【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及信息和自动控制领域，特别设计一种基于长波紫外与无线测距的无人机蜂群与车辆协同系统。
技术介绍
1、随着无人机技术的成熟，大量无人机被应用与侦查、搜索、搜救领域中，而机器人蜂群应用与侦查、搜索、搜救任务时，其效率会更加高效。另外，在无人机蜂群执行上述任务时，人的参与也是十分必要的。首先，人可以实时监控无人机蜂群的搜索结果，其次，人可以根据自身经验制定更加高效的搜索计划，而且，侦查、搜索、搜救任务时，常常需要和外界沟通协作，任务的目标区域也可能存在变化，需要人与外界实时沟通。
2、在上述任务中，人驾驶车辆载具与无人蜂群协作完成任务是一种常见的形式，可以充分发挥无人机蜂群搜索效率的优势与机动性，从而在较短时间内完成对大范围区域的侦查与搜索。在上述搜索模式下，车辆与无人机蜂群构成良好的编队形式是十分必要的，良好的车辆和无人机蜂群的编队构型可以大大提升侦查搜索的效率，另外，无人机与车辆保持相对稳定的位置关系，做为一个整体完成侦查搜索任务，可以对发现的情况和目标进行快速处置，例如，上述车辆与无人机蜂群编队在执行野外潜逃的犯罪人员搜索任务时，当无人机蜂群发现目标后，搜索人员可以驾驶车辆对上述情况采取措施进行快速处置。
3、为此，无人机之间的相对位置，无人机与地面车辆的相对位置的求解是必要的，在无人机蜂群中，只有无人机之间，无人机与地面车辆之间的相对位置已知，上述无人机和车辆才能构建合理的队形来共同完成任务。常见的相对位置求解方法是利用gps/北斗等获取每个无人机及车辆的位置信息，然后求差值得到相对位置关系
4、1、基于uwb的相对测距手段。但由于uwb本身有效距离较短，通常来说，其定位距离不超过100m，故而上述方案仅适合室内或者小场景定位。
5、2、基于已知地理特征或者slam定位算法的相对位置求解。上述算法依赖于已知的先验信息，例如该环境的已知的图像信息与点云信息，该环境中已知地理特征的形状信息与位置信息等，对于完全陌生的野外环境来说，上述方案无法很好地正常工作。
6、3、基于互测量的定位手段。上述定位手段主要依赖于无人机之间，无人机与车辆之间相对位置的直接测量，通过解算相对距离和相对角度完成无人机之间的互定位。通常，我们可以通过lte或者主动光源特征完成距离测量，通过相机完成相对角度的测量从而确定位置。但上述方案的缺点是，一旦需要互相确定位置的两个目标之间有遮挡，上述定位算法将会失效，直至遮挡消除。
7、可以看到，目前应用于无人机蜂群之间，无人机与车辆之间不依赖与gps/北斗等卫星导航信息的算法均存在一定缺陷，人驾驶车辆与无人蜂群协同完成侦查、搜索等任务时，在gps/北斗等卫星导航信息不可用的情况下会存在一定困难。故而，在车辆和无人机蜂群协同进行侦查搜索任务时，对整个无人机蜂群控制算法，车辆和无人机蜂群协同算法，车辆和无人机蜂群相互定位算法进行良好统一的设计，可以使得整个体系完成任务时，可靠性更高，效率更高。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，构建一种在卫星导航信息不可用的情况下，无人蜂群与有人驾驶车辆可以协作完成侦查搜索任务的协同系统。在该协同系统中，可以通过基于长波紫外与lte测距的方法完成无人机蜂群与有人驾驶的车辆相互之间位置的确定；车辆驾驶人员可以根据任务需要设置无人机蜂群距离车辆的相对位置；蜂群-车辆相对位置控制方法保证无人机蜂群的位置与人期望无人蜂群与车辆的相对位置尽可能接近，并保证无人机蜂群与有人驾驶的车辆相互之间位置测定方法稳定运行。
2、为了解决上述技术问题，第一方面，本专利技术提供了一种带有长波紫外感知系统与无线测距系统的无人机、固定于操作人员驾驶车辆顶部的定结构长波紫外发生器、车载无人机蜂群交互控制系统。
3、所述车载无人蜂群交互控制系统与带有长波之外与无线测距能力的无人机通过通讯设备连接，且具备通过无线通讯测量两者之间距离的能力；
4、所述车载无人蜂群交互控制系统可以与操作人员交互并接受操作人员的控制指令，所述车载无人蜂群交互控制系统可以控制无人机蜂群编队；
5、所述无人机可以通过长波紫外感知系统测量固定与操作人员驾驶车辆顶部的定结构长波紫外发生器位于无人机的方位角度。
6、在一个实施例中，所述带有长波紫外感知系统与无线测距系统的无人机包括：机体、动力及姿态控制装置、飞行控制与管理设备、飞行姿态测量系统、lte通信系统、uwb机间通信系统、可见光传感系统、长波紫外感知系统。
