CN116233804A - 基于自组网的无人机蜂群高精度定位***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于自组网的无人机蜂群高精度定位***及方法，涉及无人机定位技术领域，用于实现无人机蜂群组厘米级定位，所述无人机蜂群组包括多架无人机，所述移动式车载综合参考站包括移动车辆、卫星参考基站、车载自组网通信模块和无人机蜂群控制平台，所述卫星参考基站、车载自组网通信模块和无人机蜂群控制平台分别布置在移动车辆上；本发明实现在野外快速架构差分北斗定位网络，通过车载北斗参考站，与无人机载北斗接收机通过自组网形成位置计算网络，距离跨度达到10公里以上；本发明通过差分北斗算法可以精确计算出每架无人机相对参考站的精准位置；搭载自组网模块的无人机可以按照需求机动部署，保证网络覆盖的机动延伸。

Description

基于自组网的无人机蜂群高精度定位***及方法

技术领域

本发明涉及无人机定位技术领域，尤其是涉及基于自组网的无人机蜂群高精度定位***及方法。

背景技术

无人机户外飞行通常采用北斗卫星定位，定位精度在3米左右。当多架无人机在狭小的空间编队飞行时，3米的定位精度对于微型无人机就不够了。

通常采用的差分卫星定位，其基本组成包括有一个已知的地面控制点，一个地面基准站，一个测区移动站，工作原理就是通过在一定的区域范围内（根据不同的测量等级，基准站与移动站的距离有差异，一般情况下小于25km），在地面已知控制点上架设一个北斗卫星基准站，北斗卫星基准站实时的记录北斗定位信息，通过与地面已知控制点的实际坐标值做比对处理，以计算得到测区移动站的修正量，以此对移动站的测量值进行修正，得到更精准的测量值。

按照差分计算的顺序不同可分为后差分与实时差分两种，后差分就是基准站将记录的差分数据存储下来，等整个测量完成之后再根据对应的时间段及时间点对移动站的数据进行差分处理，实时差分指的是基准站通过无线电台，实时地将差分数据传送给移动站，以实现实时的数据解算。

差分定位的方法可以显著提升定位精度到厘米级。为了实现实时的厘米级定位，无人机与北斗参考站之间需要保持通信联系。而野外作业时，很多情况下是没有公网信号覆盖，需要无人机与车载参考站自建通信连接。

发明内容

为了解决野外无公网信号覆盖应用场景下，无人机与车载参考站之间的远距离无线通信及高精度定位的技术问题，本发明提供基于自组网的无人机蜂群高精度定位***及方法。采用如下的技术方案：

基于自组网的无人机蜂群高精度定位***，用于实现无人机蜂群组厘米级定位，所述无人机蜂群组包括多架无人机；

所述无人机蜂群高精度定位***包括多个无人机端通信定位模块和移动式车载综合参考站；

所述移动式车载综合参考站包括移动车辆、卫星参考基站、车载自组网通信模块和无人机蜂群控制平台，所述卫星参考基站、车载自组网通信模块和无人机蜂群控制平台分别布置在移动车辆上，所述卫星参考基站用于提供定位基准；

所述无人机端通信定位模块设置在无人机上，无人机端通信定位模块包括卫星定位接收机和无人机端自组网通信模块，所述卫星定位接收机接收卫星参考基站的定位数据，并通过无人机端自组网通信模块无线传输给车载自组网通信模块，所述车载自组网通信模块与无人机蜂群控制平台通信连接，所述无人机蜂群控制平台基于定位数据，采用差分北斗算法分别实现对多架无人机的厘米级定位及控制。

