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大型軍用無(wú)人機(jī)具有飛行高度高、覆蓋范圍廣、工作時(shí)間長(zhǎng)、使用靈活、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。它們已成為執(zhí)行情報(bào)、偵察、監(jiān)視和通信中繼等任務(wù)的理想空中平臺(tái)。它具有以下特點(diǎn)：①負(fù)載大，性能參數(shù)穩(wěn)定；②機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，攻擊時(shí)間短；③可控運(yùn)行，零傷亡。大型軍用無(wú)人機(jī)可以進(jìn)行多維度、多方向、多批次、長(zhǎng)時(shí)間的協(xié)同偵察。它可以有效地?cái)U(kuò)大偵察范圍，擴(kuò)展偵察要素，提高偵察精度，動(dòng)態(tài)跟蹤目標(biāo)，可以顯著提高偵察效果。涵蓋了控制、打擊、通信、導(dǎo)航、電磁和網(wǎng)絡(luò)攻防的各個(gè)方面，是無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。在高技術(shù)局部戰(zhàn)爭(zhēng)信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和無(wú)人化的背景下，基于大型無(wú)人機(jī)的多系統(tǒng)分布和協(xié)同作戰(zhàn)將是未來(lái)局部戰(zhàn)爭(zhēng)的前沿發(fā)展方向。

目前，軍用大型無(wú)人機(jī)的多任務(wù)場(chǎng)景構(gòu)建、虛擬現(xiàn)實(shí)交互通道和虛擬模型驅(qū)動(dòng)是三個(gè)基本問(wèn)題。進(jìn)行了大規(guī)模無(wú)人機(jī)機(jī)身模型構(gòu)建、感知集成表示、虛擬現(xiàn)實(shí)協(xié)同控制、有效載荷業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)同規(guī)劃，上述方面的研究迫在眉睫。目前，大型軍用無(wú)人機(jī)對(duì)基于云計(jì)算的數(shù)字孿生系統(tǒng)有以下五個(gè)要求：

（1）機(jī)身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，飛行測(cè)試成本高，迫切需要云計(jì)算來(lái)降低成本，提高效率；

（2）人體信息同步感知的實(shí)時(shí)性較差，需要云計(jì)算集成感知；

（3）空地協(xié)同控制不精確，需要云計(jì)算集中控制；

（4）負(fù)荷運(yùn)行預(yù)測(cè)缺乏手段，需要云計(jì)算業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)；

（5）虛擬和真實(shí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)作的效率較低，需要云計(jì)算協(xié)作規(guī)劃。

基于云計(jì)算平臺(tái)的數(shù)字孿生技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)軍用大型無(wú)人機(jī)的虛擬和實(shí)際交互，并為機(jī)身結(jié)構(gòu)建模、支持系統(tǒng)建模、數(shù)據(jù)源統(tǒng)一和跨區(qū)域協(xié)作構(gòu)建整體支持平臺(tái)，以促進(jìn)聯(lián)網(wǎng)，大型軍用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)工程的信息化和智能化。目前，軍用大型無(wú)人機(jī)的數(shù)字孿生框架主要包括：

 基本支撐層

 包括網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)和管理設(shè)施，通過(guò)使用傳感器和機(jī)載測(cè)控設(shè)備，確保大型軍用無(wú)人機(jī)的數(shù)據(jù)通道數(shù)量、采樣頻率和數(shù)據(jù)分辨率與實(shí)際測(cè)試一致。從物理測(cè)試數(shù)據(jù)中獲取數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)身飛行數(shù)據(jù)的采集、清理、篩選、分析、融合、存儲(chǔ)、分析和呈現(xiàn)，以及大數(shù)據(jù)的移動(dòng)和備份，支持上層服務(wù)和應(yīng)用。

數(shù)字孿生層

 它由分布式資源節(jié)點(diǎn)組成，主要承載云計(jì)算和數(shù)據(jù)交互總線操作，并提供在線自助安排和組裝。它用于飛行控制計(jì)算機(jī)、飛行控制計(jì)算接口盒、電動(dòng)舵機(jī)、機(jī)尾、起落架、車(chē)載電池等物理對(duì)象中，構(gòu)建機(jī)身設(shè)計(jì)的所有信息，組件技術(shù)、組件屬性等信息附著到三維模型中，并實(shí)現(xiàn)機(jī)身包線的定義，約束、注釋、工程屬性和層次結(jié)構(gòu)以及標(biāo)準(zhǔn)化定義的接口，構(gòu)建了一個(gè)數(shù)字孿生平臺(tái)，以減少機(jī)身模塊和相關(guān)系統(tǒng)的耦合，并集成云計(jì)算以構(gòu)建系統(tǒng)級(jí)、飛機(jī)和周?chē)h(huán)境級(jí)、飛機(jī)機(jī)身級(jí)、組件級(jí)、，部件級(jí)和其他多級(jí)分辨率驗(yàn)證環(huán)境，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流的無(wú)縫對(duì)接和系統(tǒng)集成。

