无人系统数据链的构建和运用探析,军事技术论文.docx
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_05.gif)
《无人系统数据链的构建和运用探析,军事技术论文.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《无人系统数据链的构建和运用探析,军事技术论文.docx(22页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、无人系统数据链的构建和运用探析,军事技术论文摘 要: 阐述了无人系统在军事领域中的重要作用和地位, 以及无人系统的发展现在状况及其在面向将来战争时面临的挑战。分析了有人系统与无人系统协同时对数据链的使用需求, 并结合作战云理念, 研究了基于分布式云服务的数据链应用系统架构, 给出了有人/无人协同典型组织应用形式, 并进行了关键技术分析, 提出了基于任务、数据和服务的技术需求, 对基于数据链的有人/无人协同效能进行了瞻望, 以期为后续无人系统数据链应用和开发提供参考。 本文关键词语: 无人系统; 数据链; 协同作战; 作战云; Abstract: The important role and s
2、tatus of unmanned systems in the military field and the development status of unmanned systems and the challenges in the future combat are expounded. The demand of the data link for cooperative operation between the manned system and the unmanned system is analyzed. Combined with the operational clo
3、ud concept, the architecture of data link application system based on the distributed cloud service is researched. The typical application mode of manned/unmanned collaborative organization is given. The key technologies are analyzed. The technology requirements based on task, data and service are p
4、resented. The manned/unmanned collaborative efficiency based on data link is prospected. Thus it can provide a reference for the application and development of the future unmanned system data link. Keyword: unmanned systems; data link; cooperative operation; combat cloud; 0、 引 言 无人系统是由无人平台、责任载荷、指挥控制
5、体系及空-天-地信息网络构成的综合应用体系, 是信息化战争中夺取信息优势、施行精到准确打击及完成作战责任的主要手段之一。将来的军事斗争均呈现体系对抗态势, 以网络为中心的态势综合、任务规划、指挥决策和协同控制等综合能力已成为制胜关键, 无人系统作战应用也必然向着网络中心战方向转变1,2,3,4,5。因而, 有人系统和无人系统间需构建信息化数据通信网络。该网络主要功能并非仅聚焦收集和传输数据, 应更强调数据的自动化处理和辅助决策, 使空间上分散的各系统之间能够实时高效地协同应用, 即典型数据链应用形式。 数据链系统本质是在传感器、指挥控制系统和武器平台间构建时空一致的信息网络, 高效分发和自动处
6、理格式化消息, 实现战场态势分享、指挥控制、战术协同和武器控制等战术应用功能6,7,8,9。因而, 无人系统数据链应用重点在于将有人系统和无人系统中各种作战资源和信息处理资源严密铰链, 提供对无人系统的精到准确测控能力、无人系统载荷数据的实时获取与处理能力以及无人系统间互操作能力。综上, 无人系统数据链包含了传输组网、集成交链、信息处理以及平台应用等综合应用系统。 1、 应用现在状况与挑战 由于数据链直接服务于作战应用, 而作战应用的内涵又与作战平台本身的任务责任严密相关, 不同的无人系统需要不同的数据链应用形式。根据不同的责任载荷和使用环境, 美军构建的无人系统种类丰富且形态各异, 仅无人机
