基于无线自组网的多无人机系统解决方案

随着无人机技术的蓬勃发展，无人机已经广泛应用于农业、工业、应急、军事等众多领域。在应用形式上分为单无人机作业和多无人机协同作业两种形式，其中，单无人机作业是目前较为常见的形式，但是，单无人机作业存在作业区域有限，地形环境受限，携带载荷有限、工作效率低等缺点，并不能解决某些特定场景的应用需求。多无人机协同能够很好地解决这些问题，越来越受到大家的青睐，并在越来越多场景中展开应用。

遥感遥测;

环保巡查;

边防巡查;

石油管线巡查;

电力线巡查;

远程搜救;

应急救灾;

空中中继;

无人机集群协同作战;

无线自组网技术(Ad hoc技术)是多无人机通信组网的发展趋势，并且已经被某些多无人机系统和蜂群系统所采用。基于无线自组网的多无人机系统具有诸多优势：

协同探测感知;

协同融合处理;

目标分配，协同作业;

克服复杂地形环境的影响;

延伸测控距离;

扩大作业范围;

提高作业效率;

无人机协同作战样式多样化;

……

不同的应用领域，所展现出来的优势也不一样，这里就不详细描述了。

无线自组网技术(Ad hoc技术)是一种不依赖于现有基础通信设施，可动态快速构建分布式、无中心网络的技术，具有自组织，自恢复、高抗毁等许多优点。这里只简单(重点)指出无人机自组网一些大家关注的优良特性。

无人机自组网中每个节点兼具无线通信和动态路由的功能，既可以完成传统点对点通信测控的功能，又可以实现数据包择优路径的中继转发;

无人机自组网中的动态路由协议支持多无人机网络形成星形网、网状网、链状网等多种拓扑结构，尤其是多跳路由中继转发的功能使得无人机可以组成链状状网，大大提升测控的距离和作业的范围，并通过节点合理部署，能够适应山地峡谷等复杂的地形环境，实现超视距通信;

无人机自组网的信道接入控制协议(MAC协议)，信道资源动态分配，使得节点可动态入网和退网，无需要通信组网预规划，非常适合临时调度无人机的数量来满足实际应用的需要;

无人机自组网得益于新技术(上面提到的动态资源分配，动态路由中继、负载均衡拥塞控制等)，使得网络内的信道资源可以按需要调整分配，优化选择传输路径，保证业务QoS 。

越说越专业术语化，还是用非通信网络专业的用户可以理解的话来聊，无人机自组网有逻辑上的控制中心，没有通信组网中心，速率可以自适应，带宽可以按需分配，可以临时加入无人机，也可以部分无人机退出，可以多跳中继，节点可以随意移动，网络拓扑可以不断变化等。

正因为无人机自组网上述优良特性，可以支持下面几种典型的多无人机应用样式(以1对3应用为例，飞机节点多了，不好画示意图)

图1 1站对3机1跳应用

图2 1站对3机2跳应用

图3 1站对3机3跳应用

目前，跳跳通无人机自组网电台已经广泛应用于无人机自组网系统，常见应用为1对2、1对3，其中规模较大的应用为1对12和1对16，(平台不允许发链接)公开报导了无人机集群协同的验证测试，宽带自组网电台作为协同控制的基础，其性能必须要满足无人机集群协同控制级通信组网要求。

无人机自组网具体是如何工作的呢?本人从事过很多年的教学科研实践工作，说起技术来有点刹不住车，移动自组网的基本理论作为硕士研究生的一门课程，说起来有点费时间，这里就只说说操作使用层面的事。

从前期众多无人机用户使用情况来看，自组网电台用途有以下几种：

(1)视频回传，光电球的视频回传，码流大小一般为2~8Mbps;

(2)大数据回传，常指的是遥测数据或者是频谱感知数据等;

(3)图数一体，电台既要用来控制无人机及若干载荷设备，又要用来进行无人机视频回传。

(4)遥控，仅用来控制无人机和若干载荷设备的工作状态;