通过采用上述技术方案，野外作业时，很多情况下是没有公网信号覆盖，需要无人机与车载参考站自建通信连接，设置移动式车载综合参考站，分别提供以移动车辆为载体的卫星参考基站、车载自组网通信模块和无人机蜂群控制平台，移动车辆在野外布置后，卫星参考基站和车载自组网通信模块开启，多个无人机分别完成起飞，按照指令进入任务区域，卫星参考基站在一定区域发射定位信号，无人机上配备的卫星定位接收机接收卫星参考基站的定位信号，生成定位数据，通过无人机端自组网通信模块传输给车载自组网通信模块，进而传输给无人机蜂群控制平台，无人机蜂群控制平台采用北斗差分定位算法实现无人机的精准定位，由于定位信号来源是地面的卫星参考基站，而不是空中的卫星，受到外界卫星信号的干扰小，定位信号稳定，因此可以实现高精度的稳定定位，执行任务的无人机处于野外无公网的任务场景，无线通信主要采用自组网通信实现，受外界干扰小，能实现10㎞级别的稳定通信和高精度定位。

可选的，所述无人机蜂群高精度定位***还包括四个中继式车载单元，四个中继式车载单元分别收纳在移动车辆的四个面处，所述中继式车载单元包括微型移动单元和中继自组网通信模块，所述中继自组网通信模块设置在微型移动单元上，实现对无人机端自组网通信模块和车载自组网通信模块之间的无线中继通信，所述无人机蜂群控制平台与微型移动单元无线控制连接，当无人机蜂群控制平台判断无人机蜂群组中距离最远的无人机与卫星参考基站的距离大于9㎞时，控制朝向最远的无人机一侧的微型移动单元启动，并朝向最远的无人机的方向移动1-3㎞。

可选的，所述移动车辆的前、后、左、右分别设有中继单元收纳仓，顶部设有无人机蜂群起飞降落平台，所述无人机蜂群起飞降落平台上部署无人机蜂群组，所述中继单元收纳仓分别配置电控门，所述无人机蜂群控制平台控制电控门的开关。

通过采用上述技术方案，由于野外作业任务会经常出现任务扩展需求，无人机的作业距离相对于移动车辆会超过稳定定位和通信的距离，这时采用中继通信的方式进行解决，而搭载中继自组网通信模块的载体是微型移动单元，微型移动单元可以设置在移动车辆的四个面，分别用于四个方向上执行任务的无人机的中继通信需求，大大提高了中继通信响应效率，避免通信中断情况的出现，能将野外无公网应用场景下无人机的稳定定位及通信的距离扩展更远的距离，因为中继自组网通信模块的收发天线可以定向朝向需要中继通信的无人机，其可以扩展的范围为2-5㎞，大大增加了无人机的任务作业半径。

可选的，所述微型移动单元是微型无人机。

可选的，所述微型移动单元是全地形遥控车。

通过采用上述技术方案，为了应付不同的野外环境，微型无人机作为微型移动单元，其响应更为迅捷，更加适用于气候条件较为平和的作业区域，而全地形遥控车更加适合响应要求较低，但是气候条件较为恶劣的作业区域。

可选的，卫星参考基站和卫星定位接收机分别是相互匹配的卫星参考基站和北斗卫星接收机。

通过采用上述技术方案，卫星参考基站和北斗卫星接收机更加适用于国内应用场景。

可选的，无人机端自组网通信模块、中继自组网通信模块和车载自组网通信模块是相互无线通信的Mesh自组网模块。

通过采用上述技术方案，Mesh自组网模块具有稳定性高、抗干扰能力强，传输距离远的特点，可以方便地与多种行业设备结合，无论是在航拍、农业、灾难救援、巡查、电力巡检等领域，都极大地提高了无人机的本身综合性能。

可选的，所述无人机端自组网通信模块设置无人机端数据加解密模块，用于加密向外广播的定位数据，所述无人机蜂群控制平台设置车载端数据加解密模块，用于解密无人机端数据加解密模块加密后的定位数据。

