基于激光雷达与定位向量匹配的多无人机协同定位方法技术

本发明专利技术提供的基于激光雷达与定位向量匹配的多无人机协同定位方法，通过定位向量匹配算法，使用激光雷达测量无人机之间高精度的相对位置，以及使用GPS获取各无人机带有编号信息的低精度定位信息，将激光雷达定位信息和GPS定位信息融合，通过激光雷达定位向量和GPS定位向量匹配，解算出激光雷达所测无人机的编号，得到高精度的无人机协同定位信息，解决了激光雷达无法测得编队机群内部无人机编号的问题，计算出机群内部各无人机之间高精度的协同定位数据，满足无人机编队飞行对协同定位精度的要求。

Multi UAV cooperative positioning method based on lidar and location vector matching

【技术实现步骤摘要】
基于激光雷达与定位向量匹配的多无人机协同定位方法
本专利技术属于多无人机协同定位领域，特别涉及一种基于激光雷达与定位向量匹配的无人机编队飞行协同定位方法。
技术介绍
无人机具有效率高、成本低、可重复使用的特点，在工业、商业应用中的需求越来越强烈，应用场景也越来越广泛，而无人机单机自身的性能是有限的，采用无人机编队可以增加无人机载荷，能够使无人机应对复杂任务，提高任务执行的可靠性与容错率。实现无人机编队飞行的一个关键因素在于无人机的避障飞行问题，在飞行过程中，通过无人机协同定位技术提供精准的定位信息，可以使飞行控制器精确指导固定翼无人机编队飞行，是提高无人机编队飞行稳定性与任务完成成功率的关键因素，因此无人机协同定位在上世纪八十年代末就成为学术界和应用部门的研究热点。传统的无人机编队定位方式通常通过全球定位系统GPS采集位置数据，通过GPS数据解析获得当前的固定翼无人机定位信息，然而GPS定位精度低，更新频率慢，定位数据容易产生漂移，且易受外接电磁信号的干扰。无人机编队飞行需要机群内部无人机能够提供高精度定位信息从而控制各无人机稳定飞行，只采用GPS单一传感器获取的粗略定位信息不能满足多无人机编队飞行对高精度定位的需求。为了获取高精度的定位信息，可以使用激光雷达测量无人机之间的相对位置，但是激光雷达所测量的位置信息不包含所测无人机的编号信息，从而无法实现多无人机协同定位应用。综上所述，为使多无人机编队具有更强的协同定位能力，需要发展一种适用于无人机编队飞行的高精度协同定位方法。专利技术内容针对现有技术中无人机编队机群内部无人机定位精度低，激光雷达传感器无法获取所测无人机编号的问题，本专利技术提供了一种基于激光雷达与定位向量匹配的多无人机协同定位技术，可以在无人机编队执行飞行任务时，融合GPS和激光雷达传感器的定位数据，提供各编号无人机的高精度定位信息，满足无人机编队飞行对协同定位的要求。本专利技术采用如下技术方案来实现：基于激光雷达与定位向量匹配的多无人机协同定位方法，包括以下步骤：步骤1、采用激光雷达测量机群内无人机之间的定位信息，得到激光雷达定位向量；步骤2：采用GPS测得机群内各个无人机的大地坐标信息，并使各个无人机实时获得机群内其它无人机的GPS定位信息；步骤3：根据GPS定位信息计算无人机的GPS定位向量；步骤4：对激光雷达定位向量和GPS定位向量进行匹配，得到机群内部各无人机的协同定位信息。优选的，所述激光雷达定位向量为aij＝(xij,yij,zij)；其中，i为无人机的编号，j为第j组激光雷达定位向量。优选的，步骤2中，建立无人机编队组网通信系统，通过无人机编队组网通信系统广播各无人机GPS定位信息，使得各个无人机获得机群内其它无人机的GPS定位信息。优选的，步骤3中，所述GPS定位向量为gij＝(xj-xi,yj-yi,zj-zi)，gij表示j号无人机到i号无人机的GPS定位向量。优选的，步骤4中，使用定位向量匹配算法得到带有编号信息的多无人机协同定位信息。优选的，所述定位向量匹配方法通过激光雷达定位向量和GPS定位向量之间的模值、角度和符号的比较，当激光雷达定位向量和GPS定位向量满足匹配条件时，得到该激光雷达定位向量所对应的无人机编号，进而得到无人机之间协同定位信息。优选的，所述模值匹配方法具体如下：计算当前无人机的激光雷达定位向量和GPS定位向量的模值之差D，当D的值小于预设参数δ1时，激光雷达定位向量和GPS定位向量满足模值匹配条件，计算公式如下：优选的，所述角度值匹配方法具体如下：计算定位向量在三个平面上投影的角度值之差，当角度之差的绝对值小于预设参数δ2时，激光雷达定位向量和GPS定位向量满足角度匹配条件，计算公式如下：在X-Y平面上的投影在X-Z平面上的投影在Y-Z平面上的投影当α+β+γ<δ2时，两向量满足角度匹配。优选的，所述符号匹配方法通过判定激光雷达定位向量与GPS定位向量是否同号；当xij*(xj-xi)>0，yij*(yj-yi)>0，zij*(zj-zi)>0同时成立，满足两向量符号匹配条件。本专利技术具有如下有益的技术效果：本专利技术提供的基于激光雷达与定位向量匹配的多无人机协同定位方法，通过定位向量匹配算法，使用激光雷达测量无人机之间高精度的相对位置，以及使用GPS获取各无人机带有编号信息的低精度定位信息，将激光雷达定位信息和GPS定位信息融合，通过激光雷达定位向量和GPS定位向量匹配，解算出激光雷达所测无人机的编号，得到高精度的无人机协同定位信息，解决了激光雷达无法测得编队机群内部无人机编号的问题，计算出机群内部各无人机之间高精度的协同定位数据，满足无人机编队飞行对协同定位精度的要求。进一步的，建立无人机编队机间组网通信系统，使得各无人机实时接收机群内部其他无人机的定位信息；进一步的，提出定位向量匹配算法，将满足匹配算法要求的激光雷达定位向量和GPS定位向量所匹配，得到激光雷达所测无人机对应的编号信息。附图说明图1是定位向量匹配方法原理图；图2是基于激光雷达定位向量匹配方法的流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。参照图1和图2，基于激光雷达与定位向量匹配的多无人机协同定位方法包括以下步骤：步骤1：无人机编队机群内部各无人机搭载激光雷达飞行，无人机编队机群共有n架无人机，对应无人机编号为1至n，无人机的激光雷达获取机群内其它无人机与其的相对位置信息，需要说明的是，激光雷达只能得到其它无人机的相对位置信息，不能获得相对位置信息对应的无人机的编号。具体的，机群内部编号为i的无人机使用激光雷达测得m个周围无人机相对自身的位置数据，记为di(ai1,ai2,...,aim)，n架无人机共可得到n组测量数据，记为(d1,d2,...,dn)。具体的，aij＝(xij,yij,zij)是i号无人机使用激光雷达测得机群内部某无人机得到的第j组定位坐标向量，表示所测到的无人机距离i号无人机相对位置的定位向量。具体的，以三架无人机编队为例，无人机编号为无人机1号、2号、3号，1号无人机可以测得另外两架无人机相对自身的位置数据，记为d1(a11,a12)，3架无人机共可得到3组测量数据，记为(d1,d2,d3)。步骤2:GPS测得机群内部n架无人机各自大地坐标系的大地坐标信息，记为(xk,yk,zk)，k＝1,2,3...,n为对应无人机编号。进一步的，建立无人机编队机间组网通信系统，机群内部各无人机将当前GPS定位信息通过机间组网通信系统广播，各架无人机实时获得机群内其他无人机的GPS定位数据。优选的，机间组网通信系统由小型数传模块组成，数传模块工作频率433MHZ,无人机基于Mavlin本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于激光雷达与定位向量匹配的多无人机协同定位方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、采用激光雷达测量机群内无人机之间的定位信息，得到激光雷达定位向量；/n步骤2：采用GPS测得机群内各个无人机的大地坐标信息，并使各个无人机实时获得机群内其它无人机的GPS定位信息；/n步骤3：根据GPS定位信息计算无人机的GPS定位向量；/n步骤4：对激光雷达定位向量和GPS定位向量进行匹配，得到机群内部各无人机的协同定位信息。/n

