一种圆形无人机编队的调整方法技术

本发明专利技术公开了一种圆形无人机编队的调整方法，包括多个定位无人机和多个集群无人机：步骤1、圆心处的定位无人机，获得需要调整的圆形无人机编队的期望队形；根据蒙特卡洛法获得期望队形上，每个集群无人机允许偏差的位置范围；步骤2、圆心处的定位无人机，向圆周上的定位无人机发出飞行指令和目的坐标；使圆周上的定位无人机飞向目的坐标；步骤3、圆心处的定位无人机，计算出每个集群无人机的当前坐标；步骤4、圆心处的定位无人机，向每个集群无人机发送与之对应的当前坐标，和在期望队形上允许偏差的位置范围；步骤5、每个集群无人机根据其自身的实际坐标，向期望队形上允许偏差的位置范围移动，完成无人机编队的调整。完成无人机编队的调整。完成无人机编队的调整。

【技术实现步骤摘要】
一种圆形无人机编队的调整方法


[0001]本专利技术属于无人机
，具体涉及一种圆形无人机编队的调整方法。

技术介绍

[0002]相对于多个无人机而言，无人机编队因具有较高的工作效率，而被广泛的应用于军事和民用领域。然而对于具有特殊任务要求的无人机编队，往往需要在特殊的情况下进行队形变换，否则将不能完成相应的任务，所以研究无人机编队队形的调整具有非常重要的意义；无人机编队通常应用于应急救援领域，通过无人机编队上的高清视频采集设备进行快速、大范围的情况侦查，及时将现场情况传回指挥部，使指挥部能准确的掌握现场情况。
[0003]目前无人机的空间定位方式主要通过全球定位系统实现(如GPS系统和北斗系统)，以此得到无人机的位置信息；该方法的缺点在于定位精度不高，这是因为卫星离地面较远，信号强度低；而且传输频率等技术指标都是公开数据，所以非常容易被外界干扰，(比如复杂的电磁环境、噪声等)，会影响无人机的定位，使无人机集群在队形变换时，实际队形和期望队形发生偏差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种圆形无人机编队的调整方法，解决现有技术中无人机空间定位方式因容易受干扰，而会影响无人机的定位，使无人机集群在队形变换时，实际队形和期望队形发生偏差的技术问题。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的方案是：
[0006]一种圆形无人机编队的调整方法，包括多个集群无人机和多个定位无人机；多个集群无人机用于监测目标区域，多个定位无人机用于给无人机编队定位；其中一个定位无人机位于无人机编队的圆心位置；其余定位无人机和所有集群无人机，绕圆心处的定位无人机，周向均匀的分布在圆形队形的相应位置；所有无人机均处于同一高度；当无人机队形需要调整时，通过如下步骤实现：
[0007]步骤1、圆心处的定位无人机，获得需要调整的圆形无人机编队的期望队形；
[0008]根据蒙特卡洛法获得期望队形上，每个集群无人机允许偏差的位置范围；
[0009]步骤2、圆心处的定位无人机，向圆周上的定位无人机发出飞行指令和与之对应的目的坐标；使圆周上的定位无人机飞向目的坐标，处于期望队形上无偏差的相应位置；
[0010]步骤3、圆心处的定位无人机，根据圆周上的定位无人机，计算出每个集群无人机的当前坐标；
[0011]步骤4、圆心处的定位无人机，向每个集群无人机发送与之对应的当前坐标，和在期望队形上允许偏差的位置范围；
[0012]步骤5、每个集群无人机根据其自身的实际坐标，向期望队形上允许偏差的位置范围移动，完成无人机编队的调整；
[0013]步骤6、设无人机编队的调整时间为T，T秒后，圆心处的定位无人机，再次计算每个集群无人机的当前坐标；当相应集群无人机的当前坐标未处于允许偏差的位置范围时，则向相应的集群无人机发送与之对应的当前坐标和飞行指令，继续调整该集群无人机的位置，直至其处于允许偏差的位置范围。
[0014]本专利技术通过圆心无人机，计算出所有集群无人机的实际坐标；通过蒙特卡洛法计算出期望队形上，每个集群无人机所允许偏差的位置范围；使每个集群无人机根据其自身的实际坐标，向期望队形上允许偏差的位置范围移动，以此完成纠偏；所以每个集群无人机可以根据其自身接收的数据，进行飞行位置的调整；因此本专利技术的方法不需要连续且长时间的信号传递，就能完成队形变换，克服了空间定位方式因定位不准，而导致无人机集群在队形变换时，实际队形和期望队形发生偏差的弊端。