通过采用上述技术方案，自组网通信采用了加密数据传输，保证了信息安全。

可选的，所述无人机蜂群控制平台基于计算机和无人机群飞控***搭建。

通过采用上述技术方案，计算机用于定位数据的计算，无人机采集数据的存储分析，无人机群飞控***可以实现多个无人机控制指令的生成。

基于自组网的无人机蜂群高精度定位方法，实现无人机蜂群的厘米级定位及控制，具体方法是：

步骤1，部署移动式车载综合参考站，根据任务位置需求部署移动车辆，无人机蜂群控制平台控制在无人机蜂群起飞降落平台上，分别控制无人机蜂群组指定编号的多架无人机起飞；

步骤2，无人机在飞行过程中，卫星定位接收机实时接收卫星参考基站的基准位置数据，实时生成定位数据，通过无人机端数据加解密模块加密后通过无人机端自组网通信模块无线传输给车载自组网通信模块，无人机蜂群控制平台的车载端数据加解密模块解密定位数据后，基于北斗差分定位算法计算无人机位置，并根据位置生成控制指令，经过车载端数据加解密模块加密后通过车载自组网通信模块向无人机端自组网通信模块传输加密后的控制指令，无人机端数据加解密模块解密后，无人机执行控制指令；

若无人机蜂群控制平台判断无人机蜂群组中距离最远的无人机与卫星参考基站的距离大于9㎞时，控制朝向最远的无人机一侧的电控门打开，中继单元收纳仓中配置的微型移动单元启动，朝向最远的无人机的方向移动1-3㎞，中继自组网通信模块实现无人机端自组网通信模块和车载自组网通信模块之间的中继通信。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

本发明提供基于自组网的无人机蜂群高精度定位***及方法，野外实现快速架构差分北斗定位网络，通过车载北斗参考站，与无人机载北斗接收机通过自组网形成位置计算网络，距离跨度达到10公里以上；

野外车载参考站无法获取自身精准位置信息，本发明通过差分北斗算法可以精确计算出每架无人机相对参考站的精准位置，实现了无人机群的飞行调度；

自组网通信采用了加密数据传输，保证了信息安全；

搭载自组网模块的无人机可以按照需求机动部署，保证网络覆盖的机动延伸。

附图说明

图1是本发明基于自组网的无人机蜂群高精度定位***各部件连接原理示意图；

图2是本发明基于自组网的无人机蜂群高精度定位***布置示意图；

图3是本发明基于自组网的无人机蜂群高精度定位***中继式车载单元不启用状态各部件连接原理示意图。

附图标记说明：1、无人机端通信定位模块；11、卫星定位接收机；12、无人机端自组网通信模块；121、无人机端数据加解密模块；2、移动式车载综合参考站；21、移动车辆；211、电控门；22、卫星参考基站；23、车载自组网通信模块；24、无人机蜂群控制平台；241、车载端数据加解密模块；3、中继式车载单元；31、微型移动单元；32、中继自组网通信模块；100、无人机。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例公开基于自组网的无人机蜂群高精度定位***及方法。

参照图1-图3，基于自组网的无人机蜂群高精度定位***，用于实现无人机蜂群组厘米级定位，无人机蜂群组包括多架无人机100；

无人机蜂群高精度定位***包括多个无人机端通信定位模块1和移动式车载综合参考站2；

移动式车载综合参考站2包括移动车辆21、卫星参考基站22、车载自组网通信模块23和无人机蜂群控制平台24，卫星参考基站22、车载自组网通信模块23和无人机蜂群控制平台24分别布置在移动车辆21上，卫星参考基站22用于提供定位基准；

无人机端通信定位模块1设置在无人机100上，无人机端通信定位模块1包括卫星定位接收机11和无人机端自组网通信模块12，卫星定位接收机11接收卫星参考基站22的定位数据，并通过无人机端自组网通信模块12无线传输给车载自组网通信模块23，车载自组网通信模块23与无人机蜂群控制平台24通信连接，无人机蜂群控制平台24基于定位数据，采用差分北斗算法分别实现对多架无人机100的厘米级定位及控制。

野外作业时，很多情况下是没有公网信号覆盖，需要无人机与车载参考站自建通信连接，设置移动式车载综合参考站2，分别提供以移动车辆21为载体的卫星参考基站22、车载自组网通信模块23和无人机蜂群控制平台24，移动车辆21在野外布置后，卫星参考基站22和车载自组网通信模块23开启，多个无人机100分别完成起飞，按照指令进入任务区域，卫星参考基站22在一定区域发射定位信号，无人机100上配备的卫星定位接收机11接收卫星参考基站22的定位信号，生成定位数据，通过无人机端自组网通信模块12传输给车载自组网通信模块23，进而传输给无人机蜂群控制平台24，无人机蜂群控制平台24采用北斗差分定位算法实现无人机100的精准定位，由于定位信号来源是地面的卫星参考基站22，而不是空中的卫星，受到外界卫星信号的干扰小，定位信号稳定，因此可以实现高精度的稳定定位，执行任务的无人机100处于野外无公网的任务场景，无线通信主要采用自组网通信实现，受外界干扰小，能实现10㎞级别的稳定通信和高精度定位。

