隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，無(wú)人機(jī)目前已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、巡檢、安防、救援等多個(gè)領(lǐng)域?，F(xiàn)階段運(yùn)用最廣泛的是用單架無(wú)人機(jī)的執(zhí)行任務(wù)，由于這種方式是單機(jī)作業(yè)，如果任務(wù)的作業(yè)面積比較大，無(wú)人機(jī)需要多次往返，甚至多次轉(zhuǎn)場(chǎng)才能完全覆蓋任務(wù)區(qū)域，耗時(shí)較長(zhǎng)、效率還是相對(duì)比較低；有些地方受制于地形因素限制無(wú)人機(jī)和地面控制站的通信等諸方面的限制，無(wú)人機(jī)還無(wú)法到達(dá)作業(yè)區(qū)域，影響任務(wù)展開(kāi)區(qū)域。相比單架無(wú)人機(jī)存在的這些問(wèn)題，無(wú)人機(jī)自組網(wǎng)系統(tǒng)在解決上述問(wèn)題時(shí)候，具有諸多優(yōu)勢(shì)，例如：

多無(wú)人機(jī)相互協(xié)作完成對(duì)任務(wù)環(huán)境的感知，通過(guò)自組網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)多無(wú)人機(jī)之間的信息的快速傳遞共享，完成對(duì)任務(wù)區(qū)域的大范圍監(jiān)測(cè)當(dāng)視距通信陷入盲區(qū)時(shí)候，可以通過(guò)多機(jī)中繼實(shí)現(xiàn)無(wú)死角覆蓋無(wú)人機(jī)群系統(tǒng)不依賴(lài)于單獨(dú)的個(gè)體，當(dāng)部分個(gè)體離開(kāi)或加入群系統(tǒng)時(shí)，整個(gè)群系統(tǒng)仍具有一定的完整性，可繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)等

無(wú)人機(jī)自組網(wǎng)的概念 無(wú)人機(jī)自組網(wǎng)是由無(wú)人機(jī)擔(dān)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成的具有任意性、臨時(shí)性和自治性網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，每架無(wú)人機(jī)都配備移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)通信模塊，既具有路由功能，又具有報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)功能，可以通過(guò)無(wú)線連接構(gòu)成任意的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?strong>每架無(wú)人機(jī)在該網(wǎng)絡(luò)中兼具任務(wù)節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)兩種功能：作為任務(wù)節(jié)點(diǎn)，可在地面控制站或其他無(wú)人機(jī)的指令控制下執(zhí)行任務(wù)意圖；作為中繼節(jié)點(diǎn)，可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的路由策略和路由表參與路由維護(hù)和分組轉(zhuǎn)發(fā)工作。

無(wú)人機(jī)自組網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)成 無(wú)人機(jī)自組網(wǎng)系統(tǒng)包括一個(gè)地面控制站節(jié)點(diǎn)和若干個(gè)無(wú)人機(jī)節(jié)點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，圖中1個(gè)地面控制站與4架無(wú)人機(jī)構(gòu)成1個(gè)無(wú)人機(jī)自組網(wǎng)。在無(wú)人機(jī)自組網(wǎng)絡(luò)中，由于無(wú)線傳輸距離限制或地形限制，無(wú)人機(jī)間的路由有時(shí)需要多個(gè)網(wǎng)段組成。如圖1所示，無(wú)人機(jī)節(jié)點(diǎn)C和地面控制站無(wú)法直接通信，但可以通過(guò)節(jié)點(diǎn)D和地面控制站以C→D→地面控制站路由進(jìn)行通信，或通過(guò)節(jié)點(diǎn)A、B和地面控制站以C→A→B→地面控制站路由進(jìn)行通信。

無(wú)人機(jī)自組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

無(wú)人機(jī)自組網(wǎng)方案特點(diǎn) 無(wú)人機(jī)自組網(wǎng)除具有獨(dú)立組網(wǎng)、自組織、動(dòng)態(tài)拓?fù)?、無(wú)約束移動(dòng)、多跳路由等一般自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)本身的技術(shù)特點(diǎn)以外，還具有以下的任務(wù)使用特點(diǎn)。

1.適用于復(fù)雜地形、非視距應(yīng)用 單架無(wú)人機(jī)容易受到地形或其他環(huán)境影響，無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)和地面的實(shí)時(shí)通信。但無(wú)人機(jī)自組網(wǎng)中每個(gè)無(wú)人機(jī)都可作為中繼機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地形下和非視距的應(yīng)用。

2.適用于遠(yuǎn)距離作業(yè)覆蓋由于地球曲率影響，無(wú)線電視距傳播受到極大的影響，再加上基站周?chē)匦我蛩氐挠绊?，往往通信距離小于50km。當(dāng)使用無(wú)人機(jī)自組網(wǎng)通信鏈路時(shí)，離基站最近的無(wú)人機(jī)除了承擔(dān)任務(wù)機(jī)的角色以外，還承擔(dān)著中繼機(jī)的角色。當(dāng)加入中繼功能后，數(shù)據(jù)鏈的通信距離范圍可以增加到150-200km，免去了無(wú)人機(jī)往返作業(yè)及轉(zhuǎn)場(chǎng)的次數(shù)，提高了任務(wù)效率。

