装载单目鱼眼镜头的小型无人机覆盖控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种装载单目鱼眼镜头的无人机覆盖控制系统及控制方法，属于无人机飞行控制处理技术领域。本发明专利技术提供了一种依靠单目鱼眼镜头进行信息交互的无人机覆盖控制方法。无人机配有单目鱼眼镜头，自动驾驶仪，飞行控制系统，可进行图像处理的硬件处理器。通过鱼眼镜头进行图像采集，获取有效信息，对所获取的畸变图像进行矫正，并用目标识别、跟踪算法，由每一个无人机获得其邻居无人机的深度信息和横向距离，通过这些信息得到自己与邻居的坐标位置的后，考虑其最佳覆盖范围和连接保留之间的权衡关系。无人机被引导远离其通信邻居，同时其后续位置被限制在其可行运动区域的内部，保证所有连接边缘保持通信的同时，达到了覆盖面积最大。

Coverage control system and control method of small UAV with monocular fisheye lens

【技术实现步骤摘要】
装载单目鱼眼镜头的小型无人机覆盖控制系统及控制方法
本专利技术涉及一种装载单目鱼眼镜头的小型无人机覆盖控制系统及控制方法，属于无人机飞行控制处理

技术介绍
目前无人机技术越来越成熟，深圳市大疆创新科技有限公司等一些关于飞行器控制的公司所生产的小型无人机已经进入量产阶段，有一大批性能优良，易于控制的小型无人机问世。例如，大疆公司的Mavic2pro，可以达到8公里的控制距离，支持1080p高清图传，抗干扰能力强，续航里程长等特点。这些无人机在摄影、军事、农业生产、交通运输等方面都发挥了举足轻重的作用，随着技术越来越成熟，应用的场景也会增加，无人机技术在我们的生活中会扮演重要的角色。但就目前来说，一架无人机所能起到的作用实在是有限的。一些复杂的任务需要多架无人机协同完成，而不是仅仅依靠单架无人机。但无人机群的控制相比于单架无人机的控制复杂很多，因为无人机群的控制是对于整个群体而言的，所以无人机群的协同控制就显得非常重要，一些分布式控制方法的提出，让无人机群实现目标函数有了更快，更有效的方法。虽然无人机技术有了很大的突破与发展，但目前小型无人机的续航时间，续航里程是一个较大的挑战。增加续航时间，续航里程无非就是增加电池容量和减轻小型无人机载重，所以针对无人机使用越少的部件，实现更多的功能就尤其重要。为了减轻载重量，很多无人机上只装载了单目鱼眼镜头来完成相关的任务。目前搭载鱼眼镜头的小型无人机的应用不是很广泛，只是少量用于全景的拍摄等一些摄像任务。之所以选用鱼眼镜头是因为，鱼眼镜头属于超广角镜头，其视角可超过180度，由于此独特的特点，所以装上鱼眼镜头的小型无人机能够获取更多的图像信息，进而为分布式控制提供更多的输入信号。传感器网络的覆盖对于许多实际应用很重要，例如信息收集，环境监控，工业检查等。同时，它涉及传感器网络，机器人技术和多智能体系统领域之间的跨学科研究。在过去的几十年中，关于传感器覆盖率的各个方面的报道很多，包括面向任务的覆盖率建模，使用集中式方法或分布式方法进行覆盖率优化等。应当指出的是，大多数现有方法都集中在各向同性传感器网络上，但是关于覆盖范围的研究，定向传感器网络还远远没有成熟。目前基于鱼眼镜头的传感器设备覆盖控制问题，更是鲜有研究。目前也没有一套完整的控制鱼眼镜头形成覆盖的策略，如何利用鱼眼镜头的特点，在保持更快更好的通信的前提下，形成最大的覆盖面积，是本
需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决如何利用鱼眼镜头的特点，在保持更快更好的通信的前提下，形成最大的覆盖面积的技术问题。为达到解决上述问题的目的，本专利技术所采取的技术方案是提供一种装载单目鱼眼镜头的小型无人机覆盖控制系统，包括获取信息设备、动态分析程序、覆盖控制器以及控制飞行的控制系统、微型处理器和电源；所述微型处理器中设有动态分析程序；所述微型处理器与覆盖控制器以及控制飞行的控制系统连接；所述获取信息设备与微型处理器连接；所述电源与获取信息设备和微型处理器连接。优选地，所述的获取信息设备设为鱼眼镜头。本专利技术提供一种装载单目鱼眼镜头的小型无人机覆盖控制模型，根据鱼眼镜头的覆盖特点，求出其覆盖范围满足下面这个不等式：其中，xi,yi,xj,yj,θj分别为无人机i,j的位置信息与角度信息，dij为两者之间的距离，Rs为其最大通信距离，α为盲区角，f(xi,yi,xj,yj,θj)为：本覆盖模型为均匀覆盖模型，分为覆盖范围内和覆盖范围外；根据覆盖模型划为通信范围内和通信范围外，整体要求具有连通性，需要形成连通拓扑图，每个无人机通过其周边无人机与其他无人机进行通信。本专利技术还提供一种装载单目鱼眼镜头的小型无人机覆盖控制方法，包括以下步骤：步骤1：每个无人机都会随机产生一个不重复数字，对无人机的控制没有次序之分，是整体分布式自部署控制；每一步控制之后，无人机飞行方向保持一致；步骤2：在k步的执行之前，需要根据算法找到每个无人机的核心邻居，根据核心邻居及自身所在位置确定k+1步的位置；根据无障碍空间、运动范围、核心邻居及自身所在位置，确定可行域通过所设计的控制器，使每个无人机与其核心邻居分离，在可行域达到最远距离；步骤3：经过k步控制之后，检测无人机i(i∈G)与核心邻居j之间的距离是否满足：条件1：，Rs-ε<dij<Rs,0<ε＜＜Rs条件2：α-ξ<γij<α，0<ξ＜＜α若满足以上两个条件，则表示达到控制目标；步骤4：若不满足以上两个条件，则表示没有达到控制目标，重新执行步骤2。优选地，所述步骤2中一种装载单目鱼眼镜头的小型无人机寻找核心邻居无人机算法包括以下步骤：步骤1:根据上面所提出的模型，找到每个无人机所对应的邻居无人机；步骤2:判断每个无人机的邻居无人机是否为其核心邻居无人机，若为其核心邻居无人机要满足以下条件：条件1：核心邻居无人机一定是邻居无人机；条件2：若邻居无人机唯一那么其就是核心邻居无人机；若邻居无人机不唯一的情况下要判断无人机j是否为无人机i的核心邻居，需要依靠另一个无人机h满足以下条件；条件2.1：无人机i、j、h互为邻居；条件2.2：无人机i、j之间的距离在i、j、h三者之间的距离之中不是最小的；在无人机i、j之间的距离在三者之间的距离之中不是最小的情况下，无人机i、j之间的距离与无人机i、h之间的距离相等，则比较h,j之间的标号(本文假定每个无人机都有其独一无二的标号num＝[1,2,...,n])，jnum>hnum；同样的，如果无人机i、j之间的距离在三者距离之中不是最小的情况下，无人机h、j之间的距离与无人机i、h之间的距离相等，jnum>inum；当不存在符合2.1、2.2条件的无人机h时，就可认为无人机j为无人机i的核心邻居。本专利技术旨在提供一种装载单目鱼眼镜头的小型无人机覆盖控制方法，拟提高目前无人机安防领域、智慧农业、智慧城市等方面的监测覆盖面积，以减少人力物力资源的浪费。飞行控制计算机是整个飞行控制系统的核心，它具有嵌入式Linux操作系统，并运行主要的飞行控制软件。本专利技术是基于嵌入式系统硬件已经搭载完成，飞行器控制系统已经完善的前提。也就是说，装载单目鱼眼镜头的小型无人机能够对对鱼眼镜头中图像进行矫正，并获取其邻居的相对坐标位置，再由坐标转化到统一系统坐标系下，获得自身坐标位置。通过本专利技术的覆盖控制方法，无人机飞控系统发出指令，生成PWM控制电机和舵机使其飞到期望位置。为了满足本专利技术的覆盖控制方法，该飞行器的控制系统硬件的设计要求如下：(1)装载单目鱼眼镜头的小型无人机控制系统，需要完成畸变图像的矫正、图像处理获得坐标信息、导航解算、飞行控制等精确度高、实时性好的任务，所以对处理器的要求较高，需要能与鱼眼镜头连接，处理速度快，支持硬件浮点运算。(2)控制系统应该基于嵌入式Linux操作系统进行开发，有足够本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装载单目鱼眼镜头的小型无人机覆盖控制系统，其特征在于，包括获取信息设备、动态分析程序、覆盖控制器以及控制飞行的控制系统、微型处理器和电源；所述微型处理器中设有动态分析程序；所述微型处理器与覆盖控制器以及控制飞行的控制系统连接；所述获取信息设备与微型处理器连接；所述电源与获取信息设备和微型处理器连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种装载单目鱼眼镜头的小型无人机覆盖控制系统，其特征在于，包括获取信息设备、动态分析程序、覆盖控制器以及控制飞行的控制系统、微型处理器和电源；所述微型处理器中设有动态分析程序；所述微型处理器与覆盖控制器以及控制飞行的控制系统连接；所述获取信息设备与微型处理器连接；所述电源与获取信息设备和微型处理器连接。