无人机蜂群高精度定位***还包括四个中继式车载单元3，四个中继式车载单元3分别收纳在移动车辆21的四个面处，中继式车载单元3包括微型移动单元31和中继自组网通信模块32，中继自组网通信模块32设置在微型移动单元31上，实现对无人机端自组网通信模块12和车载自组网通信模块23之间的无线中继通信，无人机蜂群控制平台24与微型移动单元31无线控制连接，当无人机蜂群控制平台24判断无人机蜂群组中距离最远的无人机100与卫星参考基站22的距离大于9㎞时，控制朝向最远的无人机100一侧的微型移动单元31启动，并朝向最远的无人机100的方向移动1-3㎞。

移动车辆21的前、后、左、右分别设有中继单元收纳仓，顶部设有无人机蜂群起飞降落平台，无人机蜂群起飞降落平台上部署无人机蜂群组，中继单元收纳仓分别配置电控门211，无人机蜂群控制平台24控制电控门211的开关。

由于野外作业任务会经常出现任务扩展需求，无人机100的作业距离相对于移动车辆21会超过稳定定位和通信的距离，这时采用中继通信的方式进行解决，而搭载中继自组网通信模块32的载体是微型移动单元31，微型移动单元31可以设置在移动车辆21的四个面，分别用于四个方向上执行任务的无人机100的中继通信需求，大大提高了中继通信响应效率，避免通信中断情况的出现，能将野外无公网应用场景下无人机100的稳定定位及通信的距离扩展更远的距离，因为中继自组网通信模块32的收发天线可以定向朝向需要中继通信的无人机100，其可以扩展的范围为2-5㎞，大大增加了无人机100的任务作业半径。

微型移动单元31是微型无人机。

微型移动单元31是全地形遥控车。

为了应付不同的野外环境，微型无人机作为微型移动单元31，其响应更为迅捷，更加适用于气候条件较为平和的作业区域，而全地形遥控车更加适合响应要求较低，但是气候条件较为恶劣的作业区域。

卫星参考基站22和卫星定位接收机11分别是相互匹配的卫星参考基站和北斗卫星接收机。

卫星参考基站和北斗卫星接收机更加适用于国内应用场景。

无人机端自组网通信模块12、中继自组网通信模块32和车载自组网通信模块23是相互无线通信的Mesh自组网模块。

Mesh自组网模块具有稳定性高、抗干扰能力强，传输距离远的特点，可以方便地与多种行业设备结合，无论是在航拍、农业、灾难救援、巡查、电力巡检等领域，都极大地提高了无人机的本身综合性能。

无人机端自组网通信模块12设置无人机端数据加解密模块121，用于加密向外广播的定位数据，无人机蜂群控制平台24设置车载端数据加解密模块241，用于解密无人机端数据加解密模块121加密后的定位数据。

自组网通信采用了加密数据传输，保证了信息安全。

无人机蜂群控制平台24基于计算机和无人机群飞控***搭建。

计算机用于定位数据的计算，无人机100采集数据的存储分析，无人机群飞控***可以实现多个无人机100控制指令的生成。

基于自组网的无人机蜂群高精度定位方法，实现无人机蜂群的厘米级定位及控制，具体方法是：

步骤1，部署移动式车载综合参考站2，根据任务位置需求部署移动车辆21，无人机蜂群控制平台24控制在无人机蜂群起飞降落平台上，分别控制无人机蜂群组指定编号的多架无人机100起飞；