(5)机上设备数据共享，进行协同处理、协同分配、协同打击等，通常用于集群协同;

通常，第1种和第2种应用只用到电台的网口，第3种应用使用电台的网口和串口，网口用于视频传输，串口用于无人机控制，第4种应用通常使用电台的串口，因为现在的无人机飞控设备大多是串口。第5种应用，有的只用到电台的串口，有的用到网口，也有网口和串口都用，主要取决于电台连接的机上载荷设备的接口形式。

电台网口的使用很简单，如果两端只使用电台网口的话，由于电台是IP数据透明传输，电台之间形成的无线链路相当于一根无形的网线。电台串口的使用相对复杂一些。尤其是在一对多使用时，地面电台使用网口且机载电台使用串口时稍微复杂一些，如果此时，无人机串口数据也需要在无人机间传输共享时，串口的配置使用需要一定的理论知识指导和使用经验。

在机载电台必须要用串口时，我们建议：

一对一使用时，地面电台可以用网口，也可用串口;

一对多使用时，强烈建议地面电台用网口，这是因为由于串口数据没有标识，在多对一传输串口数据时，会出现数据交叉的现象，从而无法区分数据来源。有些客户不愿意修改地面站的应用程序，不更改数据接口，地面电台一定要用串口，地面电台有N个串口，最多可支持N架无人机。如需要支持多于N的无人机集群组网控制时，地面电台就需要用多串口服务器扩展更多的串口，通过合理配置来满足实际需求。对于这种情况，我们强烈建议地面电台使用网口，处理起来就变得非常简单。无人机串口数据如何在无人机群内传输共享(上面提到的公开报道中就是这么用的)?具体的操作使用，请联系我们。

跳跳通宽带自组网电台有T3W系列、T3S系列、T3M系列电台，很多客户在电台选型时很迷惘，不知道该如何选择?这里做个简单介绍和指导，其主要参数说明如下：

其中，T3W系列电台基于高通平台打造，采用COFDM、 MIMO、CSMA/CA、智能路由等技术，具有组网规模较大、中继跳数较多、通信距离较远、传输速率高、频谱扫描、通信安全保密、IP语音清晰、接口丰富、可定制性强等特性。性能良好，性价比高，比较适合组网规模10个节点左右，通信距离10~20km左右，且对成本比较敏感的无人机集群应用。

T3M系列基于SDR平台(ZYNQ70xx+AD936x)打造，综合采用COFDM、 分集接收、动态TDMA、智能路由等新技术开发研制，具有组网规模大、中继跳数多、通信距离远、传输速率高、通信组网稳定、工作频率范围宽、入网/退网快、路由切换速度快、支持节点高速移动、通信安全保密、IP语音清晰、通信抗干扰能力强、接口丰富、可定制性强等优良特性。该电台成本较高，性能优异，非常适合30~200km的远距离应用场景。

T3M系列电台在T3S系列电台的基础上，采用了MIMO技术，在不增加带宽和发射功率的情况下，大大地提高了频谱利用率和通信系统容量，10MHz带宽下峰值速率可达50+Mbps，20MHz带宽下峰值速率可达100+Mbps。

对于T3S和T3M系列电台都具有自适应选频和宽带跳频两种可选抗干扰功能模式。其中，自适应选频抗干扰功能实时对候选频点进行通信质量评估，当前工作频点受到干扰后，可以自动快速切换到未被干扰的频率进行通信，自动躲避各种干扰。宽带跳频抗干扰功能使得载波频率按照预设的特定的跳频图案进行快速跳变，跳速大于1000hop/s，带宽大于200MHz，跳频点数最多支持256个，具有很强的抗干扰能力和抗截获能力，保证信息传输的可靠性。抗干扰功能一般适用于需要应对复杂电磁环境的军事应用场景，其实现难度大，价格相对比较高。

审核编辑：汤梓红