CN113923628A

CN113923628A - 一种飞机多机密集编队通信交互方法、系统及装置

Info

Publication number: CN113923628A
Application number: CN202111277519.0A
Authority: CN
Inventors: 刘贞报; 许浒; 赵闻; 党庆庆; 张超; 赵鹏; 刘昕
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2021-10-29
Publication date: 2022-01-11
Anticipated expiration: 2041-10-29
Also published as: CN113923628B

Abstract

本发明公开了一种飞机多机密集编队通信交互方法、系统及装置，包括：通过各飞机预定的端口，构建各飞机之间的自组网通信节点；通过所构建的自组网通信节点，各飞机向相邻飞机发送相邻节点数据；通过存储接收到的相邻飞机的相邻节点数据，各飞机结合接收到的相邻节点数据和自身通信数据在下一时刻通过广播通信向相邻飞机发送结合后的相邻节点数据；通过整合各飞机接收相邻飞机结合后的相邻节点数据，各飞机向地面指挥中心发送整合后的数据；实现飞机多机密集编队的自组网通信网络。当自组通信网络某通信节点失效或通信数据丢失时，自组网体系架构能通过其他节点发送数据，保证通信，还可通过投票融合法获得融合通信数据，较于原始通信数据更可靠。

Description

一种飞机多机密集编队通信交互方法、系统及装置

技术领域

本发明属于飞机通信领域，涉及一种飞机多机密集编队通信交互方法、系统及装置。

背景技术

在当代航空事业中，飞机密集编队飞行在通信覆盖、灾难救援、军事行动等领域具有重要的应用前景。与单体飞机相比，飞机密集编队飞行具有故障容错性、任务并行性、功能分布性等优势，从而能够支持更为复杂的任务；在军事领域，多机密集编队飞行具有重要的战术价值，飞机集团化作战作为一种新型作战力量，已逐渐成为推动战争形态演变的重要力量。

集群通信网络是飞机密集编队飞行的核心子系统，飞机多机编队通信网络与普通的固定网络或具有固定基础通信设施的移动网络不同，不可以直接使用蜂窝移动网中的通信技术，需要对飞机移动通信相应关键技术进行研究。

近年来，飞机多机密集编队通信问题已经成为各国争先研究的热点问题，很多科研机构开展了大量的工作。目前无线自主通信网是多对多通信中主流的网络架构，无线自组网(MANET)属于自组网的一种，它并不依赖于任何预先存在的网络架构，是一种动态自组织网络系统。应用广泛在飞机通信中，然而无线自组网仍有一些问题，一方面飞机通信容易因物体遮挡而丢失，另一方面通信数据的安全性和可靠性也需要提升。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种飞机多机密集编队通信交互方法、系统及装置，实现飞机多机密集编队的自组网通信，保证飞机多机密集编队飞行安全和飞行稳定。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种飞机多机密集编队通信交互方法，包括：

步骤1，通过各飞机预定的端口，构建各飞机之间的自组网通信节点；

步骤2，通过所构建的自组网通信节点，各飞机向相邻飞机发送相邻节点数据；

步骤3，通过存储接收到的相邻飞机的相邻节点数据，各飞机结合接收到的相邻节点数据和自身通信数据在下一时刻通过广播通信向相邻飞机发送结合后的相邻节点数据；

步骤4，通过整合各飞机接收相邻飞机结合后的相邻节点数据，各飞机向地面指挥中心发送整合后的数据；

步骤5，重复步骤2-步骤4，实现飞机多机密集编队的自组网通信网络。

本发明的进一步改进在于：

自组网通信节点基于分布式自组网体系架构，网络的控制由所有网络节点均匀进行分担。

自组网采用2.4GHz频段的直接序列扩频和900MHz频段的跳频扩频，路由协议采用AODV按需路由协议。

在各飞机向相邻飞机发送相邻节点数据之前还包括：各飞机对通信数据进行数据编码预处理；所述数据编码预处理为根据不同的通信协议进行数据编码；所述相邻节点数据包含通信数据包，通信数据包包含帧头、长度、帧数据字节、校验位。

