AiBrainBox 海空潜协同体系技术白皮书-面向多域异构无人系统的分布式通感算控协同架构

Sea-air-underwater-collaborative-system-whitepaper

AiBrainBox 海空潜协同体系技术白皮书

面向多域异构无人系统的分布式通感算控协同架构

1. 执行摘要

随着海洋智能化、低空经济与无人系统协同技术的发展，传统单域无人平台正在向空---海面---水下多域融合演进。

海空潜协同体系的核心挑战并非单个平台能力，而在于：

异构链路动态变化
跨介质通信连续性
多执行体协同控制
分层自治与人工接管
任务级数据共享

本白皮书提出：

基于 AiBrainBox 的海空潜分布式协同体系架构

核心能力：

分层异构冗余通信（Heterogeneous Redundancy）
动态拓扑自治重构
多级控制权体系
语义协同数据总线
通感算控一体分布式执行大脑

2. 体系架构设计原则

2.1 总体原则

分层自治

战略层、战术层、执行层解耦。

异构冗余

跨 RF / Optical / Acoustic / Satellite。

通信即控制

网络拓扑参与任务规划。

人机协同

支持自治优先、人工增强。

3. 三层海空潜总体架构

Layer 0 战略母体层（有人母舰）

职责：

全局任务规划
战区态势融合
大规模能源保障
深度维护
卫星骨干通信

定位：

海上云数据中心

Layer 1 前沿边缘层（中型USV）

职责：

UUV投放/快速回收
UAV起降调度
声学网关
光通信桥
浮标阵列管理
边缘计算协同

定位：

前沿自治节点

Layer 2 执行群层（UAV / USV / UUV）

职责：

感知
执行
局部协同
自主容错

4. UAV / USV / UUV 功能角色定义

4.1 UAV角色分层

Type A：Relay UAV

功能：

空中网络骨干

能力：

Mesh中继
动态拓扑优化
链路质量预测

Type B：ISR UAV

功能：

广域侦察感知

载荷：

EO/IR
SAR
mmWave

Type C：Interaction UAV

功能：

跨域交互确认

Type D：Logistics UAV

功能：

浮标/物资快速投送

4.2 USV角色分层

L1 母USV

区域协同核心

L2 任务USV

巡逻/中继/拖曳探测

L3 expendable USV

低成本前推节点

4.3 UUV角色分层

Tactical UUV

近程高机动

Endurance UUV

长航时巡航

5. 分层异构冗余通信体系

5.1 设计原则

介质异构冗余

RF
Satellite
Acoustic
Optical
Fiber（可选）

空间路径冗余

多跳路径备份

时间冗余

缓存/延迟容忍

任务降级冗余

失联自治

5.2 链路层级设计

Layer 0：母舰 ↔ 后方

主：LEO 备：VSAT / HF

Layer 1：母舰 ↔ USV

主：Private LTE 备：MANET / mmWave / FSO

Layer 2：USV ↔ UAV

主：Mesh 备：WiFi 7 / Sub-GHz

Layer 3：UAV ↔ UAV

主：Mesh 备：毫米波 / LoRa

Layer 4：USV ↔ UUV

主：Acoustic 备：Optical / Buoy RF / Fiber

6. 动态拓扑自治控制

6.1 核心能力

Link Awareness
QoS Scheduling
Topology Orchestration
Autonomous Rebuild

6.2 三级恢复机制

Level A Soft Failover

自动切链

Level B Topology Rebuild

拓扑重构

Level C Mission Degradation

自治降级

7. 控制权体系

Level 0 完全自治

任务意图输入

Level 1 监督控制

参数级控制

Level 2 共享控制

人机协同控制

Level 3 直接遥操作

精细操作/应急接管

8. Cognitive Telepresence 视觉辅助控制

UAV

网络拓扑空间可视化

显示：

中继覆盖
推荐悬停点
LOS预测

USV

语义鸟瞰融合

显示：

航迹建议
链路热图
协同节点

UUV

数字孪生三维重建

显示：

声呐地形
占据图
不确定性云图

9. 协同数据分享机制

Type A Control State

姿态/健康/链路

Type B Mission Intent

任务语义

Type C Perception Metadata

目标摘要

Type D Rich Payload

视频/点云按需拉取

Type E Experience Data

长期学习同步

数据机制

AiBrainFlow Semantic Pub/Sub

AiBrainBox 产品矩阵

AiBrainBox-Air

UAV自治核心

能力：

中继自治
空中感知
飞控桥接

AiBrainBox-Surface

USV边缘协同核心

能力：

多链路聚合
UUV Dock管理
战术协同

AiBrainBox-Sub

UUV自治处理器

能力：

长时自治
声学通信
容错导航

AiBrainBox-Core

母舰编排中心

能力：

Fleet Digital Twin
Mission Orchestration

AiBrainBox-Link

通信智能模块

能力：

QoS Routing
Failover
Bearer Abstraction

11. 通感算控协同智能体五层模型

Layer 1 Sense

环境感知

Layer 2 Connect

链路认知

Layer 3 Reason

任务推理

Layer 4 Act

n执行控制

Layer 5 Cooperate

群体协同

12. 应用场景

军事

反潜侦察
海峡封控
群体协同探测

民用

海洋资源调查
海上风电巡检
海事搜救
港口智能安防

13. 路线图

Phase 1

空海协同

Phase 2

空海潜协同

Phase 3

全自主拓扑自治

Phase 4

跨域群智系统

14. 结语

AiBrainBox 面向未来海空潜多域无人协同场景，构建以：

分层自治 + 异构冗余 + 动态拓扑 + 通感算控协同

为核心的新一代跨域智能执行体系。

其本质不是单个平台控制器。

而是：

海空潜异构无人集群的分布式执行大脑

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