[0015]由于集群无人机所允许偏差的位置范围，由蒙特卡洛法求得；所以当调整无人机队形时，操控者可以根据任务的性质，设置合理的且允许偏差的位置范围；使无人机编队能够高效、实用的完成相应的任务。
[0016]进一步的是，定位无人机的数量为3个，每个定位无人机上均安装有GPS接收器；每个定位无人机上均安装有摄像机，每个摄像机通过摄像机云台安装在相应的定位无人机上；摄像机云台通过电机驱动，能够使摄像机实现360
°
旋转；电机的输出轴上安装有角度传感器，用于监测摄像机的旋转角度，角度传感器和相应定位无人机的控制器电性连接。
[0017]在计算集群无人机的实际坐标时，至少需要3个定位无人机，才能计算出集群无人机的实际坐标；所以出于经济性的考虑设置3个定位无人机，一个设置在圆形队形的圆心位置，两个位于圆形队形的圆周上。
[0018]进一步的是，圆心处的定位无人机，计算集群无人机实际坐标的方法包括：
[0019]步骤3.1、建立平面直角坐标系XOY，坐标原点O处的世界坐标由GPS接收器获得，所有无人机均位于平面直角坐标系的第一象限；圆心处定位无人机和圆周上的两个定位无人机所处的位置坐标，由与之对应的GPS接收器获得，然后将上述位置坐标转化为平面直角坐标系XOY上关于坐标原点的相对坐标；圆心处定位无人机的相对坐标，记为B(x2，y2)；圆周上的两个定位无人机的相对坐标分别记为A(x1，y1)和C(x3，y3)，A、B、C不处于同一直线上；
[0020]步骤3.2、设需要计算坐标的集群无人机，所处的相对坐标为D(x
D
，y
D
)；A、B和D处三架无人机所在位置的连线构成
△
ADB，设
△
ADB的外接圆为圆M，点M的坐标记为(x4，y4)，圆M的半径记为r1；B、C和D处三架无人机所在位置的连线构成
△
BCD，设
△
BCD的外接圆为圆N，点N的坐标记为(x5，y5)，圆N的半径记为r2；通过三个定位无人机的摄像机，得到∠ADB＝α
°
和∠BDC＝β
°
；符合∠ADB＝α
°
的点D所确定的圆有两种情况，其圆心分别位于A、B的垂直平分线上AB线段的两侧，两个圆分别记为圆M1和圆M2，圆M1的圆心坐标为M1(x
41
，y
41
)，圆M2的圆心坐标为M2(x
42
，y
42
)，且∠A M1B＝∠A M2B＝2α
°
；圆M1和圆M2与圆B相交于三个点，一个为点A，另两个为D点的可能位置，记为D1(x
D1
，y
D1
)和D2(x
D2
，y
D2
)；符合∠BDC＝β
°
的点D所确定的圆有两种情况，其圆心分别位于B、C的垂直平分线上BC线段的两侧，两个圆分别记为圆N1和圆N2，圆N1的圆心坐标为N1(x
51
，y
51
)，圆N2的圆心坐标为N2(x
52
，y
52
)，且∠B N1C＝∠B N2C＝2β
°
；圆N1和圆N2与圆B相交于三个点，一个为点C，一个点为D2(x
D2
，y
D2
)，另一个记为D3(x
D3
，y
D3
)；设圆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种圆形无人机编队的调整方法，其特征在于，包括多个集群无人机和多个定位无人机；多个集群无人机用于监测目标区域，多个定位无人机用于给无人机编队定位；其中一个定位无人机位于无人机编队的圆心位置；其余定位无人机和所有集群无人机，绕圆心处的定位无人机，周向均匀的分布在圆形队形的相应位置；所有无人机均处于同一高度；当无人机队形需要调整时，通过如下步骤实现：步骤1、圆心处的定位无人机，获得需要调整的圆形无人机编队的期望队形；根据蒙特卡洛法获得期望队形上，每个集群无人机允许偏差的位置范围；步骤2、圆心处的定位无人机，向圆周上的定位无人机发出飞行指令和与之对应的目的坐标；使圆周上的定位无人机飞向目的坐标，处于期望队形上无偏差的相应位置；步骤3、圆心处的定位无人机，根据圆周上的定位无人机，计算出每个集群无人机的当前坐标；步骤4、圆心处的定位无人机，向每个集群无人机发送与之对应的当前坐标，和在期望队形上允许偏差的位置范围；步骤5、每个集群无人机根据其自身的实际坐标，向期望队形上允许偏差的位置范围移动，完成无人机编队的调整；步骤6、设无人机编队的调整时间为T，T秒后，圆心处的定位无人机，再次计算每个集群无人机的当前坐标；当相应集群无人机的当前坐标未处于允许偏差的位置范围时，则向相应的集群无人机发送与之对应的当前坐标和飞行指令，继续调整该集群无人机的位置，直至其处于允许偏差的位置范围。