步骤2，无人机100在飞行过程中，卫星定位接收机11实时接收卫星参考基站22的基准位置数据，实时生成定位数据，通过无人机端数据加解密模块121加密后通过无人机端自组网通信模块12无线传输给车载自组网通信模块23，无人机蜂群控制平台24的车载端数据加解密模块241解密定位数据后，基于北斗差分定位算法计算无人机100位置，并根据位置生成控制指令，经过车载端数据加解密模块241加密后通过车载自组网通信模块23向无人机端自组网通信模块12传输加密后的控制指令，无人机端数据加解密模块121解密后，无人机100执行控制指令；

若无人机蜂群控制平台24判断无人机蜂群组中距离最远的无人机100与卫星参考基站22的距离大于9㎞时，控制朝向最远的无人机100一侧的电控门211打开，中继单元收纳仓中配置的微型移动单元31启动，朝向最远的无人机100的方向移动1-3㎞，中继自组网通信模块32实现无人机端自组网通信模块12和车载自组网通信模块23之间的中继通信。

本发明基于自组网的无人机蜂群高精度定位***及方法具体实施原理：

在一个具体的野外无人机蜂群任务场景中，任务地点为沙漠，任务目标是某卫星盲区范围的航拍，部署移动式车载综合参考站2，根据航拍任务位置需求将移动车辆21部署到航拍任务位置的中央位置，无人机蜂群控制平台24控制在无人机蜂群起飞降落平台上，分别控制无人机蜂群组指定编号的多架无人机100向四面起飞；

无人机100在飞行过程中，卫星定位接收机11实时接收卫星参考基站22的基准位置数据，实时生成定位数据，通过无人机端数据加解密模块121加密后通过无人机端自组网通信模块12无线传输给车载自组网通信模块23，无人机蜂群控制平台24的车载端数据加解密模块241解密定位数据后，基于北斗差分定位算法计算无人机100位置，并根据位置生成控制指令，经过车载端数据加解密模块241加密后通过车载自组网通信模块23向无人机端自组网通信模块12传输加密后的控制指令，无人机端数据加解密模块121解密后，无人机100执行控制指令，同样的无人机100的航拍数据也通过上述途径传输到无人机蜂群控制平台24的计算机进程存储；

航拍任务进行中，发现位于移动车辆21南侧的编号为88的无人机100距离达到9㎞，且根据拍摄画面，工作人员认为88号无人机100还需要继续向南拍摄画面，此时工作人员通过无人机蜂群控制平台24控制移动车辆21南侧的电控门211打开中继单元收纳仓中配置的微型无人机向南弹射飞出，朝向南方飞行3㎞，微型无人机上配置的中继自组网通信模块32实现无人机端自组网通信模块12和车载自组网通信模块23，从而支持88号无人机100继续向南最远达到与移动车辆21距离12㎞的位置，最终成功完成了拍摄任务。

以上均为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于自组网的无人机蜂群高精度定位***，其特征在于：用于实现无人机蜂群组厘米级定位，所述无人机蜂群组包括多架无人机（100），所述无人机蜂群高精度定位***包括多个无人机端通信定位模块（1）和移动式车载综合参考站（2）；

所述移动式车载综合参考站（2）包括移动车辆（21）、卫星参考基站（22）、车载自组网通信模块（23）和无人机蜂群控制平台（24），所述卫星参考基站（22）、车载自组网通信模块（23）和无人机蜂群控制平台（24）分别布置在移动车辆（21）上，所述卫星参考基站（22）用于提供定位基准；

所述无人机端通信定位模块（1）设置在无人机（100）上，无人机端通信定位模块（1）包括卫星定位接收机（11）和无人机端自组网通信模块（12），所述卫星定位接收机（11）接收卫星参考基站（22）的定位数据，并通过无人机端自组网通信模块（12）无线传输给车载自组网通信模块（23），所述车载自组网通信模块（23）与无人机蜂群控制平台（24）通信连接，所述无人机蜂群控制平台（24）基于定位数据，采用差分北斗算法分别实现对多架无人机（100）的厘米级定位及控制。

