[發明專利]一種基于單目視覺信息形成無人機群集性的方法

在審

• 申請號: 202210966083.4
• 申請日: 2022-08-12
• 公開（公告）號: CN115328199A
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 陳鳴;賈迎超
• 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: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

針對全球導航衛星系統信號有時不可用及無線通信帶寬受限的現狀，本發明提出了基于單目視覺信息形成無人機系統群集性的分布式控制方法。該方法提出一種分布式控制節點行為的模型和用單目相機檢測從節點周圍節點并估算其方位的系統控制模型，以及基于視覺的分布式控制從節點的算法，可以使多無人機系統內生具有“聚集、分離、對齊”群集特性，本專利方法還具有經濟、簡化多無人機任務設計等優點，對促進多無人機系統技術發展具有重要作用。

技術領域

本發明屬于無人機系統技術領域，具體地來說是提出了一種基于單目視覺信息形成無人機群集性的分布式控制方法。

背景技術

由多架無人機(簡稱節點)構成的無人機系統相比于由單架無人機構成的系統，具有更強大的擴展能力和生存能力，可以更可靠、高效地協同完成任務。事實上，這種具有群集性的無人機集群的技術優勢已經在許多民事、軍事等領域的應用中得到驗證，其中多無人機系統的群集性是指使這些節點聚合在一起的“聚集”性，使節點之間不會碰撞的“分離”性和這些節點能夠保持狀態同步的“對齊”性。

然而，隨著系統中節點數量的增加，控制這些節點集合以形成群集性，在技術上十分困難。首先，目前節點通常需要通過全球定位系統(GPS)或北斗等全球導航衛星系統來獲知精確位置，從而計算出相鄰節點的位置，進而通過控制節點飛行行為以形成系統的集群性。然而，在如山間、高樓間、敵對受干擾空域等區域，全球導航衛星系統的定位信號可能會被拒止或降級，從而使節點定位與控制受到干擾。第二，協同控制大量節點行為需要通過節點之間的無線通信來實現，由于無線通信帶寬資源非常有限，需要盡可能節省無線帶寬資源以用于集群系統的應用。為此，視覺技術因具有獨特的技術潛力而被使用，它不僅能夠提供較寬視野范圍內的豐富信息，而且它能被動地接收光信號而不耗費通信帶寬。進一步，如果基于廉價的單目相機視覺信息能夠使多無人機系統形成群集性，將能大大降低系統的成本開銷，簡化多無人機系統的設計。

本發明的意義和重要性在于，提出了一種基于單目視覺信息形成無人機群集性的方法，該方法不僅能夠在全球導航衛星系統拒止環境中提供一種多無人機形成群集性的方法，而且能夠大大節省無線通信帶寬。此外，該方法還具有經濟、簡化多無人機系統設計的優勢。

發明內容

[發明目的]

針對全球導航衛星系統信號有時不可用及無線通信帶寬受限的現狀，本發明提出了基于單目視覺信息形成無人機系統群集性的分布式控制方法。該方法提出一種分布式控制節點行為的模型和用單目相機檢測從節點周圍節點并估算其方位的系統控制模型，以及基于視覺的分布式控制從節點的算法，可以使多無人機系統內生具有“聚集、分離、對齊”群集特性，還具有經濟、簡化任務設計等優點，對促進多無人機系統技術發展具有重要作用。

[技術方案]

本發明的技術方案是：

1、一種支持基于單目視覺信息形成無人系統群集性的系統，其特征在于：

A.在多無人機系統中可以包括數十至數百個節點，節點分屬Leader和Follower兩類，其中系統中有一個“Leader節點”(簡稱L)能夠沿預定路線飛行以執行任務，其他節點為跟隨L的“Follower節點”(簡稱F)；F根據L或其周圍的其他F，分布式自主控制自己的行為，以形成整體系統行為。

B.系統中無人機為四旋翼無人機，在飛行過程中系統節點的機頭朝向不變，且節點的飛行高度保持一致。

C.所有F能夠自主控制自身的行為，保證不與相鄰節點相撞，不會脫離系統，并且保持與系統行為的一致。

D.F配備4個單目相機來獲取周邊圖片，獲取相關信息計算出本節點與相鄰節點的位置關系，必要時能自主調整本節點的速度以維護系統模型。

2、基于本發明技術方案1，一種分布式控制節點行為的模型，其特征在于：