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設備與工具大型軍用無人機具有飛行高度高、覆蓋范圍廣、工作時間長、使用靈活、運行成本低等優(yōu)點。它們已成為執(zhí)行情報、偵察、監(jiān)視和通信中繼等任務的理想空中平臺。它具有以下特點：①負載大，性能參數穩(wěn)定；②機動性強，攻擊時間短；③可控運行，零傷亡。大型軍用無人機可以進行多維度、多方向、多批次、長時間的協(xié)同偵察。它可以有效地擴大偵察范圍，擴展偵察要素，提高偵察精度，動態(tài)跟蹤目標，可以顯著提高偵察效果。涵蓋了控制、打擊、通信、導航、電磁和網絡攻防的各個方面，是無人機作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。在高技術局部戰(zhàn)爭信息化、網絡化、智能化和無人化的背景下，基于大型無人機的多系統(tǒng)分布和協(xié)同作戰(zhàn)將是未來局部戰(zhàn)爭的前沿發(fā)展方向。
目前，軍用大型無人機的多任務場景構建、虛擬現實交互通道和虛擬模型驅動是三個基本問題。進行了大規(guī)模無人機機身模型構建、感知集成表示、虛擬現實協(xié)同控制、有效載荷業(yè)務預測和網絡協(xié)同規(guī)劃，上述方面的研究迫在眉睫。目前，大型軍用無人機對基于云計算的數字孿生系統(tǒng)有以下五個要求：
（1）機身結構復雜，飛行測試成本高，迫切需要云計算來降低成本，提高效率；
（2）人體信息同步感知的實時性較差，需要云計算集成感知；
（3）空地協(xié)同控制不精確，需要云計算集中控制；
（4）負荷運行預測缺乏手段，需要云計算業(yè)務預測；
（5）虛擬和真實網絡協(xié)作的效率較低，需要云計算協(xié)作規(guī)劃。
基于云計算平臺的數字孿生技術用于實現軍用大型無人機的虛擬和實際交互，并為機身結構建模、支持系統(tǒng)建模、數據源統(tǒng)一和跨區(qū)域協(xié)作構建整體支持平臺，以促進聯(lián)網，大型軍用無人機系統(tǒng)工程的信息化和智能化。目前，軍用大型無人機的數字孿生框架主要包括：
基本支撐層
包括網絡、計算、存儲和管理設施，通過使用傳感器和機載測控設備，確保大型軍用無人機的數據通道數量、采樣頻率和數據分辨率與實際測試一致。從物理測試數據中獲取數據，實現機身飛行數據的采集、清理、篩選、分析、融合、存儲、分析和呈現，以及大數據的移動和備份，支持上層服務和應用。
數字孿生層
它由分布式資源節(jié)點組成，主要承載云計算和數據交互總線操作，并提供在線自助安排和組裝。它用于飛行控制計算機、飛行控制計算接口盒、電動舵機、機尾、起落架、車載電池等物理對象中，構建機身設計的所有信息，組件技術、組件屬性等信息附著到三維模型中，并實現機身包線的定義，約束、注釋、工程屬性和層次結構以及標準化定義的接口，構建了一個數字孿生平臺，以減少機身模塊和相關系統(tǒng)的耦合，并集成云計算以構建系統(tǒng)級、飛機和周圍環(huán)境級、飛機機身級、組件級、，部件級和其他多級分辨率驗證環(huán)境，實現異構系統(tǒng)數據流的無縫對接和系統(tǒng)集成。
協(xié)作控制層
它由支持大型軍用無人機的不同控制系統(tǒng)組成，包括能源、飛行姿態(tài)、飛行遙控/遙測模擬、飛行指揮和控制、結構健康監(jiān)測和顯示子系統(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，動態(tài)感知虛擬/真實無人機的當前狀態(tài)，動態(tài)耦合各種系統(tǒng)，形成事實監(jiān)測和控制能力。
任務協(xié)調層
包括無人機機身、邊緣計算節(jié)點、飛行控制節(jié)點和車載高速網絡，主要基于地面控制站做出的決策，以控制飛機調整其姿態(tài)、航向和速度，根據計劃軌跡飛行，并配合相關任務負載執(zhí)行任務。
通過基于云計算的數字孿生平臺
根據無人機部件的粒度，可分為系統(tǒng)級、飛機及周圍環(huán)境級、機身級、部件級、部件級等多層次分辨率進行研究。每個分辨率級別的組件模塊中涉及的所有數據、模型和算法都封裝到不同的子服務中，這些子服務關聯(lián)起來，形成滿足應用程序需求的更高級別服務。它可以通過定義良好的數字孿生接口協(xié)議自動關聯(lián)，使整個數字孿生系統(tǒng)架構更快、更可靠、更可重用。
當前是智能終端開發(fā)和應用的爆發(fā)期。大型軍用無人機將應用于各個領域。這已成為軍事技術發(fā)展的一大趨勢，并正在朝著更高的機動性、更輕、更耐用和更強的智能化方向發(fā)展。隨著智能制造技術的不斷成熟，基于云計算的大型軍用無人機的設計、制造、測試和應用將很快形成閉環(huán)。目前，迫切需要結合先進的測量、傳輸、控制和評估技術和方法，構建飛行云計算系統(tǒng)，以實現軍用大型無人機演示設計、模塊試制、實驗驗證和任務應用的全生命周期仿真。形成大型軍用無人機多領域、全維、強實時的“集輸控制評估”全閉環(huán)，實現物理空間與信息空間的交互與集成。針對建設強大的數字化、信息化、智能化、多樣化的軍用大型無人機建設需求，我們需要重點關注以下幾點：
完成無人機模型構建
準確的飛行狀態(tài)測量
建立可靠的傳播渠道
支持智能指揮控制
加強能力評估和分析
加強飛行狀態(tài)測量、可靠傳播通道、智能指揮控制、能力評估分析研究，推進軍事裝備數字孿生模、網絡物理數據融合，并通過基于云計算的軍用大型無人機數字孿生框架構建進行交互與協(xié)作。該應用希望相關的孿生數據、領域知識及其融合數據能夠為其他部件多、結構復雜、實時性要求高的無人設備的設計、生產、測試和運行維護提供參考。
源自：Journal of Physics: Conference Series 1738 (2021) 012052
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