一种分布式无人机编队状态信息共享与通信故障检测方法技术

本发明专利技术公开了一种分布式无人机编队状态信息共享与通信故障检测方法，涉及无人机飞行技术领域，针对分布式无人机编队场景，解决状态信息共享可靠性受限问题和通信故障检测问题，增强分布式无人机编队飞行安全性，具体方案为：包括以下步骤：S1：所有无人机均设有编队控制模块，控制模块用于存储本地状态表的信息和维护本地状态表的功能，任意两架无人机均可通过机载通信设备进行通信；S2：本地状态表中包含所有无人机的状态信息，状态信息包括无人机序列号和心跳计数；S3：在编队飞行过程中，每架无人机将自身的实时状态信息和本地状态表通过机载通信设备向其他无人机进行广播发送。本发明专利技术有效增强编队中信息共享的可靠性。本发明专利技术有效增强编队中信息共享的可靠性。本发明专利技术有效增强编队中信息共享的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式无人机编队状态信息共享与通信故障检测方法


[0001]本专利技术涉及无人机飞行
，更具体地说，它涉及一种分布式无人机编队状态信息共享与通信故障检测方法。

技术介绍

[0002]目前无人机编队控制系统主要分为两类：集中式编队控制和分布式编队控制。集中式编队控制系统在地面或空中存在一个编队状态信息备份转发节点，编队状态信息备份转发节点获取所有无人机编队状态信息，生成每架无人机的制导指令，并通过通信链路周期性向编队中每架无人机发送相应的制导指令。与集中式编队控制系统不同，分布式编队控制系统不存在一个状态信息备份转发节点，每架无人机可自主生成制导指令。
[0003]相对于集中式，分布式无人机编队不依赖状态信息备份转发节点，具有更好的抗毁能力，可有效提升无人机编队的生存能力。因此，分布式无人机编队在军事、应急抢险等领域受到越来越广泛的关注。然而，相比于集中式无人机编队，分布式无人机编队相关实用化研究尚处于起步、甚至是空白状态。
[0004]在分布式无人机编队系统中，为了满足队形形成、队形保持、无人机之间避碰等功能需求，分布式无人机编队中每架无人机需要通过无线通信设备获取其他无人机的状态信息。
[0005]为实现编队内无人机之间状态信息共享，现有技术中无人机通常仅广播发送自身状态信息，由于无线通信信道衰落特性、地形因素、通信设备故障等原因，无法确保其他无人机均可以在一次广播通信过程中收到该架无人机的状态信息。如果部分无人机无法获取所有无人机状态信息，则可能导致无人机编队无法正常飞行或相互碰撞。与此同时，在分布式无人机编队中，由于没有控制中心，编队中无人机难以判断自身是否存在通信故障，若出现通信故障，无人机无法自主检测，同样可能引起飞行事故。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种分布式无人机编队状态信息共享与通信故障检测方法，着力解决分布式无人机编队中可靠状态信息共享和通信故障检测问题，针对分布式无人机编队场景，解决状态信息共享可靠性受限问题和通信故障检测问题，增强分布式无人机编队飞行安全性。
[0007]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0008]一种分布式无人机编队状态信息共享与通信故障检测方法，包括以下步骤：
[0009]S1：所有无人机均设有编队控制模块，控制模块用于存储本地状态表的信息和维护本地状态表的功能，任意两架无人机均可通过机载通信设备进行通信；
[0010]S2：本地状态表中包含所有无人机的状态信息，状态信息包括无人机序列号和心跳计数；
[0011]S3：在编队飞行过程中，每架无人机将自身的实时状态信息和本地状态表通过机
载通信设备向其他无人机进行广播发送；
[0012]S4：每架无人机接收到其他无人机的实时状态信息和本地状态表信息，并判断是否进行更新该无人机的本地状态表，判断过程如下：
[0013]假定无人机p接收到无人机q的实时状态信息，首先根据无人机q的实时信息更新无人机p本地的状态信息表中无人机q的信息；然后，无人机p本地的状态信息中无人机n的心跳计数为x(p,n)，无人机q状态表中无人机n的心跳计数为y(q,n)；如果x(p,n)＜y(q,n)，则用无人机q本地的状态表中关于无人机n的所有信息更新无人机p本地状态表中无人机n的状态信息，反之，无人机p本地状态表信息保持不变；
[0014]S5：预设故障判断时间门限τ，无人机q通过比较本地状态表中无人机q的心跳计数停止更新时间为t(q,q)，如果t(q,q)＞τ，则判定无人机q自身出现通信故障。
[0015]作为一种优选方案，无人机的状态信息还包括经纬高和地速。
