集散式系统下无人机通信方式自主切换的方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种集散式系统下无人机通信方式自主切换的方法及系统，包括：无人机通过Socket与地面控制中心建立通信连接，并发送自身的身份注册信息；无人机从地面控制中心获取任务信息；无人机节点接收并解析所述任务信息，得到切换通信方式所需的参数信息，同时关闭与地面控制中心的Socket通信；无人机触发对通信方式自主切换脚本程序文件的写操作，并启动通信方式自主切换程序，根据所述参数信息完成通信方式切换。能够克服在集散式无人机控制系统中使用单一通信方式的局限性，并有效降低由于单一通信方式造成的网络负载，增强无人机节点与地面控制中心以及无人机节点间的通信性能。性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
集散式系统下无人机通信方式自主切换的方法及系统


[0001]本专利技术涉及无人机通信
，具体地，涉及一种集散式系统下无人机通信方式自主切换的方法及系统。

技术介绍

[0002]随着各领域对无人机应用的需求日益扩大，多无人机系统应运而生。多无人机任务分配控制结构主要可以分为集中式控制(Central ized Control)以及分布式控制(Distributed Control)两种类型。针对需要多类型无人机协同执行任务的场景，在集中式和分布式控制的基础上，提出了一种基于多智能体的集散式任务分配控制方法。在这种结构中，集中式控制体现在任务控制站中，指挥员可以通过与控制系统交互，集中对整个系统中的无人机节点进行任务分配，以及对其执行任务过程的监视和干预。相较于将地面控制中心放置在无人机集群中，这种方式可靠性更高，一是避免了大量的计算和通信会快速消耗无人机的电量，二是避免了移动集中控制节点的故障导致集群陷入崩溃状态。而分布式控制体现在两个方面：一是在预分配阶段，各个无人机接受地面控制中心传来的任务分配信息后，采用协作方式完成指定任务；二是在任务执行阶段，发生突发情况时，无人机间采用分布式协调的方式，及时调整工作状态，保证任务顺利执行。
[0003]机器人操作系统(ROS，Robot Operation System)自2007年发布以来，为机器人提供了一套相对完善的中间层、工具、软件乃至通用的接口和标准。凭借ROS，机器人工业领域的开发者能够快速开发系统原型并做测试和验证。如今ROS已在大量工业领域得到了应用，包括科研机器人、工业机器人、自动驾驶汽车乃至航天无人驾驶设备。在实时性、安全性、嵌入式移植等性能需求与日俱增的形势下，ROS1已经不能满足应用需要，ROS2应运而生。ROS2采用基于RTPS(Real
‑
Time Publish
‑
Subscribe)协议的DDS(Data
‑
Di stribut ion Service)作为中间层，DDS是一种用于实时和嵌入式系统发布
‑
订阅式通信的工业标准，这种点到点的通信模式不需要借由原来的master节点来完成两个节点间通信，使得系统具有更强的容错性和灵活性，DDS被广泛应用于关键系统中，包括战舰、大型基础设施、金融系统、航空系统等场景，这些用例也证实了DDS的可靠性。ROS2系统支持实现实时可靠的机间通信，为多无人机协同提供了技术保障。ROS2提供了方便的编程接口，仅需要较少的代码就可以生成一个publisher节点或者subscriber节点。因此，目前在无人机集群分布式控制系统中，ROS2系统是认可度较高且使用较为广泛。
[0004]然而在集中式控制系统中，上文描述的DDS通信方式的适用性不强。一是地面控制中心和移动节点消息格式的不对应。由于在分布式控制系统中，节点间使用DDS中固定的消息格式通信，即发布者按照事先定义的消息文件将指定的数据以指定的格式发送，而同一domain中的订阅者也会根据相同的消息文件读取数据。但在集中式系统中，移动节点向地面控制中心注册身份信息或请求任务消息，地面控制中心返回该节点的任务代码、移动轨迹等信息，移动节点的信息和地面控制中心的信息格式是极有可能不对应的。另一个原因是，地面控制中心和各个节点的domain管理较为复杂。如果节点启动后就使用DDS方式与地
面控制中心通信，可能出现以下两种情形。从地面控制中心管理方面考虑，为了便于管理，会将所有的移动节点都归于同一个domain中，等待地面控制中心完成任务分配后，再向所有的节点发布任务分配相关文件，由于所有的节点都在同一个domain中，所以每个节点都会收到关于其他所有节点的任务信息，这样不仅增加了各个节点解析数据的时间，也增加了网络负载。另从各节点的信息处理角度考虑，地面控制中心和每一个节点都建立一个专属的domain，即每个domain中只包含两个节点。这样虽然能够有效避免消息混淆，但却增加了地面控制中心的操作复杂度。因此，综上所述，在集中式控制系统中，使用Socket建立基于服务器和客户端的TCP通信连接更加便利和高效。在服务器中，通过建立子进程实现和多个客户端的独立通信。
[0005]但是，在集散式多无人机控制系统中无人机在不同任务阶段使用不同的通信方式，而目前在集散式无人机控制系统中使用单一通信方式，较为局限且单一通信方式会带来网络负载，无人机节点与地面控制中心以及无人机节点间的通信性能较差。
[0006]专利文献CN114047786A一种用于集散式异构无人机集群的协同处理系统和方法，该系统包括：多个无人机和与多个无人机通信连接的地面站，每个无人机包括：飞行控制器用于控制无人机姿态并且调整无人机的速度和飞行方向；光电吊舱用于实时拍摄视频帧并进行目标跟踪；以及信息处理模块用于主机根据地面站的任务信息规划整体航迹，多个无人机根据整体航迹规划自身航迹并将自身航迹发送给飞行控制器执行，基于视频帧进行目标识别和目标定位，通过地面站随时修改任务信息，实时根据修改的任务信息规划出修改航迹。
[0007]但是专利文献CN114047786A在分布式控制阶段需要操作员干预即可切换为性能更合适的通信方式，增大了用户的工作量，降低工作效率。
[0008]专利文献CN113641188A公开了一种无人机集散式任务规划的多中心无人机选择方法，包括：通过无人机群中每个无人机的数据采集模块向其余所有无人机输入源数据；无人机群的每个无人机之间生成直接通信链路；确定中心无人机；确定中心无人机之间的通信链路。
[0009]但是专利文献CN113641188A如果单点故障问题会对网络状况产生较大影响，会出现网络负载的情况。