2.根据权利要求1所述的基于自组网的无人机蜂群高精度定位***，其特征在于：所述无人机蜂群高精度定位***还包括四个中继式车载单元（3），四个中继式车载单元（3）分别收纳在移动车辆（21）的四个面处，所述中继式车载单元（3）包括微型移动单元（31）和中继自组网通信模块（32），所述中继自组网通信模块（32）设置在微型移动单元（31）上，实现对无人机端自组网通信模块（12）和车载自组网通信模块（23）之间的无线中继通信，所述无人机蜂群控制平台（24）与微型移动单元（31）无线控制连接，当无人机蜂群控制平台（24）判断无人机蜂群组中距离最远的无人机（100）与卫星参考基站（22）的距离大于9㎞时，控制朝向最远的无人机（100）一侧的微型移动单元（31）启动，并朝向最远的无人机（100）的方向移动1-3㎞。

3.根据权利要求2所述的基于自组网的无人机蜂群高精度定位***，其特征在于：所述移动车辆（21）的前、后、左、右分别设有中继单元收纳仓，顶部设有无人机蜂群起飞降落平台，所述无人机蜂群起飞降落平台上部署无人机蜂群组，所述中继单元收纳仓分别配置电控门（211），所述无人机蜂群控制平台（24）控制电控门（211）的开关。

4.根据权利要求2所述的基于自组网的无人机蜂群高精度定位***，其特征在于：所述微型移动单元（31）是微型无人机。

5.根据权利要求2所述的基于自组网的无人机蜂群高精度定位***，其特征在于：所述微型移动单元（31）是全地形遥控车。

6.根据权利要求2所述的基于自组网的无人机蜂群高精度定位***，其特征在于：卫星参考基站（22）和卫星定位接收机（11）分别是相互匹配的卫星参考基站和北斗卫星接收机。

7.根据权利要求2所述的基于自组网的无人机蜂群高精度定位***，其特征在于：无人机端自组网通信模块（12）、中继自组网通信模块（32）和车载自组网通信模块（23）是相互无线通信的Mesh自组网模块。

8.根据权利要求7所述的基于自组网的无人机蜂群高精度定位***，其特征在于：所述无人机端自组网通信模块（12）设置无人机端数据加解密模块（121），用于加密向外广播的定位数据，所述无人机蜂群控制平台（24）设置车载端数据加解密模块（241），用于解密无人机端数据加解密模块（121）加密后的定位数据。

9.根据权利要求1所述的基于自组网的无人机蜂群高精度定位***，其特征在于：所述无人机蜂群控制平台（24）基于计算机和无人机群飞控***搭建。

10.基于自组网的无人机蜂群高精度定位方法，其特征在于：采用权利要求8所述的基于自组网的无人机蜂群高精度定位***实现无人机蜂群的厘米级定位及控制，具体方法是：

步骤1，部署移动式车载综合参考站（2），根据任务位置需求部署移动车辆（21），无人机蜂群控制平台（24）控制在无人机蜂群起飞降落平台上，分别控制无人机蜂群组指定编号的多架无人机（100）起飞；

步骤2，无人机（100）在飞行过程中，卫星定位接收机（11）实时接收卫星参考基站（22）的基准位置数据，实时生成定位数据，通过无人机端数据加解密模块（121）加密后通过无人机端自组网通信模块（12）无线传输给车载自组网通信模块（23），无人机蜂群控制平台（24）的车载端数据加解密模块（241）解密定位数据后，基于北斗差分定位算法计算无人机（100）位置，并根据位置生成控制指令，经过车载端数据加解密模块（241）加密后通过车载自组网通信模块（23）向无人机端自组网通信模块（12）传输加密后的控制指令，无人机端数据加解密模块（121）解密后，无人机（100）执行控制指令；

若无人机蜂群控制平台（24）判断无人机蜂群组中距离最远的无人机（100）与卫星参考基站（22）的距离大于9㎞时，控制朝向最远的无人机（100）一侧的电控门（211）打开，中继单元收纳仓中配置的微型移动单元（31）启动，朝向最远的无人机（100）的方向移动1-3㎞，中继自组网通信模块（32）实现无人机端自组网通信模块（12）和车载自组网通信模块（23）之间的中继通信。

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