基于软件无线电的无人机网络设计与物理实现

摘要

航空技术和电子信息科技的不断发展，使得具有造价低廉、机动性强和灵活性强等优越性的无人驾驶飞机成为替代有人驾驶飞机或卫星执行侦察、巡航任务的最佳选择。随着无人机进一步的发展，它在人类生产生活中的应用越来越广，例如监测农情、灾情收集和战争情报搜集等。但是由于单架无人机携带的设备有限导致执行任务的能力受限，而复杂多变的任务需要多架无人机从多个角度观察和监测目标区域。因此，如何有效地构成飞行编队、实现编队组网，使多架无人机更好地协同完成任务逐渐成为无人机应用发展的趋势。
　　在无人机组网的研究过程中，对于网络性能的测试需要一个有效的平台来完成。在地面上的组网研发，由于直接在无人机上安装硬件测试开发难度大、费用高昂导致无法直接测试，而仿真软件对于无线传输环境的模拟精确度不高。因此，这就需要一种易扩展、易开发而且能较为准确地描述无线传输环境的测试平台。
　　本文根据无人机编队的特点，参考已有的通信技术与协议，给出无人机编队网络的协议架构，并基于软件无线电平台完成无人机网络的物理层实现。本文首先介绍了无人机基本概念和研究现状，分析了与无人机组网相关的技术。之后介绍了软件无线电的基础理论和特点，简要说明了GNU Radio和USRP的结构和工作机理。然后在该平台上给出无人机编队网络的分层协议架构，建模、配置和实现无人机编队网络节点模型，主要从物理层收发结构设计，无线传输技术实现等方面为无人机编队网络提供一个测试平台。经验证，该平台实现了无人机网络协议架构的物理层基本功能。

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第一章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 本文的研究内容及章节安排

第二章 无人机编队的相关组网技术

2.1 组网方式

2.2 路由协议

2.3 MAC协议的概述

2.4 物理层技术

2.5 本章小结

第三章 软件无线电理论和平台

3.1 软件无线电的概述

3.2 开源软件无线电

3.3 通用软件无线电外设

3.4 本章小结

第四章 基于软件无线电无人机编队网络的物理实现

4.1 无人机编队网络协议架构与节点模型

4.2 基于GNU Radio软件平台物理层结构和实现

4.3 测试与验证

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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