无人机队列编队协同的通信控制系统和方法技术方案

本发明专利技术提出一种无人机队列编队协同的通信控制系统和方法，无人机队列包括长机和至少一架僚机，每架僚机包括：信息检测装置，用于检测目标图像信息、对应僚机的飞行姿态以及位置信息；扩频调制装置用于进行扩频并调制至目标频段；发送装置用于将目标频段的数据发送至长机；第一GPS授时装置分别对信息检测装置、扩频调制装置和发送装置进行同步激励；长机包括：接收装置用于同时接收每台僚机发送的数据；解扩解调装置用于进行解扩和解调；第二GPS授时装置对解扩解调装置进行同步激励。本发明专利技术的无人机队列编队协同的通信控制系统和方法可以方便、高效地完成无人机队列间视觉图像的传输，保证图像视觉感知的实时性，另外可以减少长机的体积。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无人机
，特别涉及一种无人机队列编队协同的通信控制系统和控制方法。
技术介绍
无人机作为一种重要的航空器，通过搭载光学成像传感器对地成像是其一个非常重要的功能。根据需要和设计不同，无人机通常工作在10-20000米的高度，与其他平台进行比较，无人机平台成像具有分辨率高的特点，其可以对同一目标或场景进行多次成像，进行多视角、多位置成像。无人机在军事和民用领域发挥着十分重要的作用，例如基于无人机平台的地形测绘、城市建筑成像、环境遥感等应用都直接通过光学成像来提取信息。再例如在海湾战争、波黑战争、科索沃战争等中，美军的无人机都执行了上千小时的飞行任务，在侦察、监视、目标捕获、跟踪制导、战场管理、炮兵火力支援和空袭之后的目标毁伤评估等方面都发挥了及其重要的作用，随着成像设备性能的提高，无人机在军事侦察、战场评估方面将发挥更大的作用。另外，在民用领域，基于无人机的对地遥感以其执行任务速度快、分辨率高的优点，在数字化城市、环境监测等方面飞速发展，发挥着不可替代的作用，例如，无人机云下低空遥感作业在5.12汶川震后的灾情监测、指挥救灾决策等方面发挥了重要作用。同单机飞行相比，无人机协同编队飞行具有不可比拟的优势。对于无人机获取图形的分析，其中直接的二维图像解析主要是对图像中道路、车辆等目标识别，或者是解析目标与某些指定目标的相对位置，重点仍然是地物的提取、识别。从无人机获取图像中获取目标的三维信息，相对于二维图像解析具有质的飞跃，三维图像解析是无人机获取图像研究以及应用的一个重要方向。无人机平台通过序列图像的三维信息解析，可以获得准确的目标位置、形貌、三维结构等信息，对于现代战争以及遥感测绘都具有重要意义。而对于无人机编队协同而言，三维重建的前提是将不同无人机获取的图像信息进行正确的传递。但是，采用现有的通信系统完成无人机编队视觉协同所需的通信，需要划分各个无人机通信时隙，只能进行串行通信，因而难以保证视觉感知的实时性要求。或者，需要各个无人机使用不同的射频系统，因而导致长机的射频设备数量多体积大，工程上很难实现。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种无人机队列编队协同的通信控制系统，该通信控制系统可以方便、高效地完成无人机队列间视觉图像的传输，保证图像视觉感知的实时性，另外可以减少长机的体积，工程上更容易实现。本专利技术的另一个目的在于提出一种无人机队列编队协同的通信控制方法。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出一种无人机队列编队协同的通信控制系统，所述无人机队列包括长机和至少一架僚机，其中，每架僚机包括:信息检测装置，用于检测目标图像信息、对应僚机的飞行姿态以及位置信息；扩频调制装置，用于对所述目标图像信息、对应僚机的飞行姿态以及位置信息组成的数据帧进行扩频，并将扩频之后的数据调制至目标频段；发送装置，用于将所述目标频段的数据发送至所述长机；第一 GPS授时装置，所述第一 GPS授时装置分别对所述信息检测装置、扩频调制装置和发送装置进行同步激励；所述长机包括:接收装置，用于同时接收所述每台僚机发送的目标频段的数据；解扩解调装置，所述解扩解调装置用于对接收到的数据进行解扩和解调以获取所述每台僚机的飞行姿态、位置信息以及检测的目标图像信息；第二 GPS授时装置，所述第二 GPS授时装置用于对所述解扩解调装置进行同步激励。根据本专利技术实施例的无人机编队协同的通信控制系统，每架僚机通过各自的第一GPS授时装置对信息检测装置进行同步激励，发送装置将扩频调制之后的数据发送至长机的发送时机也由第一 GPS授时装置进行同步触发，并且长机可以同时接收每架僚机发送的数据，从而不需要划分至少一架僚机的通信时隙，可以保证视觉感知的实时性和信息传递的正确性。