協(xié)作控制層

它由支持大型軍用無(wú)人機(jī)的不同控制系統(tǒng)組成，包括能源、飛行姿態(tài)、飛行遙控/遙測(cè)模擬、飛行指揮和控制、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)和顯示子系統(tǒng)，以及地面站控制終端和電源系統(tǒng)模塊、飛行控制模塊、電源系統(tǒng)模塊，能量管理控制模塊和傳感器模塊等，動(dòng)態(tài)感知虛擬/真實(shí)無(wú)人機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)，動(dòng)態(tài)耦合各種系統(tǒng)，形成事實(shí)監(jiān)測(cè)和控制能力。

 任務(wù)協(xié)調(diào)層

包括無(wú)人機(jī)機(jī)身、邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)、飛行控制節(jié)點(diǎn)和車(chē)載高速網(wǎng)絡(luò)，主要基于地面控制站做出的決策，以控制飛機(jī)調(diào)整其姿態(tài)、航向和速度，根據(jù)計(jì)劃軌跡飛行，并配合相關(guān)任務(wù)負(fù)載執(zhí)行任務(wù)。

通過(guò)基于云計(jì)算的數(shù)字孿生平臺(tái)

根據(jù)無(wú)人機(jī)部件的粒度，可分為系統(tǒng)級(jí)、飛機(jī)及周?chē)h(huán)境級(jí)、機(jī)身級(jí)、部件級(jí)、部件級(jí)等多層次分辨率進(jìn)行研究。每個(gè)分辨率級(jí)別的組件模塊中涉及的所有數(shù)據(jù)、模型和算法都封裝到不同的子服務(wù)中，這些子服務(wù)關(guān)聯(lián)起來(lái)，形成滿足應(yīng)用程序需求的更高級(jí)別服務(wù)。它可以通過(guò)定義良好的數(shù)字孿生接口協(xié)議自動(dòng)關(guān)聯(lián)，使整個(gè)數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)更快、更可靠、更可重用。

當(dāng)前是智能終端開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的爆發(fā)期。大型軍用無(wú)人機(jī)將應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。這已成為軍事技術(shù)發(fā)展的一大趨勢(shì)，并正在朝著更高的機(jī)動(dòng)性、更輕、更耐用和更強(qiáng)的智能化方向發(fā)展。隨著智能制造技術(shù)的不斷成熟，基于云計(jì)算的大型軍用無(wú)人機(jī)的設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試和應(yīng)用將很快形成閉環(huán)。目前，迫切需要結(jié)合先進(jìn)的測(cè)量、傳輸、控制和評(píng)估技術(shù)和方法，構(gòu)建飛行云計(jì)算系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)軍用大型無(wú)人機(jī)演示設(shè)計(jì)、模塊試制、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和任務(wù)應(yīng)用的全生命周期仿真。形成大型軍用無(wú)人機(jī)多領(lǐng)域、全維、強(qiáng)實(shí)時(shí)的“集輸控制評(píng)估”全閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)物理空間與信息空間的交互與集成。針對(duì)建設(shè)強(qiáng)大的數(shù)字化、信息化、智能化、多樣化的軍用大型無(wú)人機(jī)建設(shè)需求，我們需要重點(diǎn)關(guān)注以下幾點(diǎn)：

?完成無(wú)人機(jī)模型構(gòu)建

?準(zhǔn)確的飛行狀態(tài)測(cè)量

?建立可靠的傳播渠道

?支持智能指揮控制

?加強(qiáng)能力評(píng)估和分析

加強(qiáng)飛行狀態(tài)測(cè)量、可靠傳播通道、智能指揮控制、能力評(píng)估分析研究，推進(jìn)軍事裝備數(shù)字孿生模、網(wǎng)絡(luò)物理數(shù)據(jù)融合，并通過(guò)基于云計(jì)算的軍用大型無(wú)人機(jī)數(shù)字孿生框架構(gòu)建進(jìn)行交互與協(xié)作。該應(yīng)用希望相關(guān)的孿生數(shù)據(jù)、領(lǐng)域知識(shí)及其融合數(shù)據(jù)能夠?yàn)槠渌考唷⒔Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、實(shí)時(shí)性要求高的無(wú)人設(shè)備的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、測(cè)試和運(yùn)行維護(hù)提供參考。

源自：Journal of Physics: Conference Series 1738 (2021) 012052