[發明專利]無人機集群的協作交互方法及無人機的可視導航系統

有效

• 申請號: 201110237061.6
• 申請日: 2011-08-17
• 公開（公告）號: CN102393747A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 戴瓊海;劉慧
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G01C21/24
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術領域

本發明涉及無人機通信技術領域，特別涉及一種無人機集群的協作交互方法及無人機的可視導航系統。

背景技術

無人機在偵察/監視、通信中繼、電子對抗、災害防治、應急搜索等應用領域需求廣泛。傳統的無人機控制方法是，通過外界數據通信鏈路對無人機進行控制，同時GPS(Global?Positioning?System，全球衛星定位系統)提供定位信息，這種方法存在的問題是，一方面，在有意干擾、近地或在峽谷里、有建筑物遮擋甚至是室內(對于微小型無人機)等條件下，通信鏈路和GPS信號很容易受阻或缺失，將導致無人機失去或暫時失去控制，另一方面，無人機只能適應相對結構化任務環境的要求，不能解決動態、未組織環境下的自主控制問題，如突然出現未預知的障礙、缺少地理信息的飛行環境等。

針對傳統無人機控制的缺陷，現有技術中采用計算機視覺技術對無人機控制，利用機載傳感器(如：視覺傳感器、慣性導航系統、速度傳感器和雷達高度表等)獲取的信息進行自主導航，減少無人機對外部設備和環境的依賴。但是，這種方法也存在問題，無人機需要攜帶的傳感設備多，處理的數據量大，同時數據融合處理實時性高，而單架(特別是載重量受限的小型、微型)的無人機載重小，資源和信息處理能力有限。

針對單架無人機存在的問題，利用多架無人機集群協作完成任務，這種方法在可視導航中得到了極大的應用，大幅度提升執行任務能力，現有技術中，采用WiFi、ZigBee等方法實施無人機集群的組網通信，這種方法存在的問題是，無人機的高動態運動會引起網絡拓撲的頻繁變化，破壞已有的路由信息，導致分組丟失，破壞服務質量。針對上述問題，現有的解決方法是，利用多無人機集群協作進行SLAM(Simultaneous?Localization?And?Mapping，協作定位與地理繪圖)。具體地，一種方法是采用集中式體系，在中央規劃點處對每架無人機進行控制，這種方法存在的問題是帶來了大量的通信和計算需求，在實時和靈活性上有所欠缺。另一種方法是采用分散共標式體系，每架無人機獨立規劃，這種方法存在的問題是由于規劃是基于SLAM數據融合下的信息共享，關聯復雜，信息滯后，每對無人機之間均需在一定的時間間隔下相互通信，資源消耗較大的問題，不易適應于高動態無人機集群環境。

發明內容

本發明的目的旨在至少解決上述技術缺陷之一。

為達到上述目的，本發明提出一種無人機集群的協作交互方法，包括以下步驟：S1：無人機集群中的某個無人機確定其通信覆蓋范圍內滿足協作條件的無人機，并根據所述滿足協作條件的無人機建立無人機協作組；S2：確定所述無人機協作組中的多架無人機的機間路由；S3：根據所述機間路由的鏈路狀態信息對所述無人機協作組中的多架無人機分配協作任務；S4：根據所述無人機協作組中的多架無人機的運動狀態評估所述鏈路狀態，并根據評估結果更新所述無人機協作組的無人機及每架無人機的協作任務。

本發明另一方面還提出一種無人機的可視導航系統，包括：機載傳感器，用于獲取無人機工作環境信息和導航控制信息；數字地圖發生器，用于產生并存儲與工作地域相關的地圖信息，其中所述地圖信息用于規劃無人機的工作導航路線；圖形圖像模型庫，用于存儲圖形圖像模型信息，并根據所述無人機工作環境信息更新所述圖形圖像模型庫以及為所述數字地圖發生器提供工作環境的視覺信息；綜合信息數據庫，用于存儲當前和歷史的可視導航信息，其中所述可視導航信息包括無人機工作路線信息、障礙物信息和特征環境信息；故障檢測模塊，用于檢測無人機可視導航系統的故障；機間通信模塊，用于無人機之間協作通信以獲得其他無人機獲取到的信息；和可視導航信息融合處理綜合模塊，用于根據所述機載傳感器、所述數字地圖發生器、所述圖形圖像模型庫、所述綜合信息數據庫、所述故障檢測模塊和所述機間通信模塊提供的信息進行綜合處理，獲得用于控制無人機工作的可視導航信息指令，并為所述機載傳感器、所述數字地圖發生器、所述圖形圖像模型庫、所述綜合信息數據庫、所述故障檢測模塊和所述機間通信模塊提供所需的信息，以及協調所述機載傳感器、所述數字地圖發生器、所述圖形圖像模型庫、所述綜合信息數據庫、所述故障檢測模塊和所述機間通信模塊的工作。