另外，每架僚机的发送装置例如射频系统可以具有相同的结构，即至少一架僚机可以使用相同的发送装置，从而可以减少长机的接收装置的数量，进而减少长机的体积，工程上容易实现。在本专利技术的一些实施例中，所述长机还包括与所述至少一架僚机相同结构的信息检测装置。在本专利技术的一些实施例中，所述信息检测装置包括:位姿传感器，用于检测对应僚机的飞行姿态；GPS定位器，用于对所述对应僚机进行定位以获取位置信息；图像传感器，用于检测目标图像信息。在本专利技术的一些实施例中，所述扩频调制装置包括:沃尔什WALSH序列发生器，所述沃尔什WALSH序列发生器被所述第一GPS授时装置进行同步激励，用于产生扩频序列；第一乘法器，所述第一乘法器的第一输入端与所述检测装置连接，第二输入端与所述沃尔什WALSH序列发生器，用于对所述目标图像信息、对应僚机的飞行姿态以及位置信息组成的数据帧进行扩频运算；第一振荡产生器，所述第一振荡产生器由所述第一 GPS授时装置进行同步激励，用于产生本地振荡信号；第二乘法器，所述第二乘法器的第一输入端与所述第一乘法器的输出端连接，所述第二乘法器的第二输入端与所述第一振荡产生器连接，所述第二乘法器的输出端与所述发送装置连接，用于对扩频之后的数据进行调制运算。在本专利技术的一些实施例中，所述解扩解调装置包括:沃尔什WALSH序列阵列发生器，所述沃尔什WALSH序列阵列发生器由所述第二 GPS授时装置进行同步激励，用于产生解扩序列；多路序列跟踪环，所述多路序列跟踪环的输入端与所述沃尔什WALSH序列阵列发生器连接，用于保持产生的多路序列与接收到的多路序列分别同步；多个第三乘法器，所述多个乘法器的第一输入端与所述接收装置连接，所述多个第三乘法器的第二输入端与所述多路序列跟踪环连接，所述多个第三乘法器的第一输出反馈至所述多路序列跟踪环，所述多个第三乘法器用于进行并行解扩运算；第二振荡产生器，所述第二振荡产生器由所述第二 GPS授时装置进行同步激励，用于产生本地振荡信号；多路载波跟踪环，所述多路载波跟踪环的输入端与所述第二振荡产生器连接，用于保持所述本地振荡信号与接收的载波信号同步；多个第四乘法器，所述多个第四乘法器的第一输入端与所述多个第三乘法器的第二输出端连接，所述多个第四乘法器的第二输入端与所述多路载波跟踪环连接，所述多个第四乘法器的第一输出端与所述多路载波跟踪环连接，所述多个第四乘法器用于对解扩之后的数据进行解调运算以获取所述每台僚机的飞行姿态、位置信息以及检测的目标图像信肩、O长机通过多路序列跟踪环和多路载波跟踪环进行并行解扩解调，可以更加实时、准确地获取信息。为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出一种无人机队列编队协同的通信控制方法，所述无人机队列包括长机和至少一架僚机，所述长机和至少一架僚机分别具有GPS授时装置，所述通信控制方法包括以下步骤:在所述GPS授时装置同步激励下，所述至少一架僚机采集目标图像信息、对应自身的飞行姿态以及位置信息；所述至少一架僚机将所述目标图像信息、对应本身的飞行姿态以及位置信息的数据帧进行扩频；所述至少一架僚机将扩频之后的数据调制至目标频段，并将所述目标频段的数据发送至所述长机；所述长机同时接收所述至少一架僚机发送的数据，并对所述目标频段的数据进行并行解扩解调以获取所述至少一架僚机的目标图像信息、对应自身的飞行姿态以及位置信息。根据本专利技术实施例的无人机队列编队协同的通信控制方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人机队列编队协同的通信控制系统，其特征在于，所述无人机队列包括长机和至少一架僚机，其中，每架僚机包括：信息检测装置，用于检测目标图像信息、对应僚机的飞行姿态以及位置信息；扩频调制装置，用于对所述目标图像信息、对应僚机的飞行姿态以及位置信息组成的数据帧进行扩频，并将扩频之后的数据调制至目标频段；发送装置，用于将所述目标频段的数据发送至所述长机；第一GPS授时装置，所述第一GPS授时装置分别对所述信息检测装置、扩频调制装置和发送装置进行同步激励；所述长机包括：接收装置，用于同时接收所述每台僚机发送的目标频段的数据；解扩解调装置，所述解扩解调装置用于对接收到的数据进行解扩和解调以获取所述每台僚机的飞行姿态、位置信息以及检测的目标图像信息；第二GPS授时装置，所述第二GPS授时装置用于对所述解扩解调装置进行同步激励。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戴琼海，李瑞，李一鹏，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11