[發明專利]一種無人機遙感組網冗余容錯控制方法

有效

• 申請號: 202110096576.2
• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112859579B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 晏磊;趙紅穎;廖小罕;孫山林;姜凱文;楊明;李云;王勇;李國;趙海盟;吳賽;劉旭芳;尚可
• 申請（專利權）人: 北京大學;桂林航天工業學院
• 主分類號: G05B9/03
• 分類號: G05B9/03
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理有限公司 11200
• 代理人: 司立彬

本發明公開了一種無人機遙感組網冗余容錯控制方法，其步驟包括：1)無人機飛行控制地面站獲取無人機遙感組網中各無人機飛行的實時經緯度坐標和高度信息；其中無人機遙感組網包括一架領航無人機、N架跟隨無人機和M架跟隨冗余無人機；領航無人機和N架跟隨無人機作為觀測無人機；2)通過收集到的經緯度和高度信息，計算各觀測無人機之間的距離，如果一架觀測無人機A與其相鄰一架或多架觀測無人機之間的距離超過設定的期望距離，則判定該觀測無人機A出現故障；3)從所述無人機遙感組網中分離出現故障的觀測無人機A，并啟動一架所述跟隨冗余無人機a代替該觀測無人機A；然后控制該觀測無人機a的位置和航速、航向。

技術領域

本發明屬于遙感與攝影測量領域，涉及一種無人機遙感組網冗余容錯控制方法。

背景技術

現有、常規遙感與攝影測量領域中，已經不再局限于衛星和高空載人飛機。隨著輕小型無人機的發展，無人機在遙感中扮演著越來越重要的角色，其作為一種可用的低成本系統，其應用數量在過去十年中一直在增長。除了成本低外，無人機還有一些其他因素使其真正適合在各種條件下進行監視和測量，如便攜性好、尺寸小、重量輕、可飛越難以到達的區域、可在確保非常近距離觀察時快速獲取一個相對較大區域的大量信息。

Yang等以無人機作為遙感平臺，配備不同的農業傳感器，用于監測植物高度、葉色、葉面積指數、葉綠素含量、生物量、大面積產量等表型參數，并盡可能少地進行田間試驗，從而取得了高度可靠的結果；Silvana等成功地將基于多旋翼無人機的可見光和熱紅外探測應用在雪山救援行動中。

中小型無人機越來越多地應用于各種實時靜態和動態任務中，已成為對人類非常有用的輔助工具。適合無人機在各種條件下進行監視和測量的因素有很多，但無人機在執行不同的實時任務時仍會受到各種挑戰，且一旦在任務執行過程中任何一個約束的及時響應缺失，將會影響任務的總體結果，導致整個任務部分或完全失敗，在實際中很難建立完美系統。因此，在系統中引入冗余容錯來最小化故障概率并增強其魯棒性非常重要。其中，根本問題是隨著系統復雜性的增加，除非對其采取補償措施，否則其可靠性會急劇下降。

發明內容

為了保證無人機組網遙感觀測的穩定性和準確性，以及在極端條件下組網控制下載荷的穩定輸出，完成組網遙感觀測任務，本發明提出了一種無人機遙感組網冗余容錯技術方法，首次將冗余容錯理論用于無人機編隊組網中，包括組網編隊方式和故障判斷方式。本發明以無人機距離作為出錯判斷依據為例進行描述，簡單說明其思想，實際根據無人機情況和具體任務，可以使用其他多類信息進行出錯判斷，比如無人機攜帶的各類傳感器返回的信息。本發明可廣泛用于遙感領域，能夠在無人機遙感組網系統中來保證系統的穩定性，能夠在無人機組網飛行過程中重構組網，保證載荷平臺的穩定，無人機網絡可以在極端條件下得到組網控制方案的有效輸出，進而保證遙感觀測任務的順利進行。

冗余容錯是通過添加一個或多個模塊(通常采用并行配置)作為備份來引入冗余。為了提高極端條件下航空遙感任務無人機網絡系統的魯棒性和成功率，本發明將基于冗余的容錯控制技術引入無人機網絡設計中，確定了不同限制條件下的最佳網絡解決方案。

無人機遙感組網設計是在不同觀測條件下的遙感任務，通過同步監控進行主動合作的包括多個無人機的網絡。多無人機網絡作為冗余容錯體系結構時可以通過添加多個無人機作為備份使得系統可以容錯，而無人機在不同極端條件下的位置和視角則可以作為冗余容錯的場景設置。當組網方案中的無人機位置和視角超過設定的閾值時可以被認為是故障的，其將被分離并不考慮進一步分析。通過以上方式，無人機網絡可以在極端條件下得到組網控制方案的有效輸出，進而保證遙感觀測任務的順利進行。

本發明的技術方案為：

一種無人機遙感組網冗余容錯控制方法，其步驟包括：

1)無人機飛行控制地面站獲取無人機遙感組網中各無人機飛行的實時經緯度坐標和高度信息；其中無人機遙感組網包括一架領航無人機、N架跟隨無人機和M架跟隨冗余無人機；領航無人機和N架跟隨無人機作為觀測無人機；