[發明專利]無人系統集群中基于超寬頻技術的集群測距方法

在審

• 申請號: 202110583572.7
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113325403A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 單馮;曾嘉鑫;李增保;陳乃婷;羅軍舟;吳巍煒
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01S11/02
• 分類號: G01S11/02;H04W4/02;H04W4/06;H04W4/30;H04W4/70
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 薛雨妍

本發明公開了無人系統集群中基于超寬頻技術的集群測距方法，本發明邏輯上主要包括五個部分，分別是網絡協議框架設計、測距消息生成和測距信息更新、高動態集群自適應改進、測距消息丟失與測距周期不匹配處理、高密集集群自適應改進。本發明首先設計了簡潔的協議框架，使得測距的每一邊只需要周期的發送測距消息而不是收到消息后立刻回復消息。然后設計了測距消息的數據包的報文結構，同時根據測距消息數據包設計了測距信息的更新方法、距離計算方法。隨后，根據更新后的測距消息中的數據，將測距過程設計為根據速度和距離自適應。最終實現了同時支持無線測距和數據傳輸而在密集且動態的集群中應用超寬頻技術的方法。

技術領域

本發明涉及無人系統集群中基于超寬頻技術研究領域，特別涉及基于無人機等新興技術，具體涉及無人系統集群中基于超寬頻技術的集群測距方法。

背景技術

隨著電子制造業的快速發展，越來越多的空中機器人、地面機器人、可穿戴設備與便攜式設備可以在市面上被買到。機器人與設備正逐漸變得更加小型、更加輕型、價格更加低廉，因而也變得廣受歡迎。這使得將數十至上千臺此類機器設備組合成一個集群并令其通過彼此協作完成復雜任務成為了可能。相比于單個全功能的大型機器人，一個小型機器人與設備集群具有多種優勢，包括容錯性更好、在部署規模和數量上更靈活、部署速度更快。

機器人與設備集群的三個重要特點：數量大、機動性高、距離近。首先，根據任務的復雜性，數十至上千個機器人與設備將會被部署以協作。其次，微型無人系統、輪式機器人、行走機器人以及可由人類攜帶的可穿戴設備與便攜式設備都可以按照要求快速移動。再者，由于這些機器人與設備尺寸較小，它們可以在較近的距離內協作以完成復雜任務。總之，機器人與設備集群在不久的將來的應用應當是動態且密集的。一個成功的動態且密集的集群應用需要有低延遲通信與實時定位。在沒有外部基礎設施支持的情況下，預先形成自組網絡和集群內相對定位至關重要。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的是為無人系統和設備組成的動態且密集的集群設計一種具有簡單高效、自適應性強、健壯性、可擴展性、兼容性等優點的基于超寬頻技術的集群測距方法，該協議簡化現有協議的復雜數據包及協議框架，設計了測距消息的更新方法，大大提高了消息數據包在集群中的傳輸效率。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：無人系統集群中基于超寬頻技術的集群測距方法，包括以下步驟：

步驟1：設計簡單的網絡協議框架，使得通信的每一邊周期地發送測距消息而不是收到消息后立刻回復消息。

步驟2：針對步驟1中的測距消息和協議框架，設計了測距消息數據包的報文結構、測距消息生成和測距信息更新方法。

步驟3：針對步驟2每條測距消息的測距間隔，設計了測距間隔P根據速度和距離自適應，為快速移動的高動態的設置合適的測距消息傳輸間隔。

步驟4：針對步驟3中使用不同測距間隔帶來的測距消息丟失與測距周期不匹配問題，對于不同的情況給出了相應的解決辦法。

步驟5：將基于超寬頻技術的集群測距方法推廣到大規模高密集集群，針對測距消息的報文結構、測距消息生成方法、測距消息更新方法、距離計算方法作出了進一步的改進。

本發明進一步改進在于：所述步驟1包括如下設計：

(1)設計收發雙方的協議框架如下：

a)發送方協議框架：

步驟1011.發送方生成測距消息；

步驟1012.發送方廣播步驟1011中生成的測距消息；

步驟1013.更新當前設備測距消息；

(b)接收方協議框架：

步驟1021.接收方收到一條測距消息，執行步驟1022；