CN114415732A - 基于多级编队的无人机蜂群地面指挥控制*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多级编队的无人机蜂群地面指挥控制***，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***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。

Description

基于多级编队的无人机蜂群地面指挥控制***

技术领域

本发明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***。

背景技术

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***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***，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。

目前，已有无人机蜂群地面指挥控制***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***，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***。

中国专利CN111694377A《无人机集群地面控制可视***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***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。

中国专利CN111224709A《一种集群无人机测控***》公开了集群测控***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***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。

中国专利CN109669477A的《一种面向无人机集群的协同控制***及控制方法》公开的协同控制***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。该发明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。

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，***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。

中国专利CN108227746A的《一种无人机集群控制***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》等发明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***的操控方式和流程进行设计。

综上，现有的无人机蜂群指挥管理***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。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提供一种适用于无人机蜂群实战的地面指挥控制***。具体而言，针对无人机蜂群***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***，解决当前蜂群指挥控制***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***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。

本发明涉及一种基于多级编队的无人机蜂群地面指挥控制***，针对已有无人机蜂群地面指挥管理***所存在的技术不足提出了解决方案。本发明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***，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***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。

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。

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。

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。

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。

进一步的，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，执行任务。

进一步的，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、拦截能力编队的配置和指挥数据至编队管理模块；

（5）情报管理模块：与态势管理模块进行情报数据共享；发送情报数据至辅助决策模块；

（6）任务管理模块：发送任务提取与任务下达数据至编队管理模块；

（7）辅助决策模块：接收态势管理模块的态势数据；接收情报管理模块的情报数据；发送智能决策数据、手动决策数据至编队管理模块。

一种基于多级编队的无人机蜂群地面指挥控制***的操作方法，包括任务准备阶段和任务过程阶段，所述任务准备阶段实现编队管理模块、能力管理模块、任务管理模块、飞行管理模块、辅助决策模块的初始配置与数据更新；所述任务过程阶段实现对飞行编队、能力编队、任务编队、决策编队、指派编队的多级编队指挥与控制；在所述任务准备阶段和所述任务过程阶段的配置管理与指挥控制过程中，一架无人机能够作为多个角色配置到各级编队中，根据任务的需求实时动态调整无人机角色与所处编队，以满足各种类型任务的能力需求：所述无人机根据不同角色在编入多个编队后，当所属的一个编队被激活时，其切换为相应角色执行具体任务要求；当所属的多个编队被激活时，其按照飞行编队、能力编队、任务编队、决策编队、指派编队依次从低到高的优先级切换为相应角色，进入优先级最高的编队执行相应的任务。

进一步的，所述任务准备阶段具体包括以下步骤：

（1）对于编队管理模块，首先进行飞行编队配置，设置包含无人机蜂群队形、间距、排布规则的编队整体参数以及包含各无人机属性、角色、编队内位置的编队个体参数；然后进行能力编队配置，设置能力编队的队形参数、能力参数；

（2）对于飞行管理模块，首先进行任务区域配置，根据任务目标设定初始的任务区域范围；然后进行飞行航线配置，根据情报信息设置到任务区域途中能够避开对方侦察拦截的飞行航线；

（3）对于能力管理模块，首先进行载荷信息管理，对所有无人机的任务载荷进行参数初始化以及工作状态管理；然后进行任务能力配置，根据无人机所搭载的任务载荷设置无人机能力属性，使无人机能力属性与能力编队的归属进行匹配；

（4）对于任务管理模块，进行任务清单配置，结合任务规则和预案在任务清单中预设若干任务项，并对任务项进行各种能力无人机的数量、编队、任务策略的设置；

（5）对于辅助决策模块，进行决策库更新，在基础智能决策库的基础上，结合任务需求和智能决策技术的最新成果，更新优化智能决策库。

进一步的，所述任务过程阶段具体包括以下步骤：

（1）对于飞行编队，首先手动选择飞行编队，根据任务准备阶段设置的飞行编队配置，选择执行任务的飞行编队进行操控；然后下达编队飞行指令，飞行编队进入起飞发射与航线飞行流程；

（2）对于能力编队，首先手动选择能力编队，根据任务准备阶段设置的能力编队配置，选择具有单一任务能力的能力编队进行操控；然后下达单一任务指令，使能力编队根据预定的能力和任务目标进行飞行与任务流程；

（3）对于任务编队，首先手动选择任务项，根据任务准备阶段设置的任务清单，选择符合当前态势和任务要求的任务项；然后生成任务编队配置，从任务清单数据中提取任务相应的信息发送至无人机蜂群形成能力编队；最后下达任务指令，使任务编队根据预设的任务机制进行作业；

