[發(fā)明專利]基于異步信息的無人機(jī)集群合作式定位方法及裝置

有效

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• 申請日: 2019-06-20
• 公開（公告）號: CN110312306B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 叢一睿;王祥科;尹棟;賀光;劉志宏
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04B7/185
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所(普通合伙) 43008
• 代理人: 周長清;胡君

本發(fā)明公開一種基于異步信息的無人機(jī)集群合作式定位方法及裝置，該方法步驟包括：S1.為無人機(jī)集群中每一個(gè)非錨節(jié)點(diǎn)對應(yīng)配置一個(gè)用于存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)定位所需信息的數(shù)據(jù)庫；S2.當(dāng)存在目標(biāo)非錨節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測量或接收錨節(jié)點(diǎn)狀態(tài)或接收其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送的消息時(shí)，將目標(biāo)非錨節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新，更新完成后轉(zhuǎn)入執(zhí)行步驟S3；S3.目標(biāo)非錨節(jié)點(diǎn)根據(jù)對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中的信息生成廣播信息以廣播給相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行狀態(tài)信息更新，以及更新自身的位置信息，完成無人機(jī)節(jié)點(diǎn)的定位。本發(fā)明能夠適用于大規(guī)模無人機(jī)集群中，且具有實(shí)現(xiàn)方法簡單、通信帶寬以及計(jì)算開銷小且定位精度高等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無人機(jī)集群定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于異步信息的無人機(jī)集群合作式定位方法及裝置。

背景技術(shù)

無人機(jī)集群以其獨(dú)有優(yōu)勢在全球范圍內(nèi)受到了空前重視，在軍事和民用領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用與經(jīng)濟(jì)價(jià)值。無人機(jī)集群合作式定位能夠使集群更好地適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境，因此具有很大的應(yīng)用前景。無人機(jī)為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的一種，而目前關(guān)于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的合作式定位尚缺乏有效的方案，這其中存在如網(wǎng)絡(luò)同步和時(shí)延問題等的一系列的問題。

現(xiàn)有技術(shù)中對于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的定位方法主要是采用BP(Belief Propagation，置信概率傳播)定位方法，該類方法是基于因子圖(Factor Graph)，并使用Sum-Product算法在整個(gè)因子圖中傳播置信概率，當(dāng)因子圖中沒有環(huán)(Cycle)時(shí)，Sum-Product算法可以準(zhǔn)確地得出邊緣概率，但是對于定位算法，因子圖向時(shí)間和空間兩個(gè)方向延伸，即使空間維度中不包含環(huán)，時(shí)間維度也必然會(huì)包含環(huán)，否則就沒有節(jié)點(diǎn)之間的相互測量，也就無法實(shí)現(xiàn)合作式定位，而當(dāng)因子圖中包含環(huán)時(shí)，Sum-Product方法又將無法得到精確的結(jié)果，只能通過反復(fù)傳遞信息進(jìn)行迭代，迭代的次數(shù)越多，結(jié)果就越精確。

目前主流的BP定位方法無法在無人機(jī)集群合作式定位中的有效發(fā)揮，由于具有以下缺陷：

(1)巨大的通信代價(jià)及計(jì)算復(fù)雜度。BP定位方法需要進(jìn)行反復(fù)交互迭代，每一次交互迭代都對應(yīng)著通信與計(jì)算資源的開銷，而且這種開銷會(huì)隨著定位網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增大而激增。即使只考慮通信構(gòu)架上帶來的時(shí)延(即忽略通信帶寬約束以及計(jì)算資源的約束)，BP定位方法也很難支持10個(gè)以上移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)定位，如果考慮實(shí)際系統(tǒng)的通信資源的限制，這種情況將更加糟糕。然而，對于無人機(jī)集群來說，無人機(jī)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10個(gè)。因此目前傳統(tǒng)的BP算法無法解決稍具規(guī)模的無人機(jī)集群合作式定位問題。

(2)對于時(shí)鐘同步的依賴。BP定位方法需要網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)具有同步的時(shí)鐘，其本質(zhì)原因是其運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)離散化模型是基于信息傳播時(shí)鐘而建立的。一旦時(shí)鐘出現(xiàn)不同步，節(jié)點(diǎn)之間將產(chǎn)生時(shí)間上的歧義性，這種歧義性會(huì)隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增加而逐漸累加，從而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)信息的錯(cuò)誤。

綜上所述，現(xiàn)有的無人機(jī)集群定位方法，由于采用的濾波器是基于離散時(shí)間，使得需要網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘精確對準(zhǔn)，并且整個(gè)無人機(jī)集群中的通信需要嚴(yán)格同步，因而需要依賴于網(wǎng)絡(luò)通信的同步，同時(shí)由于采用的濾波器是基于離散時(shí)間的，因此需要測量的同步，不同無人機(jī)的測量時(shí)間偏差會(huì)造成定位結(jié)果的不精確，使得還需要依賴于測量的同步，而主流的BP定位方法需要反復(fù)迭代，通信于計(jì)算代價(jià)大，因此目前的合作式定位方法只能應(yīng)用于極小規(guī)模的無人機(jī)集群中，無法適應(yīng)于稍具規(guī)模的無人機(jī)集群合作式定位中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種能夠適用于大規(guī)模無人機(jī)集群中，且實(shí)現(xiàn)方法簡單、通信帶寬以及計(jì)算開銷小、定位精度高的基于異步信息的無人機(jī)集群合作式定位方法及裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

一種基于異步信息的無人機(jī)集群合作式定位方法，步驟包括：

S1.為無人機(jī)集群中每一個(gè)非錨節(jié)點(diǎn)對應(yīng)配置一個(gè)用于存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)定位所需信息的數(shù)據(jù)庫，所述非錨節(jié)點(diǎn)為對自身的位置未知、需要定位的無人機(jī)節(jié)點(diǎn)；