7、就有成百上千种, 且各类无人机差异较大。各类无人平台作用距离、工作时间和使用环境的差异, 导致了无人系统数据链应用悬殊。美军开发了多种数据链以支撑无人系统的网络化作战, 如通用数据链 (CDL) 、战术通用数据链 (TCDL) 、武器协同数据链 (TTNT) 和海军武器协同数据链 (CEC) 等。小型无人平台的作用距离一般在视距范围内, 并受限于其载荷能力和工作时间, 十分受限于天线安装尺寸, 另外定制的视距数据链系统互相间无法互连互通, 测控协议也不一样9,10,11,12,13, 如小型无人机数据链 (SUAS DDL) 。 无人系统的异构导致了其数据链种类繁多、传输组网各成体系且消息协议
8、处理层不同。各无人系统数据链应用通常针对特定的无人系统遥控、遥测及载荷数据设计, 兼容性和扩展性较差。文献14指出了无人系统通信具有下面3方面缺乏:1) 基础设施各自为政:在多个无人系统数据链应用中, 均采用独立的通信方案, 包括超视距通信和地面网络基础设施应用, 导致了系统间资源分享受阻、基础设施间接使用成本增加, 以及系统互操作性受限;2) 信息分享能力差:很多系统使用了专有的处理、分发和任务应用基础设施, 导致系统、军种和机构间无法进行有效的数据分享;3) 全球联通性差:将无人系统的高带宽数据向战略、战役和战术用户进行全球范围内分发的能力缺乏, 且过分依靠价格高昂的卫星通信, 导致无人系
9、统通信基础设施分布不均, 无法支撑所有地区的作战行动。 针对上述问题, 文献14还提出了将来无人系统通信面临的挑战, 包括计划内投入资金资源更有限、无人系统对数据容量需求越来越大、作战电磁环境越来越恶劣、应采用开放式标准以提升互操作性以及应具备体系化能力以提升使用效率等。简言之, 当前无人系统数据链发展以宽带化和网络化为特征, 但其烟囱式发展的数据链基础设施造成了资源浪费及互操作性缺乏, 进而抑制了更多资源介入数据链应用。为了更好的应对无人系统将来面临的挑战, 需从整体架构方面考虑无人系统的数据链应用设计, 构建通用数据链体系架构, 以知足异型无人系统的作战功能应用。 2、 应用需求分析 为了
10、应对无人系统数据链面临的挑战, 需先分析无人系统数据链的应用方式和技术需求。无人系统在军事领域的快速发展代表了主流军事科技发展方向, 其重要特征是数据密集型传感器的不断更新应用, 使数据的产生、获取、分发和使用成为无人系统关键环节, 故数据链在无人系统中的应用需紧扣这一特征。 2.1、 应用样式 为了发挥无人平台机动范围大、侦察手段多及反响速度快的侦察打击任务能力, 构建侦、控、打和评互相衔接的有机整体。无人系统数据链主要包括下面2类典型应用样式: 1) 单平台应用:通过单链路实现平台测控及任务载荷数据的传输, 包括对无人平台的飞行/驾驶/航行控制、载荷控制以及链路控制等遥控数据的上行传输;无
11、人平台对测控站的位置、速度和姿态等任务信息以及可见光、红外、激光和合成孔径雷达 (SAR) 等任务数据的下行传输。以地面测控站对无人机的协同数据链为例, 单平台应用样式如此图1所示。该形式为典型的点对点测控形式, 由于采用专属资源配置, 故无人系统难以构成大批量体系化应用。 图1 单平台应用样式 2) 多平台应用:由单机局部行为构成多机全局行为协同, 以编队形式按特定规则组合, 以提高任务完成效率和成功率。在无人平台自主控制任务场景下 (如常规区域组合侦察和定点位置欺骗诱惑等) , 数据链主要回传遥测和侦察信息等数据;在无人平台人工实时操控场景下 (如运动战役有人/无人协同编队攻击和战场态势主
12、观感悟等) , 数据链除实现平台状态监测外, 还需实时传输遥控等指令数据, 控制无人平台执行突发性、感官性和应急性操作。与单平台应用不同, 多平台无人系统数据链需解决任务配合时的时空统一、资源全局调度和消息构造统筹等支撑服务和战术应用能力, 实现多平台同区域测控数据兼容互通及任务数据信道分享, 构成分布式松耦合网络化构造。多平台应用样式如此图2所示。 图2 多平台应用样式 2.2、 能力需求 为构建无人系统基于网络中心战的体系化协同作战能力, 需先针对无人系统的互操作性和自主控制能力对数据链应用的整体规划与设计提出要求, 即数据链应支持无人系统内各支撑要素的实时介入, 合理设计系统的消息架构、
13、频点资源、时隙分配和接入协议, 确保体系内各节点无冲突兼容测控和协同侦察信息共信道融合传输, 详细包括下面5方面能力需求: 1) 测控数据和载荷信息可靠传输能力:是构筑无人系统网络中心战能力的前提。无人系统数据链作为无人平台与测控站之间的信息通道和连接纽带, 首要任务是高效、可靠和安全, 实时传输遥控、遥测与侦察信息和感悟信息等多源异构数据, 需具备数据接入与分发、链路本身状态监控和参数设置等能力。 2) 测控通道多平台、多协议和多形式异构兼容设计能力:是实现无人系统互操作性的关键要素。由于将来信息化战场上将会同时使用大量的无人系统, 因而需制定统一的顶层标准体系, 加强顶层标准建设, 统一消
