[發明專利]一種基于多重優化的集群無人機協同定位方法

有效

• 申請號: 201710989797.6
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107918398B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 王融;陳靜;熊智;劉建業;曹宇軒;景羿銘;李傳意;孫瑤潔
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 吳旭

1.一種基于多重優化的集群無人機協同定位方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟(1)，獲取無人機集群定位所需的測量數據；

步驟(2)，計算各基準無人機之間的歸一化距離優化系數；

步驟(3)，計算各基準無人機之間歸一化距離優化值；

步驟(4)，計算待定位無人機與各基準無人機之間的歸一化距離優化值；

步驟(5)，計算待定位無人機的距離歸一化單位優化值；

步驟(6)，計算待定位無人機的位置；

由多架無人機組成無人機集群，包含基準無人機和待定位無人機；其中基準無人機可自主定位，架數為n；所述步驟(1)包括如下具體步驟：

步驟(1-1)，基準無人機通過自身導航系統測量所在位置的緯度和經度；

步驟(1-2)，通過基準無人機i和基準無人機j導航系統差分測得相對距離d_ij，其表達式為：

其中，R_M為地球卯酉圈曲率半徑，R_N為地球子午圈曲率半徑，(L_i,λ_i)和(L_j,λ_j)分別為基準無人機i和基準無人機j的緯度和經度；

步驟(1-3)，在無人機集群中通過相對探測系統感知周圍的無人機，建立基準無人機i和基準無人機j之間的間接感知通路，進而獲得歸一化距離測量值其表達式為：

其中，m_ij為建立的基準無人機i和基準無人機j之間的間接感知通路數量，為基準無人機i和基準無人機j之間第k個間接感知通路上無人機的架數；

步驟(1-4)，在無人機集群中通過相對探測系統感知周圍的無人機，建立待定位無人機p與基準無人機i之間的歸一化距離測量值其表達式為：

其中，m_pi為建立的待定位無人機p和基準無人機i之間的間接感知通路數量，為待定位無人機p和基準無人機i之間第k個間接感知通路上待定位無人機的架數；

所述步驟(2)包括如下具體步驟：

步驟(2-1)，根據步驟(1-2)獲得的相對距離d_ij，計算基準無人機i和基準無人機j之間的歸一化距離實際值D_ij，其表達式為：

其中，l為無人機相對探測系統的感知距離；

步驟(2-2)，由步驟(1-3)獲得的基準無人機i和基準無人機j之間歸一化距離測量值根據步驟(2-1)獲得的歸一化距離實際值D_ij，計算歸一化距離誤差率γ_ij，其表達式為：

步驟(2-3)，根據步驟(2-2)獲得的歸一化距離誤差率γ_ij，計算基準無人機i和基準無人機j之間的歸一化距離優化系數η_ij，其表達式為：

所述步驟(3)中，根據基準無人機i和基準無人機j之間歸一化距離測量值以及步驟(2)獲得的基準無人機i和基準無人機j之間的歸一化距離優化系數η_ij，計算基準無人機i和基準無人機j之間歸一化距離優化值其表達式為：

所述步驟(4)中，根據步驟(1-4)獲得的待定位無人機p與基準無人機i之間的歸一化距離測量值以及步驟(2)獲得的歸一化距離優化系數η_ij，計算待定位無人機p與基準無人機i之間的歸一化距離優化值其表達式為：

所述步驟(5)包括如下具體步驟：

步驟(5-1)，根據步驟(3)獲得的基準無人機之間歸一化距離優化值計算基準無人機i的距離歸一化單位u_i，其表達式為：

步驟(5-2)，根據步驟(5-1)獲得的基準無人機i的距離歸一化單位u_i，計算基準無人機i的距離歸一化誤差e_i，其表達式為：

其中，u_j為按照步驟(5-1)得到的基準無人機j的距離歸一化單位；

步驟(5-3)，根據步驟(5-2)獲得的基準無人機i的距離歸一化誤差e_i，計算基準無人機i的定位信息權值ω_i，其表達式為：

其中，e_j為按照步驟(5-2)得到的基準無人機j的距離歸一化誤差；

步驟(5-4)，根據步驟(5-1)獲得的基準無人機i的距離歸一化單位u_i以及步驟(5-3)獲得的基準無人機i的定位信息權值ω_i，計算待定位無人機p的距離歸一化單位優化值u_p，其表達式為：

所述步驟(6)包括如下具體步驟：

步驟(6-1)，任意選取3架基準無人機a,b,c，記這3架基準無人機的位置坐標分別為(x_a,y_a)、(x_b,y_b)、(x_c,y_c)，以這3個基準無人機的位置構成三角形m；

步驟(6-2)，判斷步驟(6-1)獲得的三角形m是否與已選取過；若選取過，則返回步驟(6-1)，否則執行步驟(6-3)；

步驟(6-3)，根據步驟(6-1)獲得的三角形m中3個頂點的位置坐標，以及步驟(4)獲得的待定位無人機p與基準無人機a,b,c之間的歸一化距離優化值以及步驟(5)獲得的待定位無人機p的距離歸一化單位優化值u_p，利用幾何關系計算待定位無人機的位置坐標測量值(x_m,y_m)，其表達式為：

其中，

步驟(6-4)，令步驟(6-1)獲得的三角形中最大的角為α_max，最小的角為α_min，計算三角形對應的權值ξ_m，其表達式為：

步驟(6-5)，記錄步驟(6-3)獲得的待定位無人機的位置坐標測量值(x_m,y_m)以及步驟(6-4)獲得的三角形對應的權值ξ_m，并判斷已選取過的三角形個數是否達到若達到，則執行步驟(6-6)，否則令m＝m+1并執行步驟(6-1)；

步驟(6-6)，根據步驟(6-5)記錄的獲得的待定位無人機的位置坐標測量值(x_m,y_m)以及三角形m對應的權值計算待定位無人機坐標優化值其表達式為：

其中，