《无人机群协同感知与通信一体化技术要求》征求意见稿

1T/CEATECXXX—2025无人机群协同感知与通信一体化技术要求本文件规定了无人机群协同感知与通信一体化的系统架构、技术要求、一体化关键技术、性能指标、测试验证方法、安全要求。本文件适用于无人机群协同感知与通信一体化。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T17964信息安全技术分组密码算法的工作模式GB/T35273信息安全技术个人信息安全规范GB/T38152无人驾驶航空器系统术语GB/T38646信息安全技术移动签名服务技术要求GB/T38996民用轻小型固定翼无人机飞行控制系统通用要求GB/T39786信息安全技术信息系统密码应用基本要求GB/T17626.3电磁兼容试验和测量技术第3部分：射频电磁场辐射抗扰度试验GB/T17626.5电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验GB/T2423.17环境试验第2部分：试验方法试验Ka：盐雾GM/T0002SM4分组密码算法YD/T3957基于LTE的车联网无线通信技术安全证书管理系统技术要求ISO11898-2道路车辆控制器局域网（CAN）第2部分：高速物理介质连接（PMA）子层（Roadvehicles—Controllerareanetwork(CAN)-Part2:High-speedphysicalmediumattachment(PMA)sublayer）machinery—Safety-relatedpartsofcontrolsystems-Part2:Validation）(Electromagneticcompatibility(EMC)-Part4-2:Testingandmeasurementtechniques-Electrostaticdischargeimmunitytest)IEC60068-2-78环境试验.第2-78部分:试验-试验驾驶室:湿热，稳定状态（Environmentaltesting-Part2-78:Tests-TestCab:Dampheat,steadystate）3术语和定义GB/T38152界定的以及下列术语和定义适用于本文件。4系统架构4.1架构组成4.1.1无人机平台应具备以下特性：a)飞行性能：T/CEATECXXX—202521)飞行速度：最大飞行速度不小于15m/s，最大飞行高度不低于1000m。2)续航时间：续航时间不小于30min。b)载荷能力：1)中心无人机：载荷能力应不低于5kg，负责协调整个无人机群的协同任务。2)从属无人机：载荷能力应不低于2kg，用于搭载传感器和通信设备。4.1.2传感器系统应符合下列规定：a)摄像头：用于获取高分辨率的视觉图像，分辨率不低于1920×1080像素，帧率不低于30fps。b)激光波雷达：用于三维环境建模和距离测量，水平视场角不小于120°,垂直视场角不小于c)毫米波光器：用于检测动态目标，如移动的车辆或人员，探测不距离小于200m，探测精度优于0.1md)红外成像仪：用于夜间或低光照条件下的目标检测，分辨率不低于640×480像素4.1.3通信设备应符合下列规定：a)通信频段：采用2.4GHz或5.8GHz频段，支持多信道通信。b)通信宽带：无人机群内通信带宽应不低于5Mbps，与地面控制站的通信带宽应不低于10Mbps。c)通信距离：在无遮挡环境下，通信距离应不小于2km。d)通信协议：支持TCP/IP协议，确保数据传输的可靠性和完整性。4.1.4数据处理与融合系统应具备以下功能：a)数据预处理b)数据融合c)目标识别与跟踪d)决策支持4.2架构层次架构层次应包括以下层次：a)感知层：由传感器系统组成，负责获取环境信息；b)通信层：由通信系统组成，负责数据传输和协同通信；c)处理层：由数据处理与融合系统组成，负责数据处理和融合；d)决策层：由中心无人机和地面控制站组成，负责任务分配和决策支持。4.3系统接口无人机群协同感知与通信一体化系统应具备以下接口：a)无人机与传感器接口：支持多种传感器的连接和数据传输；b)无人机与通信设备接口：支持多种通信模块的连接；c)无人机与地面控制站接口：支持数据传输和指令接收；d)数据处理与融合系统接口：支持与外部系统的数据交互。