14、息格式和信号体制, 在不改变核心消息、消息内容和数据元素情况下, 提高规范和精细化程度, 提高系统兼容能力。 3) 任务通道多载荷、多类型和多制式多源分享设计能力:是无人系统构成多源态势信息融合的前提。任务通道需具备拥有标准接口的即插即用能力, 通过通用接口、总线架构和载荷数据通可用之处理设计, 屏蔽不同任务载荷控制接口、数据接口和通信协议的差异, 实现载荷自动检测辨别、载荷参数自动加载配置和载荷状态自动回环测试。 4) 多体制、多逻辑和多功能组合设计能力:是构成无人系统多机协同与交互能力的必要条件。无人系统数据链不仅需传输平台的遥控和遥测数据, 还需传输任务载荷的侦察数据, 测控数据与任务数
15、据在数据的格式、速率和可靠性要求等方面具有较大差异, 需要发展链路综合设计技术, 简化设备并节省频谱, 知足遥测和遥控与通信集合的统一载波体制, 进而提高频谱效率、设备集成度和系统兼容性。 5) 高效数据链网络规划与管理能力:是无人系统数据链应用有效运作的重要保障。网络规划与管理以作战任务对数据链战术应用通信需求为牵引, 最终目的是使数据链网络最大限度地知足作战气力完成作战任务。为确保完成作战任务并达成作战目的, 需协调多无人平台同时行动, 无人系统之间以及无人系统与测控站之间会有大量的通信和指挥控制信息传输, 需构建架构合理、手段多样且方式灵敏的多机协同网络。另外, 战场信息瞬息万变, 为把
16、握战场主动权, 需对网络进行实时监控与管理, 并根据战场态势变化对网络进行重新规划和组织。 3、 基于作战云的架构设计 作战云概念15,16,17是基于网络化的信息基础设施, 采用面向服务的形式, 为指挥决策、行动和武器打击提供按需、便捷和快速的数据与应用服务, 其本质与无人系统以数据链为中心、以格式化消息为互操作语言、有人/无人系统高效协同应用的典型特征是相符的。无人系统数据链以网络为中心、以应用为牵引并推动格式化信息在数据链网络中实时流转, 按需提供服务, 将陆、海、空、天、电和网等多维空间的各类有人/无人系统要素融合集成, 构成感悟、决策、行动和保障等作战资源协同应用的分布式架构系统。
17、3.1、 系统架构 无人系统数据链应构建于联合战术信息系统18框架下, 数据链中的各平台既是资源提供者, 又是资源和服务使用者。通过数据链网络, 根据任务动态聚合各类资源, 提供共用数据和共性应用服务, 实际上已初步具备了云的架构理念。当无人系统中平台数量逐步增加时, 数据链可将空域上分散的各有人和无人平台严密连接起来, 构成网络化作战云, 通过快速交换系统内各平台的数据, 整合信息资源, 获取规模效益。 与通常的作战云不同, 构建无人系统的作战节点其本质特征在于构建无人系统间的自主协同能力, 即在尽可能减少人员干涉的情况下, 充分利用数据链互操作能力实现多无人系统协同作业, 共同完成作战任务
18、, 提高任务执行效率, 拓展新的任务执行方式, 进而到达提高系统可靠性以及改善任务执行效果的目的。借鉴作战云思想, 无人系统数据链网络体系采用云 端系统架构, 通过数据链将感悟、火力、通信、计算和存储等资源从各类无人系统以及基础支撑设施中开放出来并虚拟化, 以资源池形式联入云。同时, 为了实现无人系统间的协同能力, 还需将无人系统任务管理与分配系统、无人系统航路规划系统以及网络规划与管理系统作为数据链的重要资源纳入作战云框架中。无人系统资源虚拟化框架如此图3所示。 图3 无人系统资源虚拟化框架 根据不同的无人平台应用样式, 无人系统主要包括下面2种云架构: 1) 各无人平台根据作战任务需要和平
19、台本身特点, 通过自主发现策略构成自组织数据链网络, 实现平台间的资源按需分享, 高效协作完成作战任务。例如, 无人机蜂群自主完成编队飞行、协同搜索、协同打击和协同查/打等作战任务, 无人系统通过作战计划和航迹规划预加载知晓作战任务, 依托数据链实现分布式的态势综合和动态航路调整, 实时完成作战任务计划的调整和执行。该架构主要支撑多无人平台自主应用形式, 在没有基础设施随行保障前提下, 依托自组织和互操作实现无人平台集群协同作战。 2) 各无人平台接入数据链基础设施, 作为数据链网络资源池的有机组成, 通过数据链自动共享作战云提供的态势融合、任务清单分配、航线规划和威胁评估等服务, 实现无人-
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 农业相关
![提示](https://www.taowenge.com/images/bang_tan.gif)
限制150内