CN110673646A - 一种无人机群的控制切换的方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机群的控制切换的方法，所述无人机群包括多种控制模式，领航机作为控制中心广播所述领航机当前位置和其他无人机的当前位置，同时识别追踪目标的位置，确定所述领航机与所述其他无人机之间的通信范围作为约束的切换区域，所述切换区域位于所述领航机的当前位置和所述其他无人机的当前位置与所述追踪目标的位置之间；同时在所述切换区域中创建包括控制切换路标的所述领航机路径规划和其他无人机的路径规划，其中，所述的控制切换路标定义了将领航机与其他无人机进行置换控制方式；在其他无人机与所述领航机所处为控制切换区域外时，执行无人机群的控制方式切换。
Description
技术领域
本发明涉及无人机多机群安全航线控制技术领域，特别涉及一种无人机群的控制切换的方法及***。
背景技术
随着无人机技术逐渐成熟，无人机已开始逐渐朝着更为广泛的应用空间推广。例如，阿里巴巴在北京、上海、广州三地展开为期3天的无人机送货服务测试，使用无人机将盒装姜茶快递给客户。然而，应用中无人机并不会直接飞到客户门前，而是会飞到物流站点，“最后一公里”的送货仍由快递员负责。在国外，亚马逊在美国和英国都有无人机测试中心，并且亚马逊表示其目标是利用无人飞行器将包裹送到数百万客户手中，客户下单后最多等半小时包裹即可送到。另外，美国有线电视新闻网络(CNN)已经获得由美国联邦航空管理局(FAA)颁发的牌照，将测试配备摄像头、用于新闻报道的无人机。以及，位于荷兰的非营利组织影子视野基金会等机构正在使用经过改装的无人飞行器，为保护濒危物种提供关键数据，其飞行器已在非洲投入广泛使用。其中，我国环保部门已开始使用无人机航拍，对钢铁、焦化、电力等重点企业排污、脱硫设施运行等情况进行直接检查。
多无人机协同工作，最关键的仍是无人机群自组织机制。在小编队的无人机群中，传统的集中式自组织机制，即一架或多架无人机作为指挥机，承担领航机角色，其他无人机承担僚机角色，执行领航机发布的命令完成相应的任务。显然，这样的模式对领航机有较高要求，若领航机发生问题，将影响整个无人机群。分布式自组织机制则是每台无人机都独自承担任务，对相同无人机构成的集群较为适用，但同样有较大的局限性。随着网络技术的发展以及无人机智能化的提升，多无人机间的协同愈发呈现出智能化、综合化的趋势，但要实现协同工作，需要解决一些关键技术问题。
在现有技术中，关于无人机群的协同工作一般组成包括:负责各项任务的多架无人机、无人机地面指挥控制***(航迹规划控制平台、队形变换控制平台、数据传输控制平台、武器***控制平台、人控与自控协调转换平台)，在无人机编队执行任务的过程中通过上述编队元素的协调配合，共同运转完成各项任务，然而，单一的控制方式面对无人机群多变的飞行状况往往会出现应对不足的情况，导致无法更好的完成制定的人物。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题。为此，本发明公开了一种无人机群的控制切换的方法，所述无人机群包括多种控制模式，领航机作为控制中心广播所述领航机当前位置和其他无人机的当前位置，同时识别追踪目标的位置，确定所述领航机与所述其他无人机之间的通信范围作为约束的切换区域，所述切换区域位于所述领航机的当前位置和所述其他无人机的当前位置与所述追踪目标的位置之间；在同时在所述切换区域中创建包括控制切换路标的所述领航机路径规划和其他无人机的路径规划，其中，所述的控制切换路标定义了将领航机与其他无人机进行置换控制方式；在其他无人机与所述领航机所处为控制切换区域外时，执行无人机群的控制方式切换。
更进一步地，所述多种控制模式进一步包括：无人机群具有唯一的领航机作为控制中心进行飞行控制，或者地面控制中心对无人机群进行飞行控制，或者，无人机群具有由多个领航机及若干无人机作为无人机编队的形式进行飞行控制。
更进一步地，在无人机群具有唯一的领航机作为控制中心进行飞行控制时，通过所述控制切换路标进一步确定包括一个或多个避让区的路径规划约束，并根据路径规划约束创建所述领航机路径规划和无人机路径规划，其他无人机在所述领航机的当前位置和所述追踪目标的位置之间接收初始路径计划；判断所述初始路径规划和初始无人机路径规划是否满足通信范围约束；基于初始路径计划和初始无人机路径计划中的一个或多个预计将满足通信范围约束的位置，为所述领航机的控制切换航路点和其他无人机的控制切换航路点定义。
更进一步地，在进行控制切换之前，其他无人机需要将生成的路径计划传送给所述地面控制中心及所述领航机。
更进一步地，对空间进行区域分割，并预设无人机群在每个区域的飞行模式，无人机群根据飞行航路点的途径区域更换无人机群的控制方式。
更进一步地，设置地面控制中心对无人机群的控制权限为最高权限，所述权限包括：更换领航机、对无人机群进行无人机编队。