5技术要求5.1感知子系统5.1.1多源传感器性能：a)毫米波雷达：探测距离≥200m（-10dBsm目标），距离分辨率≤0.3m，视场角120°×25°,数据更新率≥20Hz；b)激光雷达：905nm波长，点云密度≥10万点/秒，探测距离0.2~120m，角度分辨率≤0.1°,垂直视场角≥40°;c)视觉传感器：全局快门CMOS，分辨率≥200万像素，帧率30fps，支持H.265硬编码，最低照度0.01lux；d)定位模块：双频RTK-GNSS+六轴IMU，定位精度≤0.02m（RMS），航向角精度≤0.1°5.1.2融合处理核心要求：T/CEATECXXX—20253a)时空同步：多传感器时间同步误差≤5μs，空间配准位置误差≤0.05m（基于RTK基准站b)目标跟踪：同时处理≥100个动态目标，跨传感器ID维持时间≥5s（目标丢失后）；c)环境建模：实时构建3D语义地图，精度满足公式：ϵ=0.1+0.0015×D（mD=探测距离d)处理延迟：单帧数据全流程处理时间≤25ms（含点云聚类、目标识别、EKF跟踪）5.2通信子系统5.2.1多源传感器性能：a)传输速率：单链路空口速率≥50Mbps（1024-QAM调制，80MHz带宽）；b)时延控制：端到端时延≤15ms（控制指令），多跳路由时延≤35ms（3跳内）；c)抗干扰能力：在SINR≥10dB时误码率BER≤10-6；d)频谱效率：≥8bps/Hz（MU-MIMO4×4空间复用）。5.2.2协议栈实现：a)物理层帧结构：1)雷达探测时段（0-0.8ms）：LFM-Chirp波形，带宽40MHz；2)数据传输时段（0.8-3.0ms）：OFDMA1024-QAM，带宽80MHz；3)控制信令时段（3.0-5.0ms）：BPSK调制，带宽20MHz。b)网络层协议；1)路由协议：AODVv2（路由更新时间≤200ms）；2)地址分配：IPv6EUI-64（前缀2001:db8::/64）。c)应用层协议：NanoPB轻量级序列化（消息压缩率≥60%）。5.3安全可靠性要求5.3.1功能安全：a)故障响应：单节点失效检测时间≤80ms，簇头切换时间≤150ms；b)控制冗余：双CAN总线架构（ISO11898-2），指令执行响应时间≤10ms；c)导航备份：GNSS失效后，视觉SLAM定位误差增长≤1m/s。5.3.2信息安全：a)加密算法：SM4-256国密算法（加密延迟≤0.5ms）；b)动态防护：通信跳频速率≥500hop/s；虚假指令识别率≥99.99%；c)频谱合规：带外辐射≤-41dBm/MHz。5.3.3电源安全：a)续航裕度：标称续航时间的1.5倍（25℃环境）；b)低温启动：-30℃环境下启动时间≤正常值120%。5.4环境适应性无人机群协同感知与通信一体化环境适应性要求应符合表1的规定。表1环境适应性环境因素性能要求温度-20℃~+55℃全温区性能漂移≤5%湿度95%RH下连续工作8小时无性能降级电磁干扰3V/m场强下通信中断率≤0.1%25mm/h降雨时通信距离≥设计值的70%沙尘5g/m³浓度下传感器遮蔽率≤15%注：所有技术参数需在标准测试环境（温度23±2℃、湿度45%~75%、大气压86~106kPa）下验证，测试设备精度应高于被测参数1个数量级。6一体化关键技术T/CEATECXXX—202546.1波形设计采用时分-频分（TD-FDM）机制，帧结构如表2：表2一体化帧结构（周期5ms）时段(ms)功能0-1.0感知探测LFM雷达脉冲1.0-3.5通信传输OFDM数据符号3.5-5.0协同控制控制信令+ACK6.2资源分配算法感知与通信资源占比动态可调，满足公式1：ηc+ηs=1式中：ηs：感知资源占比；ηc：通信资源占比。公式1感知与通信资源占比动态可调7性能指标7.1核心性能分级无人机群协同感知与通信一体化性能指标应符合表3。表3核心性能指标参数基础级增强级测试条件协同定位精度(RMSE)≤1.0m≤0.3m100m处静态目标环境地图更新时延≤200ms≤50ms100×100m²区域群组重构时间20%节点失效通信感知能耗比≤1.2J/Mb≤0.8J/Mb传输距离50m7.2感知子系统性能边界7.2.1探测能力：a)最小探测目标：0.01m²RCS（雷达）/5×5像素（视觉）；b)目标跟踪加速度容限：≥2.5g（24.5m/s²)。