7、所述动力系统、飞行控制与管理设备、飞行姿态测量系统、led通信系统、uwb机间通信系统、可见光传感系统、长波紫外感知系统均安装于机体上。
8、所述飞行姿态测量系统、lte通信系统，uwb机间通信系统、可见光传感系统、长波紫外感知系统均与飞行控制与管理设备连接；飞行控制管理设备为上述模块提供计算支持。
9、所述飞行控制与管理设备与动力及姿态控制装置连接，并实时控制动力及姿态控制装置。
10、在一个实施例中，所述动力及姿态控制装置包括电池、电机、螺旋桨、舵机、副翼，负责控制无人机的姿态并为无人机提供动力。
11、在一个实施例中，所述飞行控制与管理设备有一个高性能嵌入式计算机及配套外围电路及保护壳构成。
12、在一个实施例中，所述飞行姿态测量系统由imu、气压计、重力传感器构成。
13、在一个实施例中，所述lte通信系统由lte通讯模组、天线构成；所述lte通讯系统具备无线测距能力，可以测量距离车载无人蜂群交互控制系统中lte通讯模组的通讯距离。
14、在一个实施例中，所述uwb机间通讯系统用于无人机之间的通讯与距离测量。
15、在一个实施例中，所述可见光传感系统由三轴相机云台、可见光相机构成，所述三轴相机云台布置与机体前方，所述可见光相机与所述三轴相机云台连接，所述可见光相机用于目标的侦查感知。
16、所述可见光相机可以通过lte通讯模组将图像回传到车载无人蜂群交互控制系统。
17、在一个实施例中，所述长波紫外感知系统由三轴相机云台、长波紫外滤光片、长波紫外相机构成，所述三轴相机云台布置与机体后方，所述长波紫外相机与所述三轴相机云台连接；
18、所述三轴相机云台具备重力传感系统与相机姿态测量系统，可以测量云台本身的姿态与相机相对与云台的姿态；
19、所述长波紫外滤光片用于滤除长波紫外以外的光线。
20、在一个实施例中，所述固定于操作人员驾驶车辆顶部的定结构长波紫外发生器包括：长波紫外线灯、电池与控制电路、定结构的长波紫本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于长波紫外与无线测距的无人机蜂群与车辆协同系统，其特征在于：包括带有长波紫外感知系统与无线测距系统的无人机、固定于操作人员驾驶车辆顶部的定结构长波紫外发生器、车载无人机蜂群交互控制系统。
2.如权利要求1所述基于长波紫外与无线测距的无人机蜂群与车辆协同系统，其特征在于：所述车载无人蜂群交互控制系统与带有长波之外与无线测距能力的无人机通过通讯设备连接，且具备通过无线通讯测量两者之间距离的能力；所述车载无人蜂群交互控制系统可以与操作人员交互并接受操作人员的控制指令；所述车载无人蜂群交互控制系统可以控制无人机蜂群编队；所述无人机可以通过长波紫外感知系统测量固定与操作人员驾驶车辆顶部的定结构长波紫外发生器位于无人机的方位角度。
3.如权利要求1所述基于长波紫外与无线测距的无人机蜂群与车辆协同系统，其特征在于：所述带有长波紫外感知系统与无线测距系统的无人机包括：机体、动力及姿态控制装置、飞行控制与管理设备、飞行姿态测量系统、LTE通信系统、UWB机间通信系统、可见光传感系统、长波紫外感知系统；所述动力系统、飞行控制与管理设备、飞行姿态测量系统、LED通信系统、
4.如权利要求3所述基于长波紫外与无线测距的无人机蜂群与车辆协同系统，其特征在于：所述带有长波紫外感知系统与无线测距系统的无人机，所述动力及姿态控制装置包括电池、电机、螺旋桨、舵机、副翼，负责控制无人机的姿态并为无人机提供动力；所述飞行控制与管理设备有一个高性能嵌入式计算机及配套外围电路及保护壳构成；所述飞行姿态测量系统由IMU、气压计、重力传感器构成；述LTE通信系统由LTE通讯模组、天线构成；所述LTE通讯系统具备无线测距能力，可以测量距离车载无人蜂群交互控制系统中LTE通讯模组的通讯距离；所述UWB机间通讯系统用于无人机之间的通讯与距离测量。
5.如权利要求3所述基于长波紫外与无线测距的无人机蜂群与车辆协同系统，带有长波紫外感知系统与无线测距系统的无人机，其特征在于，所述可见光传感系统由三轴相机云台、可见光相机构成，所述三轴相机云台布置与机体前方，所述可见光相机与所述三轴相机云台连接，所述可见光相机用于目标的侦查感知；所述可见光相机可以通过LTE通讯模组将图像回传到车载无人蜂群交互控制系统。