本发明进一步公开了一种电子***，包括：处理器；以及，存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行上述的无人机群的控制切换的方法。
本发明进一步公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的无人机群的控制切换的方法。
本发明的特点及有益效果是：本发明对于多无人机编队飞行的实际验证具有十分重要的意义。本发明操作简单，功能完善，可直接控制多无人机编队飞行，通过设置多种控制方式对无人机群进行控制，以方便快捷的操作实现对多无人机编队的轨迹规划和队形变换，最大程度避免了实验过程中操纵者的人为失误，人机交互便捷，可靠性强，具有很高的实用价值，是编队控制***不可或缺的一部分。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在图中，在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1是本发明的无人机群的控制切换的方法的流程图。
具体实施方式
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，开发了一种无人机群的控制切换的***，设计多种的控制方式，借助无人机分布式网络实现各无人机与地面指挥中心的实时数据交互，并在此基础上完成任务分配、轨迹优化和集群控制等飞行决策。
实施例一
本实施例公开了一种如图1所述的无人机群的控制切换的方法，所述无人机群包括多种控制模式，领航机作为控制中心广播所述领航机当前位置和其他无人机的当前位置，同时识别追踪目标的位置，确定所述领航机与所述其他无人机之间的通信范围作为约束的切换区域，所述切换区域位于所述领航机的当前位置和所述其他无人机的当前位置与所述追踪目标的位置之间；在同时在所述切换区域中创建包括控制切换路标的所述领航机路径规划和其他无人机的路径规划，其中，所述的控制切换路标定义了将领航机与其他无人机进行置换控制方式；在其他无人机与所述领航机所处为控制切换区域外时，执行无人机群的控制方式切换。
更进一步地，在无人机群具有唯一的领航机作为控制中心进行飞行控制时，通过所述控制切换路标进一步确定包括一个或多个避让区的路径规划约束，并根据路径规划约束创建所述领航机路径规划和无人机路径规划，其他无人机在所述领航机的当前位置和所述追踪目标的位置之间接收初始路径计划；判断所述初始路径规划和初始无人机路径规划是否满足通信范围约束；基于初始路径计划和初始无人机路径计划中的一个或多个预计将满足通信范围约束的位置，为所述领航机的控制切换航路点和其他无人机的控制切换航路点定义。
在本实施例中的无人机选择的是以STM32主控芯片：ARM32位的CortexTM-M3CPU；调试模式有串行调试(SWD)和JTAG接口两种；12通道DMA控制器；3个12位的us级的A/D转换器(16通道)；2通道12位D/A转换器；最多高达112个快速I/O口；最多多达11个定时器；最多多达13个通信接口；
串口WIFI芯片ESP8266：高度片内集成，包括开关天线，射频巴伦，功率放大器，低噪声接收放大器，滤波器和电源管理模块。内置低功率TensilicaL106钻石系列的32-bit处理器和片上RAM，具有16MBROM。[email protected]，内置TCP/IP协议栈，支持WPA/WPA2安全模式；
ZigBee协调者/路由模块：物理媒介采用2.4GHz～2.483GHz的微波；采用基于国际标准的IEEE802.15.4的无线网络协议ZigBee协议；本实施例采取低功耗网状组网，传输可靠，安全性高，时延短。
并且，因为多数任务是以领航机作为唯一控制中心进行飞行规划，对于初始的领航机可以优选为更高性能的主控芯片。
实施例二
本实施例进一步公开了一种无人机群的控制切换的方法，所述无人机群包括多种控制模式，领航机作为控制中心广播所述领航机当前位置和其他无人机的当前位置，同时识别追踪目标的位置，确定所述领航机与所述其他无人机之间的通信范围作为约束的切换区域，所述切换区域位于所述领航机的当前位置和所述其他无人机的当前位置与所述追踪目标的位置之间；在同时在所述切换区域中创建包括控制切换路标的所述领航机路径规划和其他无人机的路径规划，其中，所述的控制切换路标定义了将领航机与其他无人机进行置换控制方式；在其他无人机与所述领航机所处为控制切换区域外时，执行无人机群的控制方式切换。
更进一步地，所述多种控制模式进一步包括：无人机群具有唯一的领航机作为控制中心进行飞行控制，或者地面控制中心对无人机群进行飞行控制，或者，无人机群具有由多个领航机及若干无人机作为无人机编队的形式进行飞行控制。
更进一步地，在无人机群具有唯一的领航机作为控制中心进行飞行控制时，通过所述控制切换路标进一步确定包括一个或多个避让区的路径规划约束，并根据路径规划约束创建所述领航机路径规划和无人机路径规划，其他无人机在所述领航机的当前位置和所述追踪目标的位置之间接收初始路径计划；判断所述初始路径规划和初始无人机路径规划是否满足通信范围约束；基于初始路径计划和初始无人机路径计划中的一个或多个预计将满足通信范围约束的位置，为所述领航机的控制切换航路点和其他无人机的控制切换航路点定义。