通信数据包含飞机自身的位置信息、感知信息、状态信息和任务信息。

在存储接收到的相邻飞机的相邻节点数据之前，还包括：校验通信数据包中的帧头校验位是否完整。

结合后的相邻节点数据整合采用投票融合法对来自同一个飞机同一个时刻的数据进行数据拟合；发送给地面指挥中心的数据为整合后的通信数据和任务信息。

一种飞机多机密集编队通信交互系统，包括：

构建模块，所述构建模块用于通过各飞机预定的端口，构建各飞机之间的自组网通信节点；

第一发送模块，所述第一发送模块用于通过所构建的自组网通信节点，各飞机向相邻飞机发送相邻节点数据；

第二发送模块，所述第二发送模块用于通过存储接收到的相邻飞机的相邻节点数据，各飞机结合接收到的相邻节点数据和自身通信数据在下一时刻通过广播通信向相邻飞机发送结合后的相邻节点数据；

第三发送模块，所述第三发送模块用于通过整合各飞机接收相邻飞机结合后的相邻节点数据，各飞机向地面指挥中心发送整合后的数据；

输出模块，所述输出模块用于实现飞机多机密集编队的自组网通信网络。

一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提出了一种飞机多机密集编队通信交互方法、系统及装置，首先飞机产生自组网通信节点，然后将通信数据进行数据编码预处理后发送给相邻节点，飞机收集其他飞机发送的数据后进行储存并再次广播发送，通过投票融合法对所有通信数据进行数据融合，最终实现飞机多机密集编队的自组网通信。本发明在飞机多机密集编队飞行过程中提供了一种高可靠性，强实时的通信网络，保证飞机多机密集编队飞行安全和飞行稳定。当飞机自组通信网络中某一通信节点失效时，分布式自组网体系架构能够通过其他节点发送数据，保证通信可靠，并且能够进行自修复。对于通信数据丢失或出错情况，通过投票融合法飞机获得融合通信数据，相较于原始的通信数据更为可靠。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例的飞机多机密集编队通信交互方法的流程示意图；

图2为本发明的自组网通信节点示意图；

图3为本发明的通信数据包示意图；

图4为本发明的接收数据示意图；

图5为投票融合法示意图；

图6为本发明实施例的飞机多机密集编队通信交互系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，图1公布了一种飞机多机密集编队通信交互方法，包括：

S101，通过各飞机预定的端口，构建各飞机之间的自组网通信节点。

参见图2，编队中的所有飞机各自根据预定好的端口设置自组网通信节点，自组网通信节点采用分布式设计，每个节点之间都能进行通信共享数据。自组网采用2.4GHz频段的直接序列扩频和900MHz频段的跳频扩频，路由协议采用AODV按需路由协议，所有节点可做路由，支持自修复操作。当某个节点失效或连接丢失时建立替代路径，利于网络扩展；通过询问各通信节点的自身地址，构建所需的数据帧，进而实现整个通信网络的数据实时交互，最终实现飞机自组网通信系统节点构建。

S102，通过所构建的自组网通信节点，各飞机向相邻飞机发送相邻节点数据。

在各飞机向相邻飞机发送相邻节点数据之前还包括：各飞机对通信数据进行数据编码预处理；数据编码预处理为根据不同的通信协议进行数据编码；相邻节点数据包含通信数据包，通信数据包包含帧头、长度、帧数据字节、校验位。

参见图3，通信数据需要编码成通信数据包格式，每个数据包包含n+8个字节，n为飞机需要发送的位置信息、感知信息、状态信息和任务信息总字节数。接下来依次介绍各个字节的组成部分。字节0(STX)是MAVLink帧头，说明要开始一个新的数据包，固定为0xFE。字节1(LEN)表示数据包长度，载荷长度的计算是从字节2(SEQ)开始，一直到字节n+8(CKB)的所有字节数。字节2(SEQ)表示包序列号，每传输一个数据包，该值就加1，可有效检测丢包情况。字节3(SYS)表示系统ID号，优点是可以在同一个网络区别出来不同无人机。字节4(COMP)表示组件ID号，用来区分该数据包是由无人机上哪个组件发出。字节5(MSG)表示消息ID号，该字段用来表示数据包属于哪种类型数据，该值的范围是0-255。字节6到字节(n+6)(DATA)表示实际数据，这部分长度不确定，依赖于消息ID号。字节(n+7)(CKA)是数据包校验和的低字节，采用CRC标准。字节(n+8)(CKB)是数据包校验和的高字节，采用CRC标准。

