[发明专利]一种智能组合无人机系统

权利要求书

1.一种智能组合无人机系统，其特征在于，可在空中进行组合和分离，具备任务感知和场景理解能力，包括无人机整机、能源分配模块、磁性联结模块、集群控制与组网模块以及通信重构与协作模块；其中，

所述无人机整机包括无人机长机和至少一个无人机子机；所述无人机长机和至少一个无人机子机通过能源分配模块、磁性联结模块、集群控制与组网模块以及通信重构与协作模块，根据任务感知和场景理解算法，实现协同配合完成任务；

所述能源分配模块用于根据各个无人机所携带的分布式电源情况，以实现能量资源的优化配置；

所述磁性联结模块用于根据无人机预设的技术参数、任务参数以及升重平衡、推阻平衡、能量平衡情况，实现各子无人机空中分离和组合；

所述集群控制与组网模块用于对子无人机集群进行联盟划分，确定与长机进行通讯的子无人机数量；以及子无人机损伤时的编队自修复；

所述通信重构与协作模块用于在组合无人机中，针对无人机的通信模块和通信功能，对其具备的通信资源进行重构、以及协作处理，以实现通信的复用增益或空间分集增益；

所述任务感知和场景理解算法依据无人机面临的不同的工作环境，对任务和场景进行建模，设计不同策略池，建立相应的策略库；在执行无人机联合任务时，从对应的策略池中调取相应的执行程序；

所述任务感知和场景理解算法包括：对输入数据进行预处理单元、特征提取单元、分类决策单元；其中，

所述对输入数据进行预处理单元用于对输入数据进行预处理，使得无线信号进行处理之后成为分类算法的输入的这部分处理操作；从信号空间映射到观察空间，主要包括：信号的相关、滤波、功率归一化；

所述特征提取单元用于特征提取，从维数较高的观察空间到维数较低的特征空间进行映射提取接收信号的时域特征、变换域特征、各种统计量参数；时域特征包括信号的幅度、相位的直方图；变换域特征包括功率谱、谱相关函数、时频分布；

所述分类决策单元用于分类决策，将提取的特征参数输入所设计的分类器，识别出相应场景类别；

所述磁性联结模块包括机械结构单元、电流单元和数据单元；其中，机械结构单元用于子无人机间和组合分离、电流和数据导通，包括上、下接口，分别为凹凸型结构，上接口的凹入部分与下接口的凸出部分相结合，构成电流和数据的导通区域，而上接口凸出部分与下接口的凹入部分相对应，构成磁性区域；电流单元用于控制电流方向翻转磁性从而实现子无人机间吸引和排斥的功能；数据单元用于传递子无人机之间的数据，便于对组合无人机的整体遥测控制和数据传输；

所述集群控制与组网模块包括：虚拟联盟单元、虚拟长机单元；其中，所述虚拟联盟单元用于设计基于虚拟联盟的局部通讯方式，当集群中子网络间距离大于通讯半径时，称该网络为一个独立的虚拟联盟，虚拟联盟单元中有一架无人机为导航信息无人机，其他为非导航信息无人机；虚拟长机单元用于与虚拟联盟中的导航信息无人机进行通信，虚拟联盟中的其他无人机通过与导航信息无人机通讯间接地获取虚拟长机的信息，保证任意时刻每架无人机都能直接或间接获取虚拟长机信息；当子无人机集群的连通程度不断增大，虚拟联盟数量不断减少，获得虚拟长机信息的无人机数量也不断减少；当整个集群恢复连通时，只需要一架无人机获取虚拟长机信息，就能保证集群的连通性和稳定性，有利于节省系统的通讯资源；

所述通信重构与协作模块包括：通信资源重构单元和多点协作智能通信单元；通信资源重构单元用于实现通信的复用增益或空间分集增益，在组合无人机中，由于每个无人机可能都具有基本的通信模块和通信功能，通信资源重构单元可以对这些通信资源进行重构、以及协作处理；多点协作智能通信单元用于根据工作任务的场景及需求，根据任务的执行阶段，自适应动态地对通信资源进行重构和配置。

2.如权利要求1所述的智能组合无人机系统，其特征在于，所述分类决策单元包括学习训练子单元，用于学习训练，通过已知样本寻求一种合适的判决规则；以及识别子单元，利用训练得到的规则设计分类器，实现对未知场景类型的识别。

3.如权利要求1所述的智能组合无人机系统，其特征在于，所述能源分配模块包括电量信息获取单元、筛选单元、控制单元；其中，

所述电量信息获取单元用于当无人机组合时，获取主负载及所有无人机电池单元的电量信息；

所述筛选单元用于当某一个无人机电池单元的电量信息不符合预设条件时，从其他电池单元中筛选电量信息符合要求的任意无人机电池单元作为第二供电单元，以此类推；

所述控制单元用于判断并分别输出控制指令至每个子无人机的电池单元和开关单元，当某子无人机电能储备不足时，通过分布式能源控制，协调电能，保证组合无人机的整体续航。