一种多无人机与多智能车混合编队通信方法技术

本发明专利技术涉及无线通信、嵌入式技术领域，公开了一种多无人机与多智能车混合编队通信方法，实现本地计算机一对多自主通信。本发明专利技术采用的技术方案是：首先，在室内搭建的定位系统下，对多个无人机与多个智能车的相关位置与姿态信息进行信息获取和提取；接着，本地计算机与多个无人机与多个智能车利用2.4GHz无线通信模块nRF24L01进行数据配对传输；最后，多个无人机与多个智能车可利用相应的控制算法对接收的数据进行利用，实现相应的控制策略。本发明专利技术主要应用于多混合机器人分布式编队的实物研究，以后可应用到军事侦查、物流仓储等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种多无人机与多智能车混合编队通信方法
本专利技术专利涉及无线通信、嵌入式
，涉及无线SoC芯片在多个无人机与多个智能车混合编队中的通信方法，尤其涉及一种多无人机与多智能车混合编队通信方法。
技术介绍
无人机编队作业相比于单个无人机作业，具有单个无人机无法比拟的优势，单个无人机的性能、载荷量、续航时间以及探测视野等方面会受到一定的限制，而多个无人机编队可以弥补这些缺点。而多个无人机与多个智能车混合编队作业，在实际运行中更是能发挥混合编队作业的优势，可以应用于军事侦查、物流仓储等一系列方面，提高任务执行效率。但如果多个无人机与多个智能车混合编队之间不能实现自主移动与通信，那么就会造成互相碰撞与信息干扰的问题，反而大大降低了任务执行效率，所以研究多个无人机与多个智能车混合编队的通信问题具有重要实际意义。在多个无人机与多个智能车混合编队的定位问题中，室外的定位导航技术主要以GPS为主，而对于室内的定位技术的研究，大部分还是以光流传感器定位为主。大部分室内定位的要求仅限于无人机定点飞行，在对于位置的确定并没有那么高的要求，因此导致这方面的研究目前存在是偏少的。同时，目前在无线通信领域，比较常用的通信协议有IEEE802.11协议(Wi-Fi)、蓝牙和ZigBee。Wi-Fi功耗高，不利于在有限机载电池容量的无人机与智能车上使用；蓝牙一对一的特点大大增加了组网的难度，不适于混合编队的通信；ZigBee有着较低的传输速率和较短的传输距离，对于大量数据的传输和远程数据的传输表现得不够出色。
技术实现思路
本专利技术提出的多个无人机与多个智能车混合编队的通信方法，借助室内定位系统下多点定位数据，通过多个无人机与多个智能车同本地计算机之间的无线通信系统的搭建，实现多个无人机与多个智能车混合编队的协同移动与控制。本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是：一种多无人机与多智能车混合编队通信方法，包括以下步骤：步骤1：在室内搭建定位系统，利用定位系统对多个无人机与多个智能车的位置信息与姿态信息进行信息获取和提取；步骤2：本地计算机与定位系统进行通信，获取定位系统采集的信息后，利用本地计算机的串口转nRF24L01模块上插接的主机nRF24L01芯片分别对多个无人机的无人机搭载的nRF24L01芯片、多个智能车的智能车搭载的nRF24L01芯片进行数据传输，同时多个无人机与多个智能车分别利用它们搭载的nRF24L01芯片与本地计算机进行配对接收，进行混合编队的任务；步骤3：无人机搭载的无人机微控制器STM32芯片与智能车搭载的智能车微控制器STM32芯片分别利用控制算法对接收的数据进行利用，实现相应的控制策略，同时，无人机和智能车也分别利用其搭载的nRF24L01芯片将自身搭载的传感器获取到的信息反馈给本地计算机，自主实现一对多的通信。在室内搭建的定位系统下，对多个无人机与多个智能车的相关位置与姿态信息进行信息获取和提取，包括以下步骤：基于Client/Server模式，利用定位系统自身提供的标准光学跟踪软件搭建Server，实时提取视场中的多个无人机与多个智能车刚体的定位数据并存储，同时接收本地计算机Client发送的请求并处理请求；在本地计算机搭建好的编译环境下运行用于获取定位数据的win32程序，本地计算机通过交换机获取到多个无人机与多个智能车的定位数据；获取到数据后，本地计算机对数据进行解压和筛选，筛选其中有用的数据并利用。