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

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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

推荐映射

UAV

L0-L3

USV

L1-L3

UUV

L0-L1（少量L2）

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

10. 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