[發明專利]無人機群三維協同定位方法

有效

• 申請號: 202010143813.1
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN111123341B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 陳睿;楊彬;郭彥濤;閆繼壘;周嘯天
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學;中國電子科技集團公司第五十四研究所
• 主分類號: G01S19/51
• 分類號: G01S19/51
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;黎漢華

本發明公開了一種無人機群三維協同定位方法，主要解決現有方法僅采用GPS對無人機群進行定位誤差較大的問題。其方案是：無人機群中所有無人機將自身GPS定位坐標發送給承擔計算任務的中心無人機；測試無人機群中兩兩無人機之間的距離，并將測得的距離信息發送給中心無人機；中心無人機將接收的距離信息構建成距離矩陣，根據距離矩陣采用多維尺度分析算法得到無人機群中所有無人機的相對坐標；中心無人機采用最小二乘原則將相對坐標向GPS定位坐標作變換，計算無人機的絕對坐標，發送給整個無人機群。本發明能減小GPS定位誤差，準確估計無人機位置，可用于無人機群協同完成快遞運輸、災情監測、農業生產、編隊表演及作戰任務的路徑規劃。

技術領域

本發明屬于無人機技術領域，具體涉及一種定位方法，可用于無人機群協同完成快遞運輸、災情監測、農業生產、編隊表演及作戰任務的路徑規劃。

背景技術

現階段，無人機技術的發展導致了無人機的市場需求急速上升。無人機最初應用于軍事領域，因其具有成本低、體積小、機動性強等優點而成為信息化作戰不可或缺的武器裝備，在軍事偵查、監測和打擊中發揮著重要作用。后期隨著無人機技術的發展，無人機開始廣泛應用于民用領域，包括快遞運輸、災情監測、農業生產及編隊表演等。由于單個無人機的生存能力差，無法完成復雜的任務，所以多以無人機群的形式協同完成任務。作為無人機技術中的關鍵技術，定位技術引起了廣泛關注。只有實現對無人機的定位，才能進行路徑規劃、編隊飛行和任務分配。

目前，多采用GPS、差分GPS或是GPS增強系統對無人機進行定位。然而，僅采用GPS對無人機進行定位存在著較大的誤差，尤其是在高度的測量上。差分GPS通過接收基站發送的改正數消去了基準站和用戶站的共同誤差，提高了定位精度，但仍然存在著一定的定位誤差。GPS增強系統能夠提供較高的定位精度，但是價格昂貴，限制了其在無人機群定位中的應用。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提出一種融合GPS的無人機群三維協同定位方法，以在成本小于GPS增強系統的條件下，減小GPS或差分GPS的定位誤差，實現對無人機的精確定位。

本發明的技術方案是：對多維尺度分析MDS算法進行改進，通過改進后的算法計算無人機的相對坐標，并采用最小二乘原則將該相對坐標變換到GPS的定位坐標，提高定位精度，其實現步驟包括如下：

(1)無人機群中的所有無人機將自身的GPS定位坐標G發送給承擔計算任務的中心無人機，其中G＝{g_i}，g_i為第i臺無人機的GPS定位坐標，i＝1,2,…,N，N為無人機數量；

(2)通過信號到達時間或是接收信號強度等方法測試無人機群中兩兩無人機之間的距離，并將測得的距離信息d_ij發送給中心無人機，其中，d_ij為第i臺無人機與第j臺無人機之間的距離，i,j＝1,2,…,N；

(3)中心無人機將接收的距離信息構建成距離矩陣D，根據距離矩陣D采用改進的多維尺度分析算法，計算無人機群中所有無人機的相對坐標C；

(4)中心無人機采用最小二乘原則將所有無人機的相對坐標C變換到GPS的定位坐標G中，得到無人機群中所有無人機的絕對坐標X，并發送給整個無人機群。

本發明具有以下優點：

1.本發明將多維尺度分析算法應用到無人機定位中，通過測試無人機群中的兩兩無人機之間的距離獲得距離矩陣，對距離矩陣采用改進的多維尺度分析算法得到所有無人機的相對坐標，實現了無人機群的協同定位，且硬件實現簡單，定位精度對測距誤差不敏感。

2.本發明采用最小二乘原則將相對坐標向GPS定位坐標作坐標變換，在將相對坐標向絕對坐標變換的同時，也修正了GPS的定位誤差，提高了GPS的定位精度。

附圖說明

圖1是本發明的實現流程圖；