在本地计算机端，使用串口转nRF24L01模块，并依据串口转nRF24L01模块基本通信协议分别对无人机搭载的nRF24L01芯片和智能车搭载的nRF24L01芯片的各参数通过软件的手段写入。实现本地计算机与多个无人机与多个智能车的一对多通信，要保证发送模式与接收模式的无人机搭载的nRF24L01芯片和智能车搭载的nRF24L01芯片的4个条件设置相同：发射接受数据宽度相同；发射接收地址相同；发射接收频道相同以及发射接收速率相同。无人机搭载的nRF24L01芯片与无人机微控制器STM32芯片、智能车搭载的nRF24L01芯片与智能车微控制器STM32芯片均通过SPI信号总线相连接，无人机搭载的nRF24L01芯片由无人机微控制器STM32芯片提供时钟信号和片选信号，智能车搭载的nRF24L01芯片由智能车微控制器STM32芯片提供时钟信号和片选信号，无人机搭载的nRF24L01芯片和智能车搭载的nRF24L01芯片接收到本地计算机发送过来的定位信息后，便可通过SPI信号总线分别传送给无人机微控制器STM32芯片和智能车微控制器STM32芯片，无人机微控制器STM32芯片和智能车微控制器STM32芯片，运行相应的控制算法实现多个无人机或多个智能车的位置姿态控制，从而进行混合编队的协同控制。主机nRF24L01芯片、无人机搭载的nRF24L01芯片和智能车搭载的nRF24L01芯片均为2.4GHz射频的nRF24L01无线通信芯片。无人机的数量与智能车的数量的总和小于等于6。定位系统采用OptiTrack，包括：8台周围装有红外发光点阵的摄像机、标准光学跟踪软件、一台交换机、用于建立标定坐标的标准卡尺、标准棒、同步电缆以及分别贴在多个无人机与多个智能车上的标记点，采用被动式红外光学定位技术，通过摄像机周围的红外发光点阵发出红外光，然后照射到分别贴在多个无人机与多个智能车上的标记点上反射，最后摄像机通过采集反射回来的红外光进行标记点标记。定位系统的使用步骤为：搭建硬件平台、安装注册软件平台、摄像机设定参数与标定、标记多个无人机与多个智能车和建立刚体模型，标记多个无人机与多个智能车时，在无人机或者智能车上至少放置3个标记点。OptiTrack系统选择Motive:Body来提取视场中无人机与智能车刚体的六自由度数据和运动轨迹数据。本专利技术的多无人机与多智能车混合编队通信方法，使用的2.4GHz射频的nRF24L01无线通信芯片相比于目前常用的三种2.4GHz主流通信技术Wi-Fi、蓝牙与ZigBee，具有结构简单、通信稳定、功耗比Wi-Fi低、传输速率比ZigBee快、能够实现蓝牙不能实现的一对多通信的优势，在多个无人机与多个智能车混合编队通信中发挥重要的作用。附图说明图1为多个无人机与多个智能车混合编队通信的结构示意图；图2为定位信息提取程序流程图；图3为nRF24L01芯片一对多通信示意图；图4为本专利技术多个无人机与多个智能车混合编队示意图。其中，1为串口转nRF24L01模块，2为主机nRF24L01芯片，3为1号从机，4为2号从机，5为3号从机，6为4号从机，7为5号从机，8为6号从机。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明。图中包括以下部件：串口转nRF24L01模块1、主机nRF24L01芯片2、1号从机3、2号从机4、3号从机5、4号从机6、5号从机7和6号从机8。