[發明專利]多無人機協同著陸方法

無效

• 申請號: 201210215224.5
• 申請日: 2012-06-26
• 公開（公告）號: CN102749847A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 戴瓊海;李一鵬
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05D1/08
• 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

本發明涉及無線通信和智能控制技術領域，特別涉及一種多無人機協同著陸方法。

背景技術

無人機因其低成本、高機動和“零人員傷亡”等一系列特點，在軍事和民用等領域得到了廣泛應用。單個無人機在執行戰場監視和偵察、災難場景搜救等任務時，面臨著任務區域范圍大、環境復雜、感知能力有限、單節點故障等不利因素而造成任務失敗，從而促進了“以平臺為中心”的傳統作戰模式向“以網絡為中心”的多無人機協同作戰模式的轉變。通過多無人機環境感知能力、計算處理能力等資源的共享來擴展任務執行能力，提高任務執行成功的概率。美國空軍科學顧問委員會也十分明確地指出：“未來的無人機應當以成群的方式工作而不是單獨行動”。

在多無人機的協同控制方面，典型研究包括多無人機協同偵察、協同搜索、協作目標跟蹤以及協同定位、著陸等。相關研究中最具代表性的是美國國防部高級研究計劃局（DARPA）主導的自治編隊混合主動控制、廣域彈藥搜索以及無人作戰飛機聯合系統等，主要目標均為提高多無人機集群的自主協同控制能力。此外，國外著名高校和研究機構如麻省理工學院、加州伯克利大學以及Honeywell技術中心等，分別對協同任務規劃、協同路徑規劃、混合主動控制以及自主編隊控制問題進行了深入研究。

從2001年開始，由包括麻省理工學院、科內爾大學、加州理工大學和加州大學洛杉磯分校四所大學聯合發起了“復雜環境下分布式自主平臺協同控制研究項目”，提出未來大規模網絡化環境下，自主多無人機的分布式協同控制將面臨無中心信息處理、無中心決策、受限通信、大規模平臺、不確定性環境和突發敵對威脅等挑戰。其目標是研究分布式協同控制和決策方法，克服上述挑戰，實現多UAV系統復雜、自適應和靈活的行為。現有相關工作大多針對多無人機協同控制的理論框架和算法開展研究，針對多無人機協同的具體問題，如多無人機協同目標跟蹤、協同目標搜索、協同著陸等未出現切實可行的技術方案。一方面，現有研究大多著眼于利用地面控制站匯總并處理多個無人機傳感器采集的信息，不適用于復雜條件下的多無人機自主協同；另一方面，針對多無人機組網場景下的傳感器信息共享以及協同控制方法也鮮有文獻涉及。

發明內容

本發明的一個目的在于提出一種適應性強、可擴展性好的多無人機協同著陸方法。

根據本發明實施例的多無人機協同著陸方法包括以下步驟：為多個所述無人機建立Ad?Hoc通信網絡；各個所述無人機利用機載傳感器搜索自身位置和著陸地標，并基于所述Ad?Hoc通信網絡采用廣播的方式向其他所述無人機發送數據包，所述數據包包括位置信息及狀態信息；各個所述無人機接收鄰居無人機的所述數據包，并根據所述無人機自身和鄰居無人機的所述數據包，計算自身與所述著陸地標及所述鄰居無人機的相對距離和相對角度；構建環境空間勢場，根據所述無人機自身與所述著陸地標的相對距離和相對角度計算著陸地標的吸引力F_att，和根據所述無人機自身與所述鄰居無人機的相對距離和相對角度計算所述鄰居無人機間的排斥力F_rep，計算勢場合力F=F_att+F_rep，建立運動學模型并確定所述無人機的運動軌跡。

在本發明的一個實施例中，所述數據包的內容包括{U_ID，x_i，y_i，z_i，U_land，x_l，y_l，z_l，U_state}，其中，U_ID為表示無人機i的ID；x_i為無人機i的x坐標；y_i為無人機i的y坐標；z_i為無人機i的z坐標；U_land為無人機i是否搜索到著陸地標，0表示已搜索到，1表示未搜索到；x_l為著陸地標的x坐標；y_l為著陸地標的y坐標；z_l為著陸地標的z坐標；U_state為無人機i的狀態，0表示已著陸，1表示未著陸。

在本發明的一個實施例中，所述步驟B還包括：當所述無人機首次捕捉到所述著陸地標時，采用廣播方式發出著陸地標的位置信息；其余所述無人機收到所述著陸地標的位置信息后，再次搜索到所述著陸地標時，采用廣播方式發出確認著陸地標的消息。