一种多无人机飞行轨迹协同规划的实现方法技术

本发明专利技术的目的是提供一种多无人机飞行轨迹协同规划的实现方法，包括：无人机之间通信的方法；主从跟随模式协同飞行的轨迹规划方法；区域划分模式协同飞行的轨迹规划方法；热点环绕模式协同飞行的轨迹规划方法；飞行轨迹有交叉时的无人机碰撞避免方法。本发明专利技术可以解决单一无人机完成任务能力有限的局限，使用多无人机协同完成较大的复杂任务；三种协同飞行模式，能够解决各种无人机协同任务，碰撞避免由相向飞行的无人机自行完成,不需要中心控制节点干预等优点。

An implementation method of multi UAV flight trajectory collaborative planning

The purpose of this invention is to provide a realization method of multi UAV flight trajectory collaborative planning including: no method of communication between human; master-slave following trajectory planning method for flight mode coordination; regional division of the collaborative model of trajectory planning method of flight; trajectory planning method for collaborative hot surround mode flight; flight trajectory of UAV collision the way to avoid cross. The invention can solve the single UAV task ability is limited, the use of multi UAV cooperative to perform complex tasks more; three coordinated flight mode, can solve various UAV cooperative tasks, collision avoidance by the UAV flight to be completed without the advantages of a central control node intervention.

【技术实现步骤摘要】
一种多无人机飞行轨迹协同规划的实现方法
本专利技术涉及机器人与无线通信
，尤其涉及一种多无人机飞行轨迹协同规划的实现方法。
技术介绍
随着无人机技术的进展和成本的降低，其应用越来越广。单一无人机受其飞行时间和范围的限制，能够完成的任务有限。多无人机协同工作，可以完成较复杂和庞大的飞行任务。然而目前的技术进展对于多无人机协同飞行时，其航迹如何规划尚缺乏方案。对于无人机协同飞行时的碰撞避免问题也无涉及。通过明确定义无人机之间的通信方式，可以确保无人机之间信息的及时交换。通过对三种协同飞行模式：主从跟随、区域划分、热点环绕进行定义和确定飞行轨迹方案，可以使多无人机优化完成不同的飞行任务。通过定义碰撞避免方法的实现，可以使多无人机在飞行轨迹存在交叉重合时没有彼此碰撞的风险。本专利技术即针对这些方面进行了创新。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种多无人机飞行轨迹协同规划的实现方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种多无人机飞行轨迹协同规划的实现方法，包括无人机之间通信的方法、主从跟随模式协同飞行的轨迹规划方法、区域划分模式协同飞行的轨迹规划方法、热点环绕模式协同飞行的轨迹规划方法、飞行轨迹有交叉时的无人机碰撞避免方法。进一步，所述无人机之间通信的方法包括地面中继模式和空中直连模式，在地面中继模式中多无人机与其相关联的地面中继控制节点通信，它们之间彼此发送的消息通过地面中心控制节点交换，在空中直连模式中，多无人机在空中组成一个无线自组网络，彼此在无线传输距离范围内的无人机直接使用无线信道发送消息，距离超出无线传输范围的无人机通过自组网中其他的无人机进行无线中继，彼此发送信息。进一步，所述主从跟随模式协同飞行的轨迹规划方法为主无人机飞行在较高的高度，以折线扫描方式对地面进行航拍，多架无人机担任从机，飞行在较低的高度，以与主无人机同样的轨迹进行飞行，对地面进行航拍，通过无人机协作同时得到地面的高分辨率(从无人机获取)和低分辨率图像(主无人机获取)，图像序列之间具有关联关系；各无人机起飞之前，通过所述地面中继模式协调航迹和主从关系。进一步，所述区域划分模式协同飞行的轨迹规划方法通过协商决定对于多无人机对于一个较大区域的分工航拍，每架无人机负责所述较大区域的一个子区域，在对所述较大区域的地形地貌没有先验知识的情形下，各无人机根据该区域的面积进行，结合执行协同飞行任务的无人机数量进行等面积划分；如果对该较大区域的地形地貌有一定的先验知识，则各无人机对该区域进行智能划分，划分的原则是地形地貌复杂度与飞行子区域面积的结合，对于执行较复杂地形地貌子区域航拍的无人机，其分配的飞行子区域面积相对较小，便利于其使用更精细的飞行轨迹进行飞行。对于执行较简单地形地貌子区域航拍的无人机，其分配的飞行子区域面积相对较大，便利其使用较稀疏的飞行轨迹进行飞行，而不影响飞行任务的完成质量；各无人机在起飞前，通过所述地面中继模式协调航迹和区域划分关系。进一步，热点环绕模式协同飞行的轨迹规划方法为通过协商决定各无人机对于一个复杂地貌(山丘、建筑等)的分工航拍，每架无人机负责该地貌的一个航拍面，其中，一架无人机的航拍面为与地面平行，以折线扫描方式对该地貌进行航拍。其他无人机分别选择一个坐标平面对该地貌进行航拍，其航迹可以是折线，也可以是其他类型，例如螺旋线；各无人机在起飞前，通过所述地面中继模式协调航迹和主从关系。进一步，飞行轨迹有交叉时的无人机碰撞避免方法为：无人机在空中飞行时，打开空中直连模式彼此通信，在直连通信信道上，每一架无人机都定时发送其飞行轨迹信息，包括航向、速度等，各无人机从而能够得知其附近无人机的详细飞行轨迹情况，并结合自己的飞行轨迹信息进行计算，预判断是否存在碰撞的可能性，如果判断存在可能性，则其对自身的飞行速度进行调整，调快或调慢一个小的增量值，随后，使用直连通信信道广播自己新的飞行轨迹信息，所有无人机在交换新飞行轨迹信息后，进行新一轮碰撞预测计算，如果仍存在碰撞可能，则进行新一轮调整，否则，按已调整后的飞行轨迹执行飞行，通过调整速度而非航向，无人机可以在飞行几何轨迹不发生改变的前提下实现碰撞避免。本专利技术的优点在于：本专利技术可以解决单一无人机完成任务能力有限的局限，使用多无人机协同完成较大的复杂任务；三种协同飞行模式，能够解决各种无人机协同任务；碰撞避免由相向飞行的无人机自行完成，不需要中心控制节点干预等优点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术地面中继模式示意图。图2为本专利技术空中直连模式示意图。图3为本专利技术无人机交叉轨道示意图。图4为本专利技术碰撞避免方法示意图。图5为本专利技术主从跟随协同飞行示意图。图6为本专利技术区域划分模式协同飞行示意图。图7为本专利技术多机同目标环绕协同飞行示意图。其中：1、无人机2、中继控制节点3、中心控制节点4、地面控制节点之间数据链路5、地面控制节点与无人机之间的数据链路6、无人机间的无线信道7、主飞行面8、从飞行面9、主无人机10、从无人机111、从无人机N12、地面13、顶飞行面14、侧飞行面15、无人机116、无人机N具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。如图1-7所示的一种多无人机飞行轨迹协同规划的实现方法，包括无人机之间通信的方法、主从跟随模式协同飞行的轨迹规划方法、区域划分模式协同飞行的轨迹规划方法、热点环绕模式协同飞行的轨迹规划方法、飞行轨迹有交叉时的无人机碰撞避免方法。如图1、2所示的无人机之间通信的方法包括地面中继模式和空中直连模式，在地面中继模式中多无人机与其相关联的地面中继控制节点通信，它们之间彼此发送的消息通过地面中心控制节点交换，在空中直连模式中，多无人机在空中组成一个无线自组网络，彼此在无线传输距离范围内的无人机直接使用无线信道发送消息，距离超出无线传输范围的无人机通过自组网中其他的无人机进行无线中继，彼此发送信息。如图5所示的主从跟随模式协同飞行的轨迹规划方法为一架无人机担任主机，以其飞行航迹为主航迹，飞行在较高的高度，以折线扫描方式对地面进行航拍；多架无人机担任从机，航迹依赖于主航迹，飞行在较低的高度，以与主无人机同样的轨迹进行飞行，对地面进行航拍。这样，我们就可以通过无人机协作同时得到地面的高分辨率(从无人机获取)和低本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多无人机飞行轨迹协同规划的实现方法，其特征在于，包括无人机之间通信的方法、主从跟随模式协同飞行的轨迹规划方法、区域划分模式协同飞行的轨迹规划方法、热点环绕模式协同飞行的轨迹规划方法、飞行轨迹有交叉时的无人机碰撞避免方法。