（4）对于决策编队，首先获取态势情报信息，对态势管理模块和情报管理模块的数据进行融合分析处理；然后生成决策编队配置，利用智能决策算法推算当前态势与情报的编队配置与任务方案；第三手动确认配置，将形成的决策编队配置信息发送至无人机蜂群形成决策编队；最后下达任务指令，使决策编队根据智能决策的规则进行执行任务；

（5）对于指派编队，首先手动创建指派编队，指挥操作人员根据态势与情报进行主观决策，手动创建指派编队的力量组成、编队形式、能力配置以及任务机制；然后手动分配任务，将前述配置发送至无人机蜂群形成指派编队，并对设置编队所需执行的具体任务；最后下达任务指令，在合适时机发送指令使指派编队按照制定的任务机制和分配的任务进行作业。

利用前述方式，整个指挥控制***，以多级编队为任务单元，由低到高具有飞行编队、能力编队、任务编队、决策编队与指派编队类型，不同层级的编队依据指挥控制***的信息输入作为依据，在不同任务阶段或指挥要求下依据相应的编队配置进行任务，提供具有不同任务效能的编队力量组成。

利用前述方式，为适应瞬息万变的任务环境，指挥控制***提供了三方面的指挥操作机制：一是在任务管理模块可建立任务清单，能够编辑不同类型任务所对应蜂群体系的编队配置及任务规则，该清单可将任务经验和演习情况作为依据进行任务目标与任务编队配置的设置；二是在辅助决策模块可根据态势和情报进行实时智能推理决策，动态生成决策编队的配置，该模块利用标准化接口函数和动态链接库的模块化调用机制，可不断更新迭代决策软件算法；三是指挥操作人员具有最高指挥权限，可根据主观经验进行指派编队的配置并下达任务。

利用前述方式，可以实现蜂群指挥控制***具有多级编队和动态重组的编队管理能力，能够在实战中实时动态为指挥操作人员提供决策依据，从而提升决策效率以及任务效能。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果：

本发明有效解决了传统指挥控制***在数据管理、业务管理、动态重组等方面的不足，主要技术优势如下：

1. 利用信息综合管理层对蜂群体系的编队、遥控、遥测、情报、载荷多种类型数据进行分类模块化管理，实现对数据的高效访问、显示与存储；

2. 以多级编队为任务单元，由低到高具有飞行编队、能力编队、任务编队、决策编队、指派编队多个层级，各层级编队采用依据预定规则、智能辅助决策以及指挥操作人员控制进行规划配置，具有动态任务管理机制顺应态势的实时变化；

3. 每架无人机均可作为多个角色配置到多个编队中，指挥操作人员根据任务需求激活不同编队进行作业时，无人机能够迅速切换为相应编队下的角色执行相应任务流程，能够发挥无人机灵活多变的任务能力；

4.支持对搭载不同载荷、具有不同功能的无人机进行任务管理和运用，实现异构无人机蜂群***的指挥控制；

5.通过可配置的任务清单，实现任务管理模块预存蜂群体系在不同场景下需采用的任务编队任务方案，为指挥操作人员提供快捷的任务编队操作方式；

6. 利用辅助决策模块根据态势和情报进行实时智能推理决策，为指挥操作人员提供主观决策以外的动态任务指挥方案，提高任务指挥效率。

附图说明

图1是无人机蜂群指挥控制的整体构成，包括：指挥控制***与异构无人机蜂群体系。

图2为基于多级编队的无人机蜂群地面指挥控制***的架构框图。

图3为任务控制管理层各模块的主要业务与数据交互关系。

图4为任务准备阶段指挥控制***的操作内容。

图5为任务过程阶段指挥控制***的操作内容。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。

一种基于多级编队的无人机蜂群地面指挥控制***，是无人机蜂群体系的指挥控制核心，通过无线通信链路与异构无人机蜂群体系进行通信组网，对无人机蜂群实施远程指挥控制，如图1所示。

为实现对无人机蜂群的灵活动态控制，本发明采用了模块化结构框架，将指挥控制***分为三层：数据通信管理层、信息综合管理层、任务控制管理层，如图2所示。其中，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；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；任务控制管理层主要为指挥操作人员进行多层次、多内容的任务管理，并通过可视化操作界面实现高效的指挥控制。

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***。

数据通信管理层主要包括通信接口模块、编码解码模块、数据加密模块。各模块功能如下：

（1）通信接口模块，一方面同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；另一方面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情报、态势的数据。

（2）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。

（3）数据加密模块，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。

信息综合管理层主要包括数据路由模块与数据存储模块。各模块功能如下：

（1）数据路由模块，将各管理层中不同模块产生的数据进行分析并传递至与相关模块。

（2）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，并根据其数据来源进行标记。

任务控制管理层包括编队管理模块、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。各模块功能如下：

（1）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飞行编队、能力编队、任务编队、决策编队、指派编队多个层级，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。