【技术特征摘要】
1.基于激光雷达与定位向量匹配的多无人机协同定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、采用激光雷达测量机群内无人机之间的定位信息，得到激光雷达定位向量；
步骤2：采用GPS测得机群内各个无人机的大地坐标信息，并使各个无人机实时获得机群内其它无人机的GPS定位信息；
步骤3：根据GPS定位信息计算无人机的GPS定位向量；
步骤4：对激光雷达定位向量和GPS定位向量进行匹配，得到机群内部各无人机的协同定位信息。


2.根据权利要求1所述的一种多无人机协同定位方法，其特征在于，步骤1中，所述激光雷达定位向量为aij＝(xij,yij,zij)；
其中，i为无人机的编号，j为第j组激光雷达定位向量。


3.根据权利要求1所述的基于激光雷达与定位向量匹配的多无人机协同定位方法，其特征在于，步骤2中，建立无人机编队组网通信系统，通过无人机编队组网通信系统广播各无人机GPS定位信息，使得各个无人机获得机群内其它无人机的GPS定位信息。


4.根据权利要求1所述的基于激光雷达与定位向量匹配的多无人机协同定位方法，其特征在于，步骤3中，所述GPS定位向量为gij＝(xj-xi,yj-yi,zj-zi)，gij表示j号无人机到i号无人机的GPS定位向量。


5.根据权利要求1所述的基于激光雷达与定位向量匹配的多无人机协同定位方法，其特征在于，步骤4中，使用定位向量匹配方法得到带有编号信息的多无人机协同定位信息。


6.根据权利要求5所述的基于激光雷达与定位向量...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘贞报，马博迪，江飞鸿，韩雨珅，张超，布树辉，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61