3.抗干擾能力強(qiáng) 自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)使所有無(wú)人機(jī)集群間不再是簡(jiǎn)單的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，即使在鏈中的任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，無(wú)人機(jī)整個(gè)系統(tǒng)也不會(huì)癱瘓，這就意味著無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的抗干擾能力得到了大幅提高。

4.智能化程度高 無(wú)人機(jī)自組網(wǎng)能夠及時(shí)感知網(wǎng)絡(luò)變化，自動(dòng)配置或重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，保證數(shù)據(jù)鏈路的實(shí)時(shí)連通，具有高度的自治性和自適應(yīng)能力。另外，無(wú)人機(jī)自組網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)信息共享，能夠?qū)⑺邮艿男畔⑦M(jìn)行處理，并自主決策，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行任務(wù)智能化。

5.功能多樣 無(wú)人機(jī)自組網(wǎng)后就具有所有終端的功能，各無(wú)人機(jī)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、分工協(xié)作，形成有機(jī)整體，獲得比單機(jī)更好的執(zhí)行任務(wù)效果。

6.多路高清數(shù)據(jù)傳輸 一次任務(wù)可實(shí)現(xiàn)多次傳統(tǒng)任務(wù)效果。任務(wù)以無(wú)人機(jī)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)為例，由于環(huán)境監(jiān)測(cè)面積較大，采用四架無(wú)人機(jī)同時(shí)進(jìn)行環(huán)境保護(hù)作業(yè)，地面與無(wú)人機(jī)控制距離達(dá)到50km，無(wú)人機(jī)與無(wú)人機(jī)最大控制距離達(dá)到150km，四架無(wú)人機(jī)可同時(shí)采集FHD視頻并實(shí)時(shí)回傳至地面站。若發(fā)現(xiàn)環(huán)境異常等情況，可派遣多架無(wú)人機(jī)前往現(xiàn)場(chǎng)上空進(jìn)行多角度數(shù)據(jù)采集，同時(shí)可避免數(shù)據(jù)鏈因地形復(fù)雜、山體遮擋造成失聯(lián)的情況發(fā)生。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

多機(jī)實(shí)時(shí)任務(wù)信息回傳

行業(yè)應(yīng)用

1.安防行業(yè)應(yīng)用 防地域范圍較大，單架無(wú)人機(jī)監(jiān)視范圍小，無(wú)人機(jī)需要多次往返，甚至多次轉(zhuǎn)場(chǎng)才能完全覆蓋任務(wù)區(qū)域，耗時(shí)較長(zhǎng)、效率低；當(dāng)無(wú)人機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)影響任務(wù)。運(yùn)用無(wú)人機(jī)自組網(wǎng)，一次可以完成大面積的監(jiān)視任務(wù)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)可以使用多架無(wú)人機(jī)不同角度的去監(jiān)視；一架無(wú)人機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)影響執(zhí)行任務(wù)。

2.應(yīng)急搜救行業(yè)應(yīng)用 在山區(qū)人工搜救時(shí)，有些地勢(shì)和環(huán)境復(fù)雜，單架無(wú)人機(jī)執(zhí)行任務(wù)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈遮擋影響無(wú)人機(jī)與地面站的通信的問(wèn)題。運(yùn)用無(wú)人機(jī)自組網(wǎng)，每個(gè)無(wú)人機(jī)都可作為中繼機(jī)，不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈遮擋的問(wèn)題，如圖所示。

自組網(wǎng)模式應(yīng)急搜救

3.物探行業(yè)應(yīng)用 航空物探需要飛行器長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行低空飛行以達(dá)到精準(zhǔn)的勘探效果，而低空飛行受地球曲率影響無(wú)法實(shí)現(xiàn)較大的飛行半徑。自組網(wǎng)模式則很好地解決了這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)一架或多架無(wú)人機(jī)中繼橋接，實(shí)現(xiàn)了低空長(zhǎng)距離勘探。

4. 環(huán)保行業(yè)應(yīng)用 環(huán)境監(jiān)測(cè)使用無(wú)人機(jī)自組網(wǎng)，可以根據(jù)任務(wù)來(lái)增減無(wú)人機(jī)組網(wǎng)數(shù)，當(dāng)環(huán)保監(jiān)測(cè)面積較小時(shí)可以使用一兩架無(wú)人機(jī)去執(zhí)行任務(wù)；當(dāng)環(huán)保監(jiān)測(cè)面積較大時(shí)可以用多架無(wú)人機(jī)執(zhí)行任務(wù)，可以靈活、高效的完成任務(wù)。