（2）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对实时态势信息，同时将数据推送至辅助决策模块、情报管理模块进行数据融合分析与处理。

（3）飞行管理模块，对无人机蜂群飞行编队或单机进行飞行控制、航线规划、任务区域规划的操作。

（4）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，实施对侦察、干扰、诱骗、打击、拦截的单一能力编队的指挥与控制。

（5）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。

（6）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。

（7）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，执行任务。

任务控制管理层的各模块之间通过相互的数据支撑以完成各自承担的作用，如图3所示，结合前述各模块的主要业务，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；能力编队接收管理能力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；指派编队接收手动决策管理的数据。

（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、拦截能力编队的配置和指挥数据至编队管理模块。

（5）情报管理模块：与态势管理模块进行情报数据共享；发送情报数据至辅助决策模块。

（6）任务管理模块：发送任务提取与任务下达数据至编队管理模块。

（7）辅助决策模块：接收态势管理模块的态势数据；接收情报管理模块的情报数据；发送智能决策数据、手动决策数据至编队管理模块。

该指挥***的操作使用分为两个阶段：任务准备阶段和任务过程阶段。

在任务准备阶段，主要实施编队管理模块、能力管理模块、任务管理模块、飞行管理模块、辅助决策模块的初始配置与数据更新，如图4所示，具体操作流程如下：

（1）编队管理模块：首先进行飞行编队配置，设置包含无人机蜂群队形、间距、排布规则的编队整体参数以及包含各无人机属性、角色、编队内位置的编队个体参数；然后进行侦察、干扰、诱骗、打击、拦截能力编队的配置，设置能力编队的队形参数、能力参数。

（2）飞行管理模块：首先进行任务区域配置，根据任务目标设定初始的任务区域范围；然后进行飞行航线配置，根据情报信息设置到任务区域途中能够避开对方侦察拦截的飞行航线。

（3）能力管理模块：首先进行载荷信息管理，对所有无人机的任务载荷进行参数初始化以及工作状态管理；然后进行任务能力配置，根据无人机所搭载的任务载荷设置无人机能力属性，使其与能力编队的归属进行匹配。

（4）任务管理模块：进行任务清单配置，结合任务规则和预案在任务清单中预设多个任务项，并对任务项进行各种能力无人机的数量、编队、任务策略的设置。

（5）辅助决策模块：进行决策库更新，在基础智能决策库的基础上，结合任务需求和智能决策技术的最新成果，更新优化支撑决策库为辅助决策提供更高效的决策机制。

在任务过程阶段，主要实施对飞行编队、能力编队、任务编队、决策编队、指派编队多个层级的编队指挥与控制，如图5所示，具体操作流程如下：

（1）飞行编队：首先手动选择飞行编队，根据任务准备阶段设置的飞行编队配置，选择执行任务的飞行编队进行操控；然后下达编队飞行指令，飞行编队进入起飞发射与航线飞行流程。

（2）能力编队：首先手动选择能力编队，根据任务准备阶段设置的能力编队配置，选择具有侦察、打击、干扰、拦截单一任务能力的能力编队进行操控；然后下达单一任务指令，使能力编队根据预定的能力和任务目标进行飞行与任务流程。

（3）任务编队：首先手动选择任务项，根据任务准备阶段设置的任务清单，选择符合当前态势和任务要求的任务项；然后生成任务编队配置，从任务清单数据中提取任务相应的编队配置、任务模式信息发送至无人机蜂群形成能力编队；最后下达任务指令，使任务编队根据预设的任务机制进行作业。

（4）决策编队：首先获取态势情报信息，对态势管理模块和情报管理模块的数据进行融合分析处理；然后生成决策编队配置，利用智能决策算法推算当前态势与情报的编队配置与任务方案；第三手动确认配置，将形成的决策编队配置信息发送至无人机蜂群形成决策编队；最后下达任务指令，使决策编队根据智能决策的规则进行作业。

（5）指派编队：首先手动创建指派编队，指挥操作人员根据态势与情报进行主观决策，手动创建指派编队的力量组成、编队形式、能力配置以及任务机制；然后手动分配任务，将前述配置发送至无人机蜂群形成指派编队，并对设置编队所需执行的具体任务；最后下达任务指令，在合适时机发送指令使指派编队按照制定的任务机制和分配的任务进行作业。

上述多级编队指挥控制过程中，一架无人机均可作为多个角色配置到各级编队中，根据任务的需求实时动态调整无人机的角色与编队，以满足在不同任务阶段或指挥要求下进行有效的指挥与控制：无人机根据不同角色在编入多个编队后，当所处的一个编队被激活时，其切换为相应角色执行具体任务流程；当所属的多个编队被激活时，其按照飞行编队、能力编队、任务编队、决策编队、指派编队依次从低到高的优先级切换为相应角色，进入优先级最高的编队执行相应的任务。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于多级编队的无人机蜂群地面指挥控制***，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***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***，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***，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***，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***，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***，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***，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、拦截能力编队的配置和指挥数据至编队管理模块；