7.2.2建图性能：a)地图精度：$\epsilon=0.1+0.0015\timesD$（m$D$=探测距离）b)更新率：$f\geq\frac{1}{0.025+0.0002A}$Hz（$A$=区域面积/㎡）。7.3通信子系统性能边界7.3.1链路可靠性：链路可靠性要求见表4表4链路可靠性传输场景PER要求时延要求视距传输≤10-5≤15ms非视距（1跳）≤10-3≤35ms7.3.2抗干扰容限a)SINR≥10dB时BER≤10-6（GB/T38646）；T/CEATECXXX—20255b)带外辐射≤-41dBm/MHz8测试验证方法8.1标准化测试场景8.1.1动态目标协同追踪a)场地：200×200m²开阔域；b)目标：3台移动机器人（速度10m/s，加速度2gc)无人机群：30架（高度100m）；d)合格标准：轨迹跟踪误差≤0.5m（RMS）；目标丢失事件≤1次/h。8.1.2高密度障碍规避a)障碍配置：障碍配置详情见表5表5障碍配置类型密度特性建筑物5栋/10000㎡RCS≥20dBsm线缆10条/km直径≤5cm移动车辆20辆/km²速度≤15m/sb)合格标准：碰撞概率≤10-4次/架·小时；路径重规划时间≤500ms。8.2仪器化测试方法8.2.1时空精度验证a)设备：）；2)时间同步分析仪（1ns分辨率）。b)步骤：1)部署基准靶标（坐标精度±1mm）；2)同步记录实测坐标$(x_r,y_r)$与上报坐标$(x_m,y_m)$；3)计算空间误差$\sqrt{(x_m-x_r)^2+(y_m-y_r)^2}$；4)时间误差$|t_{report}-t_{true}|$。8.2.2抗干扰性能测试a)干扰模式：干扰模式要求详情见表6表6干扰模式类型参数强度宽带噪声80MHz带宽高斯噪声-70dBm脉冲干扰峰值-25dBmb)合格判据：控制指令送达率≥99.9%；感知数据丢包率≤10-4。8.3故障注入测试8.3.1故障模型与响应：无人机群协同感知与通信一体化故障模型与响应要求详情见表7表7故障模型与响应要求故障类型注入方式响应要求节点宕机程控电源切断重构时间≤150ms通信中断射频屏蔽（5ms）切换时间≤20msT/CEATECXXX—20256定位欺骗GNSS模拟器注入假信号检测时间≤100ms8.4环境适应性测试8.5认证要求8.5.1测试报告必须包含：a)原始数据（采样率≥10倍信号带宽）；b)统计结果（95%置信区间，样本量≥30）c)环境参数记录（温湿度/电磁噪声）8.5.2资质要求：a)测试工程师：CNAS认证资质；b)实验室：CMA/CNAS双认证资质。执行说明：所有测试需在标准环境（23±2℃,45-75%RH，86-106kPa）下进行，测试设备校准周期≤12个月。9安全要求9.1功能安全9.1.1故障容错机制：a)节点失效响应：检测时间≤80ms，簇头切换时间≤150ms（ISO13849-2PLc级）b)控制冗余：双CAN总线架构（ISO11898-2），主备切换时间≤10ms；c)导航备份：GNSS失效时，视觉SLAM/地磁组合定位误差≤1m/10s。9.1.2紧急避撞能力：a)响应时间：从威胁识别到执行避撞动作≤100ms；b)避撞策略：1)水平方向：Dubins路径规划；2)垂直方向：最大爬升率≥5m/s（GB38996）9.2信息安全9.2.1加密与认证无人机群协同感知与通信一体化加密与认证要求详情见表8：表8加密与认证要求安全层级技术要求性能指标传输层SM4-256加密（GM/T0002）加密延迟≤0.5ms/帧应用层SM4-256加密（GM/T0002）加密延迟≤0.5ms/帧接入控制动态密钥更新（周期≤30s）密钥空间≥21289.2.2动态防护：a)通信跳频：跳速≥500hop/s，跳频序列符合GB/T17964；b)入侵检测：虚假指令识别率≥99.99%（测试依据GB/T38646附录D）9.3电磁安全9.3.1频谱合规性：a)发射限制：无人机群协同感知与通信一体化发射限制，详情见表9：表9发射限制要求频段带外辐射杂散发射76.425-7.125GHz≤-41dBm/MHz≤-36dBm/MHz5.725-5.850GHz≤-36dBm/MHz≤-30dBm/MHzb)抗干扰设置：1)接收机灵敏度：≤-97dBm（BER=10-6条件下）；2)阻塞特性：在-30dBm带内干扰下PER≤10-3（GB/T17