飞机进行通信数据编码后，还需要指定通信节点进行数据发送。数据发送的格式如图4所示，将通信数据嵌套到发送数据包中，发送数据包包含以下部分：帧头固定为0x7E，占据1个字节内存空间。长度处于第2个和第3个字节，占据2个内存空间，代表数据载荷的长度。帧数据字节：帧数据是根据无线模块收到的报文类型所决定的，这是信息的核心部分。校验位处于第N+1个字节，用来检验传输而来的数据是否正确。

在飞机无线通信模块中定义了超过12种不同的API帧类型，根据帧类型字节可以得到API帧的类型，了解帧类型对于了解接下来的信息非常重要，例如帧类型0x08表示AT指令帧，通过前4个字节飞机就可以获悉帧的起始位置、帧的长度、帧的类型，每帧由一个数字表示。

S103，通过存储接收到的相邻飞机的相邻节点数据，各飞机结合接收到的相邻节点数据和自身通信数据在下一时刻通过广播通信向相邻飞机发送结合后的相邻节点数据。

接收到的相邻飞机的相邻节点数据储存到内存中，发送方式参考S102。

S104，通过整合各飞机接收相邻飞机结合后的相邻节点数据，各飞机向地面指挥中心发送整合后的数据。

首先校验通信数据包，对于数据包缺少标志位或长度错误的数据包进行丢弃，将剩下的数据包通过投票融合法进行数据融合。参考图5，通信原始数据包含接收到同一架飞机同一时刻的通信数据，通信数据在传递过程中有可能发送交换，突变等情况，比较同一位置的通信数据，通信数据最终为接收次数较多的数据，可以纠正通信数据在传输中发送的错误。

S105，重复S102-S104，实现飞机多机密集编队的自组网通信网络。

参见图6，图6公布了一种飞机多机密集编队通信交互系统，包括：

本发明一实施例提供的终端设备。该实施例的终端设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个方法实施例中的步骤。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能。

所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。

所述终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。

所述处理器可以是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述终端设备的各种功能。

所述终端设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种飞机多机密集编队通信交互方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的飞机多机密集编队通信交互方法，其特征在于，所述自组网通信节点基于分布式自组网体系架构，网络的控制由所有网络节点均匀进行分担。

3.根据权利要求1所述的飞机多机密集编队通信交互方法，其特征在于，所述自组网采用2.4GHz频段的直接序列扩频和900MHz频段的跳频扩频，路由协议采用AODV按需路由协议。

4.根据权利要求1所述的飞机多机密集编队通信交互方法，其特征在于，所述在各飞机向相邻飞机发送相邻节点数据之前还包括：各飞机对通信数据进行数据编码预处理；所述数据编码预处理为根据不同的通信协议进行数据编码；所述相邻节点数据包含通信数据包，通信数据包包含帧头、长度、帧数据字节、校验位。

5.根据权利要求1所述的飞机多机密集编队通信交互方法，其特征在于，所述通信数据包含飞机自身的位置信息、感知信息、状态信息和任务信息。

6.根据权利要求4所述的飞机多机密集编队通信交互方法，其特征在于，所述在存储接收到的相邻飞机的相邻节点数据之前，还包括：校验通信数据包中的帧头校验位是否完整。

7.根据权利要求1所述的飞机多机密集编队通信交互方法，其特征在于，所述结合后的相邻节点数据整合采用投票融合法对来自同一个飞机同一个时刻的数据进行数据拟合；发送给地面指挥中心的数据为整合后的通信数据和任务信息。

8.一种飞机多机密集编队通信交互系统，其特征在于，包括：

9.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述方法的步骤。