[0016]作为一种优选方案，另设有状态信息备份转发节点，状态信息备份转发节点用于接收和转发所有无人机的状态信息。
[0017]作为一种优选方案，无人机获取本地状态表中的所有无人机状态信息的读取频率为f
d
，无人机间发送实时状态信息和本地状态表的发送频率为f
g
，且f
d
＝f
g
。
[0018]作为一种优选方案，每架无人机广播发送本机状态信息的同时，还辅助转发本机收到的其他无人机状态信息。
[0019]作为一种优选方案，每架无人机与其余任意一架无人机为双向信息传送、单向信息传送或无信息传送。
[0020]综上所述，本专利技术具有以下有益效果：
[0021](1)采用多机转发、冗余备份思想，有效增强编队中信息共享的可靠性，随着编队规模的增加，信息共享可靠性随之增加；
[0022](2)解决分布式无人机编队每架无人机通信故障检测问题，同时无论通信设备处于“能发不能收”、“能收不能发”、“收发都不行”故障状态，均可以通过本专利技术所提出的方法进行检测；
[0023](3)信息共享与通信故障检测方法可以适应多种通信网络拓扑，通信设备仅需具备广播放送与接收功能，例如图3所示，不影响信息共享和通信故障检测功能。
附图说明
[0024]图1是本专利技术实施例中的系统示意图；
[0025]图2是本专利技术实施例中的无人机q本地状态图；
[0026]图3是本专利技术实施例中的不同类型通信拓扑图。
具体实施方式
[0027]本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包括”为一开放式用语，故应解释成“包括但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。
[0028]本说明书及权利要求的上下左右等方位名词，是结合附图以便于进一步说明，使
得本申请更加方便理解，并不对本申请做出限定，在不同的场景中，上下、左右、里外均是相对而言。
[0029]以下结合附图对本专利技术作进一步详细说明。
[0030]T1：考虑无人机编队系统，共包含K架无人机。以K＝3为例，系统示意图如图1所示。每架无人机配置编队控制模块，任意两架无人机均可通过本地机载通信设备进行通信。
[0031]T2：每架无人机和状态信息备份转发节点存储并维护一个的本地状态表，该表包含所有无人机的状态信息。以无人机q为例，本地状态表如图2所示。状态表包括以下信息：无人机序列号，以及相应无人机的经纬高、地速(无人机相对于大地的速度)、心跳计数。
[0032]T3：每架无人机(或状态信息备份转发节点)将该架无人机的实时状态信息(从传感器或飞控计算机获取，包括无人机序列号、经纬高、地速和心跳计数)以及本地状态表(如图2所示)，通过无线通信设备在相应通信时隙向其他无人机进行广播发送。
[0033]T4：每架无人机(或状态信息备份转发节点)根据从其他无人机获得的实时状态信息以及状态表更新该无人机的本地状态表。首先，根据其他无人机获得的实时状态信息更新本架无人机本地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分布式无人机编队状态信息共享与通信故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：所有无人机均设有编队控制模块，控制模块用于存储本地状态表的信息和维护本地状态表的功能，任意两架无人机均可通过机载通信设备进行通信；S2：本地状态表中包含所有无人机的状态信息，状态信息包括无人机序列号和心跳计数；S3：在编队飞行过程中，每架无人机将自身的实时状态信息和本地状态表通过机载通信设备向其他无人机进行广播发送；S4：每架无人机接收到其他无人机的实时状态信息和本地状态表信息，并判断是否进行更新该无人机的本地状态表，判断过程如下：假定无人机p接收到无人机q的实时状态信息，首先根据无人机q的实时信息更新无人机p本地的状态信息表中无人机q的信息；然后，无人机p本地的状态信息中无人机n的心跳计数为x(p,n)，无人机q状态表中无人机n的心跳计数为y(q,n)；如果x(p,n)＜y(q,n)，则用无人机q本地的状态表中关于无人机n的所有信息更新无人机p本地状态表中无人机n的状态信息，反之，无人机p本地状态表信息保持不变；S5：预设故障判断时间门限τ，无人机q通过比较本地状态表中无人机q的心跳计数停止更新时间为t(...

【专利技术属性】
技术研发人员：马跃，毛仲君，贾涛，汪华松，叶德章，刘进，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心，
类型：发明
国别省市：