多无人机编队通信网络设计与实现

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1、天津大学硕士学位论文多无人机编队通信网络设计与实现DesignandimplementationofmultiUAVformationcommunicationnetwork学科专业：信息与通信工程作者姓名：韩宇指导教师：宗群教授天津大学电气自动化与信息工程工程学院二零一七年十一月中文摘要无人机经过几十年的发展，各项技术已经基本成熟，在军事和民用领域都发挥了越来越重要的作用，然而随着军事装备的快速发展，单架无人机执行效率往往有限，不能很好的完成复杂作战任务，于是多无人机集群编队成为今后无人机领域的一个重要发展趋势。在整个编队系统开发过程中，构建一套强实时、高可靠

2、性的集群编队通信网络是协同作战的关键环节，也是无人机协同编队作战的重要研究方向。本文充分调研了国内外研究机构在集群编队和通信网络的研究现状，借鉴其设计思路并结合实验室当前需求，提出了多无人机编队通信网络总体设计方案。首先搭建多无人机编队通信网络平台，平台主要涵盖无人机系统设计、无线通信和编队地面控制站，并对每个部分进行了详细介绍。然后对无线自组织网络的关键技术进行论述，重点对接入控制协议和路由协议展开研究，并在Linux操作系统下搭建完成NS3网络模拟环境，基于分布式通信网络框架对自组网通信协议进行仿真验证，归纳各通信协议的优缺点和其适用的飞行场景。之后借助多无

3、人机编队通信网络平台进行实际网络搭建，三架无人机组成协同编队，每架无人机均可以与地面站直接通信，同时各无人机之间也可以交互飞行数据。基于mavlink协议和mesh协议进行通信链路设计，采取协议嵌套的方式解决协议兼容问题。设计搭建图像传输链路，采用模拟和数字两种方式实现无人机航拍飞行演示。在Linux操作系统下开发编队地面站，实现地面操控员对多架无人机的在线观测和实时控制。最后介绍了无人机常用的飞行模式，并根据任务需求通过自组网架构实现了三架无人机的自主巡航与编队飞行演示。关键词：无人机，通信网络，自组网，接入控制协议，路由协议IABSTRACTAfterdec

4、adesofdevelopment,theUAVtechnologyhasbeenbasicallymature,playingamoreandmoreimportantroleinthemilitaryandcivilianareas.However,withtherapiddevelopmentofmilitaryequipment,singlefighteroperationsareoftenlimitedincapacity,andtheformationofmultiUAVclusterbecomesanimportanttrendinthefutur

5、edevelopmentofUAV.Buildingastrongreal-timeandhighreliabilityclusterformationcommunicationnetworkisthekeylinkofcooperativecombat,andisalsoanimportantresearchdirectionofUAVcooperativeformationcombat.Inthispaper,theresearchstatusofclusterformationandnetworkresearchindomesticandforeignre

6、searchinstitutesisfullyinvestigated,andtheoveralldesignschemeofmultiUAVformationcommunicationnetworkisproposedbyreferringtothedesignideasandcombiningwiththecurrentneedsofthelaboratory.Firstly,multiUAVformationcommunicationnetworkplatformisbuilt.Theplatformmainlycoverstheoverallsystem

7、design,wirelesscommunicationandformationgroundcontrolstationofUAV,andeachpartisdescribedindetail.Then,summarizethekeytechnologiesofadhocnetworksandfocusonaccesscontrolprotocolandroutingprotocolresearch.BuildingtheNS3networksimulationenvironmentunderLinuxoperatingsystemandsimulatingth

8、ewirelessadh