如图1所示，一种多无人机与多智能车混合编队通信方法，包括在室内搭建的定位系统下，对多个无人机与多个智能车的相关位置与姿态信息进行信息获取和提取；本地计算机获取到定位系统采集的信息后，利用本地计算机串口转nRF24L01模块上插接的2.4GHz射频nRF24L01无线通信芯片对多个无人机的无人机搭载的nRF24L01本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多无人机与多智能车混合编队通信方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：在室内搭建定位系统，利用定位系统对多个无人机与多个智能车的位置信息与姿态信息进行信息获取和提取；步骤2：本地计算机与定位系统进行通信，获取定位系统采集的信息后，利用本地计算机的串口转nRF24L01模块上插接的主机nRF24L01芯片分别对多个无人机的无人机搭载的nRF24L01芯片、多个智能车的智能车搭载的nRF24L01芯片进行数据传输，同时多个无人机与多个智能车分别利用它们搭载的nRF24L01芯片与本地计算机进行配对接收，进行混合编队的任务；步骤3：无人机搭载的无人机微控制器STM32芯片与智能车搭载的智能车微控制器STM32芯片分别利用控制算法对接收的数据进行利用，实现相应的控制策略，同时，无人机和智能车也分别利用其搭载的nRF24L01芯片将自身搭载的传感器获取到的信息反馈给本地计算机，自主实现一对多的通信。

【技术特征摘要】
1.一种多无人机与多智能车混合编队通信方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：在室内搭建定位系统，利用定位系统对多个无人机与多个智能车的位置信息与姿态信息进行信息获取和提取；步骤2：本地计算机与定位系统进行通信，获取定位系统采集的信息后，利用本地计算机的串口转nRF24L01模块上插接的主机nRF24L01芯片分别对多个无人机的无人机搭载的nRF24L01芯片、多个智能车的智能车搭载的nRF24L01芯片进行数据传输，同时多个无人机与多个智能车分别利用它们搭载的nRF24L01芯片与本地计算机进行配对接收，进行混合编队的任务；步骤3：无人机搭载的无人机微控制器STM32芯片与智能车搭载的智能车微控制器STM32芯片分别利用控制算法对接收的数据进行利用，实现相应的控制策略，同时，无人机和智能车也分别利用其搭载的nRF24L01芯片将自身搭载的传感器获取到的信息反馈给本地计算机，自主实现一对多的通信。2.根据权利要求1所述的多无人机与多智能车混合编队通信方法，其特征在于：在室内搭建的定位系统下，对多个无人机与多个智能车的相关位置与姿态信息进行信息获取和提取，包括以下步骤：基于Client/Server模式，利用定位系统自身提供的标准光学跟踪软件搭建Server，实时提取视场中的多个无人机与多个智能车刚体的定位数据并存储，同时接收本地计算机Client发送的请求并处理请求；在本地计算机搭建好的编译环境下运行用于获取定位数据的win32程序，本地计算机通过交换机获取到多个无人机与多个智能车的定位数据；获取到数据后，本地计算机对数据进行解压和筛选，筛选其中有用的数据并利用。3.根据权利要求1所述的多无人机与多智能车混合编队通信方法，其特征在于：在本地计算机端，使用串口转nRF24L01模块，并依据串口转nRF24L01模块基本通信协议分别对无人机搭载的nRF24L01芯片和智能车搭载的nRF24L01芯片的各参数通过软件的手段写入。4.根据权利要求3所述的多无人机与多智能车混合编队通信方法，其特征在于：实现本地计算机与多个无人机与多个智能车的一对多通信，要保证发送模式与接收模式的无人机搭载的nRF24L01芯片和智能车搭载的nRF24L01芯片的4个条件设置相同：发射接受数据宽度相同；发射接收地址相同；发射接收频道相同以及发射接收速率相...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛晟宇，周映江，蒋国平，刘尚，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32