隨著無人機技術、通信技術和網絡技術的發展，無人機運用也越來越廣泛，其運用領域已經覆蓋工業、農業、遙測、巡檢、應急、消防、軍事等眾多軍民領域。在軍用領域，空中無人化作戰平臺成為未來重要的作戰力量，多無人機協同作戰將成為未來無人機作戰應用的必然趨勢，將在戰爭中起著越來越重要的作用。以Ad hoc為技術基礎的分布式無中心的IP網絡是多無人機協同作戰的通信基礎，可以支撐各種信息的快速交互共享，實現協同感知、協同處理、協同決策和協同打擊，從而大提高無人機的生存能力和整體作戰效能。

無人機集群協同

無人機通信組網的發展趨勢將是以Ad hoc技術為基本網絡架構。美國國防部早在2005年發布的《無人飛行器發展路線圖》中已經專門闡述了這一發展趨勢，在后面的幾版中也重復強調了這一發展趨勢。美軍之所以如此重視，是因為Ad hoc技術的應用可以使得多架無人機快速形成一個分布式、無中心的多跳路由中繼的自組織網絡，具有自組織、自恢復、高抗毀的能力，大大擴展無人機群的探測范圍，有效提高無人機群協同感知和信息共享能力，從而提升協同處理、協同決策和協同打擊的能力。

美軍在該領域的應用研究可以說已經領跑多年，TTNT和其簡化演進版QNT是以Ad hoc技術和IP架構為基礎的戰術數據鏈，在組網規模、傳輸速率、傳輸時延、網絡擴展性、抗干擾等方面的技戰術性能優越，形成了強大的作戰協同能力，大大擴展了作戰樣式。相關資料顯示，這兩型數據鏈在無人機協同、空地協同、機彈協同、彈彈協同、X47B著艦、無人機空中加油等方面得到應用。

這里將Ad hoc技術稱為自組網技術，以自組網技術為基礎的多無人機通信網絡稱為無人機自組網。經過國內廣大科研工作者近20多年研究和實踐，投入實用的無人機自組網應用系統還不是很多，其原因有如下幾點：

一是網絡高動態分布式特性。網絡拓撲會不斷發生變化，給信道資源分布式分配和路由快速發現和建立帶來很大的困難;

二是無線信道資源的有限性。MAC協議和路由協議要以盡量少的控制開銷來提高信道資源的利用率，有效支撐節點的遲入網和動態退出的條件下動態分配無線信道資源。

三是數據傳輸QoS保障。在多跳自組網中進行MAC協議和路由協議的優化設計過程中，如何保證各種業務對傳輸時延、傳輸速率、傳輸誤包率的不同要求，多參量多目標優化條件下的信道資源的動態分配和傳輸路由優化選擇是一個較為困難的事。

四是作戰應用電磁環境的復雜性。尤其是在有故意干擾的電子對抗環境中，通信鏈路質量的下降給無人機自組網的整體性能帶來極大的不利影響，要求物理層通信波形、數據鏈路層的MAC協議要能夠應對電磁干擾，通信波形要一般采用擴頻(跳頻、直擴)或智能選頻等抗干擾技術，以及強大的糾錯編碼能力來保證通信鏈路質量。物理層通信波形要能夠對電磁環境進行認知，MAC協議要能夠對信道資源進行認知，路由協議要能夠對網絡拓撲進行認知，并在認知的基礎上設計使用合適的抗干擾技術、信道資源分配策略和路由策略。

無人機自組網關鍵技術，這里要強調的是無人機通信組網部分，不包括應用層的載荷任務部分。

一是物理層通信波形的抗干擾技術。無人機自組網的軍事應用必然要能夠應對復雜的電磁環境，能夠躲避敵方的干擾，或者消除干擾對通信帶來的不利影響，從而保障已方的正常通信。通信抗干擾技術主要有擴頻技術和自適應選頻技術，其中擴頻包括傳統的跳頻、直擴和擴跳等抗干擾技術。跳頻簡而言之就是網絡內所有電臺的通信載波頻率在預先設定的跳頻集中按照特定的偽隨機序列所控制的跳頻圖案進行同步跳變，達到抗截獲和抗干擾通信的目的。自適應選頻采用認知無線電技術對預設的候選頻點進行干擾認知和通信質量實時評估，當前工作頻點受到干擾、通信質量下降后，可以迅速選擇未被干擾的通信質量最好的頻率進行通信。對于自組網系統來說，寬帶高速跳頻不但要需要解決傳統全連通網絡的載波同步、位同步、幀同步，還要實現在多跳條件下的全網時間同步和跳頻圖案的同步，技術實現難度大。對于自適應選頻來說，如何實時對預設候選頻點(信道)進行通信質量評估，并在當有干擾時，全網如何快速同步切換收斂到通信效果最好的頻點，是無人機自組網能夠應用于軍事領域首先要解決的關鍵技術。

二是數據鏈層的MAC協議。在多年的教學科研過程中，我習慣稱之為信道接入控制協議/技術，對于無人機自組網而言，就是如何在無中心節點協調的條件下，采用分布式算法動態快速給各個節點分配合適的信道資源，既要達到各個節點公平、高效接入使用有限的信道資源，又要達到低時延、高可靠、高吞吐量的目標，這是無人機自組網要攻克的關鍵技術和難點之一。

三是網絡層的路由協議。無人機自組網中節點的高速移動，使得網絡拓撲不斷變化，如何設計一種快速、高效、擴展性好、動態適應能力強的路由算法，具有入網快、路由切換快、收斂快、控制開銷小的優良特性，是無人機自組網另一個要攻克的關鍵技術和難點。

四是QOS技術。現有自組網電臺研發過程中大多進行了跨層設計，在MAC協議和路由協議的設計過程中會用到物理層的信號強度指示，誤碼率等參數，也會融合傳輸層中的QOS和擁塞控制技術，同時采用一些功率自適應、調制自適應、編碼自適應、速率自適應技術，來保證各種業務對時延、速率、丟包率的不同要求。

經過長期的攻關研發改進，T3S和T3M系列電臺硬件上基于SDR平臺打造，FPGA使用Xilinx的Zynq 7020/7035芯片，ADC采用ADI公司的AD9363/AD9361芯片，具有自適應選頻和寬帶跳頻兩種抗干擾功能，非常適合應用于復雜的電磁環境，應對無意或有意的通信干擾，并且綜合采用了COFDM、MIMO、分集接收、時隙資源動態分配算法(動態TDMA)、QOS動態路由協議、調制編碼自適應、速率自適應、認知無線電等技術，信道估計與均衡、載波同步等技術，具有組網規模大、傳輸速率高、通信距離遠、頻率范圍寬、抗干擾能力強、通信組網穩定、入網/退網快、動態適應強、可擴展性強、通信安全保密、IP語音清晰、接口豐富、可定制性強等優良特性。單頻支持64個節點同時在線穩定組網，峰值速率可達50+Mbps@10MHz、100+Mbps@20MHz，接收靈敏度可達-103dBm，視距通信距離可達300+km，支持UDP組播和廣播，VLAN透傳，二層路由和三層路由協議可選，提供產品形態、尺寸、頻率、功率、接口、協議、配置管理、100%國產化等軟硬件深度定制服務。經過眾多項目的實踐證明，該系列電臺信息傳輸已經達到了協同控制級，非常適合無人集群組網應用。

審核編輯：湯梓紅