（5）情报管理模块：与态势管理模块进行情报数据共享；发送情报数据至辅助决策模块；

（6）任务管理模块：发送任务提取与任务下达数据至编队管理模块；

（7）辅助决策模块：接收态势管理模块的态势数据；接收情报管理模块的情报数据；发送智能决策数据、手动决策数据至编队管理模块。

8.一种如权利要求1或7所述的基于多级编队的无人机蜂群地面指挥控制***的操作方法，其特征在于，包括任务准备阶段和任务过程阶段，所述任务准备阶段实现编队管理模块、能力管理模块、任务管理模块、飞行管理模块、辅助决策模块的初始配置与数据更新；所述任务过程阶段实现对飞行编队、能力编队、任务编队、决策编队、指派编队的多级编队指挥控制；在所述任务准备阶段和所述任务过程阶段的配置管理与指挥控制过程中，一架无人机能够作为多个角色配置到各级编队中，根据任务的需求实时动态调整无人机角色与所处编队，以满足各种类型任务的能力需求：所述无人机根据不同角色在编入多个编队后，当所属的一个编队被激活时，其切换为相应角色执行具体任务流程；当所属的多个编队被激活时，其按照飞行编队、能力编队、任务编队、决策编队、指派编队依次从低到高的优先级切换为相应角色，进入优先级最高的编队执行相应的任务。

9.根据权利要求8所述基于多级编队的无人机蜂群地面指挥控制***的操作方法，其特征在于，所述任务准备阶段具体包括以下步骤：

（1）对于编队管理模块，首先进行飞行编队配置，设置包含无人机蜂群队形、间距、排布规则的编队整体参数以及包含各无人机属性、角色、编队内位置的编队个体参数；然后进行能力编队配置，设置能力编队的队形参数、能力参数；

（2）对于飞行管理模块，首先进行任务区域配置，根据任务目标设定初始的任务区域范围；然后进行飞行航线配置，根据情报信息设置到任务区域途中能够避开对方侦察拦截的飞行航线；

（3）对于能力管理模块，首先进行载荷信息管理，对所有无人机的任务载荷进行参数初始化以及工作状态管理；然后进行任务能力配置，根据无人机所搭载的任务载荷设置无人机能力属性，使无人机能力属性与能力编队的归属进行匹配；

（4）对于任务管理模块，进行任务清单配置，结合任务规则和预案在任务清单中预设若干任务项，并对任务项进行各种能力无人机的数量、编队、任务策略的设置；

（5）对于辅助决策模块，进行决策库更新，在基础智能决策库的基础上，结合任务需求和智能决策技术的最新成果，更新优化智能决策库。

10.根据权利要求9所述基于多级编队的无人机蜂群地面指挥控制***的操作方法，其特征在于，所述任务过程阶段具体包括以下步骤：

（1）对于飞行编队，首先手动选择飞行编队，根据任务准备阶段设置的飞行编队配置，选择执行任务的飞行编队进行操控；然后下达编队飞行指令，飞行编队进入起飞发射与航线飞行流程；

（2）对于能力编队，首先手动选择能力编队，根据任务准备阶段设置的能力编队配置，选择具有单一任务能力的能力编队进行操控；然后下达单一任务指令，使能力编队根据预定的能力和任务目标进行飞行与任务流程；

（3）对于任务编队，首先手动选择任务项，根据任务准备阶段设置的任务清单，选择符合当前态势和任务要求的任务项；然后生成任务编队配置，从任务清单数据中提取任务相应的信息发送至无人机蜂群形成能力编队；最后下达任务指令，使任务编队根据预设的任务机制进行作业；

（4）对于决策编队，首先获取态势情报信息，对态势管理模块和情报管理模块的数据进行融合分析处理；然后生成决策编队配置，利用智能决策算法推算当前态势与情报的编队配置与任务方案；第三手动确认配置，将形成的决策编队配置信息发送至无人机蜂群形成决策编队；最后下达任务指令，使决策编队根据智能决策的规则执行任务；

（5）对于指派编队，首先手动创建指派编队，指挥操作人员根据态势与情报进行主观决策，手动创建指派编队的力量组成、编队形式、能力配置以及任务机制；然后手动分配任务，将前述配置发送至无人机蜂群形成指派编队，并对设置编队所需执行的具体任务；最后下达任务指令，在合适时机发送指令使指派编队按照制定的任务机制和分配的任务进行作业。

Images