2.如权利要求1所述的一种装载单目鱼眼镜头的小型无人机覆盖控制系统，其特征在于：所述的获取信息设备设为鱼眼镜头。


3.一种装载单目鱼眼镜头的小型无人机覆盖控制模型，其特征在于：根据鱼眼镜头的覆盖特点，求出其覆盖范围满足下面这个不等式：



其中，xi,yi,xj,yj,θj分别为无人机i,j的位置信息与角度信息，dij为两者之间的距离，Rs为其最大通信距离，α为盲区角，f(xi,yi,xj,yj,θj)为：



本覆盖模型为均匀覆盖模型，分为覆盖范围内和覆盖范围外；根据覆盖模型划为通信范围内和通信范围外，整体要求具有连通性，需要形成连通拓扑图，每个无人机通过其周边无人机与其他无人机进行通信。


4.一种装载单目鱼眼镜头的小型无人机覆盖控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：每个无人机都会随机产生一个不重复数字，对无人机的控制没有次序之分，是整体分布式自部署控制；每一步控制之后，无人机飞行方向保持一致；
步骤2：在k步的执行之前，需要根据算法找到每个无人机的核心邻居，根据核心邻居及自身所在位置确定k+1步的位置；根据无障碍空间、运动范围、核心邻居及自身所在位置，确定可行域通过所设计的控制器，使每个无人机与其核心邻居分离，在可行域达到最远距离；...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯天成，李晓丽，董鑫，左伟，宋奇奇，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31