【技术特征摘要】
1.一种多无人机飞行轨迹协同规划的实现方法，其特征在于，包括无人机之间通信的方法、主从跟随模式协同飞行的轨迹规划方法、区域划分模式协同飞行的轨迹规划方法、热点环绕模式协同飞行的轨迹规划方法、飞行轨迹有交叉时的无人机碰撞避免方法。2.根据权利要求1所述的一种多无人机飞行轨迹协同规划的实现方法，其特征在于，所述无人机之间通信的方法包括地面中继模式和空中直连模式，在地面中继模式中多无人机与其相关联的地面中继控制节点通信，它们之间彼此发送的消息通过地面中心控制节点交换，在空中直连模式中，多无人机在空中组成一个无线自组网络，彼此在无线传输距离范围内的无人机直接使用无线信道发送消息，距离超出无线传输范围的无人机通过自组网中其他的无人机进行无线中继，彼此发送信息。3.根据权利要求1所述的一种多无人机飞行轨迹协同规划的实现方法，其特征在于，所述主从跟随模式协同飞行的轨迹规划方法为主无人机飞行在较高的高度，以折线扫描方式对地面进行航拍，多架无人机担任从机，飞行在较低的高度，以与主无人机同样的轨迹进行飞行，对地面进行航拍，通过无人机协作同时得到地面的高分辨率(从无人机获取)和低分辨率图像(主无人机获取)，图像序列之间具有关联关系；各无人机起飞之前，通过所述地面中继模式协调航迹和主从关系。4.根据权利要求1所述的一种多无人机飞行轨迹协同规划的实现方法，其特征在于，所述区域划分模式协同飞行的轨迹规划方法通过协商决定各无人机对于一个较大区域的分工航拍，每架无人机负责所述较大区域的一个子区域，在对所述较大区域的地形地貌没有先验知识的情形下，各无人机根据该区域的面积，结合执行协同飞行任务的无人机数量进行等面积划分；如果对该较大区域的地形地貌有一定的先验知识，则各无人机对该区域进行智能划分...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗训，靳悦悦，叶诚，
申请(专利权)人：天津津彩物联科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12