个任务组件，通讯中枢设备从通用通讯帧格式中获取或填写第m个任务组件的信息内容，完成了与第m个任务组件的通讯。

尽管为了说明的目的，已描述了本发明的示例性实施方式，但是本领域的技术人员将理解，不脱离所附权利要求中公开的发明的范围和精神的情况下，可以在形式和细节上进行各种修改、添加和替换等的改变，而所有这些改变都应属于本发明所附权利要求的保护范围，并且本发明要求保护的产品各个部门和方法中的各个步骤，可以以任意组合的形式组合在一起。因此，对本发明中所公开的实施方式的描述并非为了限制本发明的范围，而是用于描述本发明。相应地，本发明的范围不受以上实施方式的限制，而是由权利要求或其等同物进行限定。

Claims (6)

1.一种应用于无人机的多任务组件通讯方法，根据无人机***的需要，有m个任务组件有换装需求，其中m≥2，其特征在于：

(1)基于一个或多个无人机的***配置，确定与通讯中枢设备进行通讯的可换装任务组件的类型及类型数量；

(2)基于可换装任务组件的类型及类型数量，确定通讯传输最优带宽；

(3)基于确定的可换装任务组件的类型，依次标记每个可换装任务组件的组件类型码，组件类型码分别为T1，T2，…，Ti，…，Tm；基于确定的可换装任务组件的类型数量，依次标记每个组件类型中类型数量分别对应的可换装任务组件的组件码集合{NT1},{NT2},…,{NTi},…，{NTm},每个组件码集合包括与可换装任务组件的类型中可换装任务组件数量对应的组件码，组件码分别对应着其代表的可换装任务组件；

(4)基于可换装任务组件的属性参数，生成时钟码；

(5)基于可换装任务组件的类型及类型数量，时钟码，以及经过标记的每个可换装任务组件的组件类型码和可换装任务组件的组件码，设定通讯中枢设备与每个任务组件的通用通讯帧格式：

帧头 组件类型码Ti 组件码NTi 时钟码 NTi的信息内容

(6)通讯中枢设备根据组件类型码Ti和组件码NTi，识别可换装任务组件，如果符合识别条件，则进入步骤(7)；如果不符合，则发出警报，提示错误信息，并且返回步骤(1)；

(7)调整***配置，为组件类型码Ti和组件码NTi对应的可换装任务组件分配通讯传输最优带宽；

(8)通讯中枢设备根据时钟码，获得钟长码的实际传输时间和多个时差间隔时间，将设置的钟长码和实际接收传输的钟长码进行比较，分别得到相应的传输时间校正量和时差间隔时间校正量，利用传输时间校正量和时差间隔时间校正量对应校准可换装任务组件和通讯中枢设备时钟，实现时间同步；

(9)通讯中枢设备获取或填写任务组件NTi的信息内容，完成通讯。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：通讯中枢设备为飞控计算机。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，确定通讯传输最优带宽的方式具体为：确定每个类型及类型数量分别对应的类型权重系数和类型数量权重系数，基于类型权重系数和类型数量权重系数分别确定最优类型带宽和最优组件带宽。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，时钟码包括开始码，钟长码和截止码，钟长码为设置具有多个时差间隔顺序传输的码，时差间隔为不等长的时差间隔。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(7)中，所述分配通讯传输最优带宽具体为：根据每个可换装任务组件的类型对应的类型权重系数分配最优类型带宽，再基于类型数量权重系数，将最优类型带宽分配为每个可换装任务组件的类型中对应的可换装任务组件分别对应的最优组件带宽。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(9)中，具体的通讯中枢设备通过通用通讯帧格式中获取或填写当前组件类型码对应的信息内容，完成与当前任务组件的通讯。

Images