技术实现思路

[0010]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种集散式系统下无人机通信方式自主切换的方法及系统。
[0011]根据本专利技术提供的一种集散式系统下无人机通信方式自主切换的方法，包括：
[0012]步骤S1：无人机通过Socket与地面控制中心建立通信连接，并发送自身的身份注册信息；
[0013]步骤S2：无人机从地面控制中心获取任务信息；
[0014]步骤S3：无人机节点接收并解析所述任务信息，得到切换通信方式所需的参数信息，同时关闭与地面控制中心的Socket通信；
[0015]步骤S4：无人机触发对通信方式自主切换脚本程序文件的写操作，并启动通信方式自主切换程序，根据所述参数信息完成通信方式切换。
[0016]优选地，还包括：
[0017]配置文件检查步骤：在无人机和地面控制中心建立通信连接之后，会检查切换通信方式所需的相关配置文件是否完整，若完整，则发送切换通信方式的请求指令；若不完整，则在本地执行脚本命令重新生成配置文件；
[0018]所述相关配置文件包括节点生成程序文件和ROS通信头文件。
[0019]优选地，所述步骤S1包括：
[0020]地面控制中心计算机启动服务器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集散式系统下无人机通信方式自主切换的方法，其特征在于，包括：步骤S1：无人机通过Socket与地面控制中心建立通信连接，并发送自身的身份注册信息；步骤S2：无人机从地面控制中心获取任务信息；步骤S3：无人机节点接收并解析所述任务信息，得到切换通信方式所需的参数信息，同时关闭与地面控制中心的Socket通信；步骤S4：无人机触发对通信方式自主切换脚本程序文件的写操作，并启动通信方式自主切换程序，根据所述参数信息完成通信方式切换。2.根据权利要求1所述的集散式系统下无人机通信方式自主切换的方法，其特征在于，还包括：配置文件检查步骤：在无人机和地面控制中心建立通信连接之后，会检查切换通信方式所需的相关配置文件是否完整，若完整，则发送切换通信方式的请求指令；若不完整，则在本地执行脚本命令重新生成配置文件；所述相关配置文件包括节点生成程序文件和ROS通信头文件。3.根据权利要求1所述的集散式系统下无人机通信方式自主切换的方法，其特征在于，所述步骤S1包括：地面控制中心计算机启动服务器端程序并进入监听状态，无人机节点开机后启动客户端程序，并使用Socket建立与地面控制中心计算机的TCP连接；所述启动服务器端程序包括根据预存入的服务器IP和端口号创建Socket客户端程序，并将socket TCP客户端程序设置为开机自启动程序。4.根据权利要求1所述的集散式系统下无人机通信方式自主切换的方法，其特征在于，所述参数信息包括当前无人机节点的通信角色及所述节点所使用的话题名称和消息格式。5.根据权利要求1所述的集散式系统下无人机通信方式自主切换的方法，其特征在于，步骤S4包括：步骤S4.1：通过写文件操作在自主切换程序中添加初始化ROS节点工作空间的脚本命令；步骤S4.2：通过写文件操作在自主切换程序中添加创建生成ROS节点所需的必要文件的脚本命令，所述必要文件包括消息文件，所述消息文件的文件后缀名为msg；步骤S4.3：根据地面控制中心反馈的话题信息和通信角色信息，通过写文件操作在相应的通信角色生成文件中填入话题名，完成ROS节点生成文件的创建，所述通信角色生成文件的后缀名为cpp，包括发布者节点或订阅者节点生成文件；步骤S4.4：通过写文件操作在自主切换程序中依次添加编译和刷新工作空间、以及启动ROS节点的脚本命令。6.一种集散式...

【专利技术属性】
技术研发人员：高慧敏，江波，徐宏，逄涛，高明柯，
申请(专利权)人：华东计算技术研究所中国电子科技集团公司第三十二研究所，
类型：发明
国别省市：