2.根据权利要求1所述的一种圆形无人机编队的调整方法，其特征在于，所述定位无人机的数量为3个，每个定位无人机上均安装有GPS接收器；每个定位无人机上均安装有摄像机，每个摄像机通过摄像机云台安装在相应的定位无人机上；摄像机云台通过电机驱动，能够使摄像机实现360
°
旋转；电机的输出轴上安装有角度传感器，用于监测摄像机的旋转角度，角度传感器和相应定位无人机的控制器电性连接。3.根据权利要求2所述的一种圆形无人机编队的调整方法，其特征在于，圆心处的定位无人机，计算集群无人机实际坐标的方法包括：步骤3.1、建立平面直角坐标系XOY，坐标原点O处的世界坐标由GPS接收器获得，所有无人机均位于平面直角坐标系的第一象限；圆心处定位无人机和圆周上的两个定位无人机所处的位置坐标，由与之对应的GPS接收器获得，然后将上述位置坐标转化为平面直角坐标系XOY上关于坐标原点的相对坐标；圆心处定位无人机的相对坐标，记为B(x2，y2)；圆周上的两个定位无人机的相对坐标分别记为A(x1，y1)和C(x3，y3)，A、B、C不处于同一直线上；步骤3.2、设需要计算坐标的集群无人机，所处的相对坐标为D(x
D
，y
D
)；A、B和D处三架无人机所在位置的连线构成
△
ADB，设
△
ADB的外接圆为圆M，点M的坐标
记为(x4，y4)，圆M的半径记为r1；B、C和D处三架无人机所在位置的连线构成
△
BCD，设
△
BCD的外接圆为圆N，点N的坐标记为(x5，y5)，圆N的半径记为r2；通过三个定位无人机的摄像机，得到∠ADB＝α
°
和∠BDC＝β
°
；符合∠ADB＝α
°
的点D所确定的圆有两种情况，其圆心分别位于A、B的垂直平分线上AB线段的两侧，两个圆分别记为圆M1和圆M2，圆M1的圆心坐标为M1(x
41
，y
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)，圆M2的圆心坐标为M2(x
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)，且∠A M1B＝∠A M2B＝2α
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；圆M1和圆M2与圆B相交于三个点，一个为点A，另两个为D点的可能位置，记为D1(x
D1
，y
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)和D2(x
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)；符合∠BDC＝β
°
的点D所确定的圆有两种情况，其圆心分别位于B、C的垂直平分线上BC线段的两侧，两个圆分别记为圆N1和圆N2，圆N1的圆心坐标为N1(x
51
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51
)，圆N2的圆心坐标为N2(x
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，y
52
)，且∠B N1C＝∠B N2C＝2β
°
；圆N1和圆N2与圆B相交于三个点，一个为点C，一个点为D2(x
D2
，y
D2
)，另一个记为D3(x
D3
，y
D3
)；设圆M1和圆M2中的每个圆，与圆N1和圆N2中的每个圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊健，张靖宇，丁健莉，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：