更进一步地，在进行控制切换之前，其他无人机需要将生成的路径计划传送给所述地面控制中心及所述领航机。
更进一步地，对空间进行区域分割，并预设无人机群在每个区域的飞行模式，无人机群根据飞行航路点的途径区域更换无人机群的控制方式。
更进一步地，设置地面控制中心对无人机群的控制权限为最高权限，所述权限包括：更换领航机、对无人机群进行无人机编队。
本发明进一步公开了一种电子***，包括：处理器；以及，存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行上述的无人机群的控制切换的方法。
本发明进一步公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的无人机群的控制切换的方法。
在本实施例中，当某一无人机无法工作时，这一情报将通过自组网共享，***重新分配任务，确保任务完成；当某无人机丧失完成任务的条件，比如资源耗尽，但仍具备完成任务的能力，通过协同体系它可以指导就近无人机完成任务。例如战场上无人机已经锁定目标而无弹药，无人机可共享目标信息，自身雷达等数据指导其他无人机完成任务。
面对一些领航机与无人机失联的情况，所有的无人机可以选择与领航机进行替换。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。因此，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以下权利要求(包括所有等同物)旨在限定本发明的精神和范围。以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容的后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
Claims (8)
1.一种无人机群的控制切换的方法，其特征在于，所述无人机群包括多种控制模式，领航机作为控制中心广播所述领航机当前位置和其他无人机的当前位置，同时识别追踪目标的位置，确定所述领航机与所述其他无人机之间的通信范围作为约束的切换区域，所述切换区域位于所述领航机的当前位置和所述其他无人机的当前位置与所述追踪目标的位置之间；同时在所述切换区域中创建包括控制切换路标的所述领航机路径规划和其他无人机的路径规划，其中，所述的控制切换路标定义了将领航机与其他无人机进行置换控制方式；在其他无人机与所述领航机所处为控制切换区域外时，执行无人机群的控制方式切换。
2.如权利要求1所述的一种无人机群的控制切换的方法，其特征在于，所述多种控制模式进一步包括：无人机群具有唯一的领航机作为控制中心进行飞行控制，或者地面控制中心对无人机群进行飞行控制，或者，无人机群具有由多个领航机及若干无人机作为无人机编队的形式进行飞行控制。
3.如权利要求2所述的一种无人机群的控制切换的方法，其特征在于，在无人机群具有唯一的领航机作为控制中心进行飞行控制时，通过所述控制切换路标进一步确定包括一个或多个避让区的路径规划约束，并根据路径规划约束创建所述领航机路径规划和无人机路径规划，其他无人机在所述领航机的当前位置和所述追踪目标的位置之间接收初始路径计划；判断所述初始路径规划和初始无人机路径规划是否满足通信范围约束；基于初始路径计划和初始无人机路径计划中的一个或多个预计将满足通信范围约束的位置，为所述领航机的控制切换航路点和其他无人机的控制切换航路点定义。
4.如权利要求3所述的一种无人机群的控制切换的方法，其特征在于，在进行控制切换之前，其他无人机需要将生成的路径计划传送给所述地面控制中心及所述领航机。
5.如权利要求4所述的一种无人机群的控制切换的方法，其特征在于，对空间进行区域分割，并预设无人机群在每个区域的飞行模式，无人机群根据飞行航路点的途径区域更换无人机群的控制方式。
6.如权利要求4所述的一种无人机群的控制切换的方法，其特征在于，设置地面控制中心对无人机群的控制权限为最高权限，所述权限包括：更换领航机、对无人机群进行无人机编队。
7.一种电子***，其特征在于，包括：
处理器；以及，
存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；
其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行权利要求1-6任一项所述的无人机群的控制切换的方法。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6任一项所述的无人机群的控制切换的方法。
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