6.如权利要求3所述基于长波紫外与无线测距的无人机蜂群与车辆协同系统，其特征在于：所述长波紫外感知系统由三轴相机云台、长波紫外滤光片、长波紫外相机构成，所述三轴相机云台布置与机体后方，所述长波紫外相机与所述三轴相机云台连接；所述三轴相机云台具备重力传感系统与相机姿态测量系统，可以测量云台本身的姿态与相机相对与云台的姿态；所述长波紫外滤光片用于滤除长波紫外以外的光线。
7.如权利要求1所述基于长波紫外与无线测距的无人机蜂群与车辆协同系统，其特征在于，所述固定于操作人员驾驶车辆顶部的定结构长波紫外发生器包括：长波紫外线灯、电池与控制电路、定结构的长波紫外线灯固定架；所述固定于操作人员驾驶车辆顶部的定结构长波紫外发生器的安装位置是位于操作人员驾驶车辆顶部；所述长波紫外线灯具备产生长波紫外光源的能力；所述电池与控制电路为长波紫外线灯提供电能并控制长波紫外线灯的通断；所述定结构的长波紫外线灯固定架的结构大小是经过预先测量的，在长波紫外线灯的相应位置安装长波紫外线灯。
8.如权利要求1所述基于长波紫外与无线测距的无人机蜂群与车辆协同系统，其特征在于，所述车载无人蜂群交互控制系统包括：显示器、控制与处理计算系统、语音播报与交互系统、LTE通信系统；所述显示器、语音播报与交互系统、LTE通信系统与所述控制与处理计算系统连接；所述显示器用于显示无人机回传的可见光图像信息，所述显示器还可以用于显示无人机蜂群状态信息，控制命令信息；所述控制与处理计算系统由一台高性能计算机构成；所述控制与处理计算系统用于控制无人机蜂群；所述语音播报与交互系统由麦克风与扬声器构成，所述麦克风将操作人员的语音控制命令传回控制与处理计算系统，并由控制与处理计算系统识别；所述LTE通讯系统由LTE通讯模组、天线构成；所述LTE通讯系统可以和无人机蜂群中的全部无人机连接通讯。
9.如权利要求1所述基于长波紫外与无线测距的无人机蜂群与车辆协同系统，其特征在于：蜂群-车辆相对位置控制方法，所述方法包括：S1、无人机蜂群操控人员通过车载...
【技术特征摘要】
1.基于长波紫外与无线测距的无人机蜂群与车辆协同系统，其特征在于：包括带有长波紫外感知系统与无线测距系统的无人机、固定于操作人员驾驶车辆顶部的定结构长波紫外发生器、车载无人机蜂群交互控制系统。
2.如权利要求1所述基于长波紫外与无线测距的无人机蜂群与车辆协同系统，其特征在于：所述车载无人蜂群交互控制系统与带有长波之外与无线测距能力的无人机通过通讯设备连接，且具备通过无线通讯测量两者之间距离的能力；所述车载无人蜂群交互控制系统可以与操作人员交互并接受操作人员的控制指令；所述车载无人蜂群交互控制系统可以控制无人机蜂群编队；所述无人机可以通过长波紫外感知系统测量固定与操作人员驾驶车辆顶部的定结构长波紫外发生器位于无人机的方位角度。
3.如权利要求1所述基于长波紫外与无线测距的无人机蜂群与车辆协同系统，其特征在于：所述带有长波紫外感知系统与无线测距系统的无人机包括：机体、动力及姿态控制装置、飞行控制与管理设备、飞行姿态测量系统、lte通信系统、uwb机间通信系统、可见光传感系统、长波紫外感知系统；所述动力系统、飞行控制与管理设备、飞行姿态测量系统、led通信系统、uwb机间通信系统、可见光传感系统、长波紫外感知系统均安装于机体上；所述飞行姿态测量系统、lte通信系统，uwb机间通信系统、可见光传感系统、长波紫外感知系统均与飞行控制与管理设备连接；飞行控制管理设备为上述模块提供计算支持；所述飞行控制与管理设备与动力及姿态控制装置连接，并实时控制动力及姿态控制装置。
4.如权利要求3所述基于长波紫外与无线测距的无人机蜂群与车辆协同系统，其特征在于：所述带有长波紫外感知系统与无线测距系统的无人机，所述动力及姿态控制装置包括电池、电机、螺旋桨、舵机、副翼，负责控制无人机的姿态并为无人机提供动力；所述飞行控制与管理设备有一个高性能嵌入式计算机及配套外围电路及保护壳构成；所述飞行姿态测量系统由imu、气压计、重力传感器构成；述lte通信系统由lte通讯模组、天线构成；所述lte通讯系统具备无线测距能力，可以测量距离车载无人蜂群交互控制系统中lte通讯模组的通讯距离；所述uwb机间通讯系统用于无人机之间的通讯与距离测量。
5.如权利要求3所述基于长波紫外与无线测距的无人机蜂群与车辆协同系统，带有长波紫外感知系统与无线测距系统的无人机，其特征在于，所述可见光传感系统由三轴相机云台、可见光相机构成，所述三轴相机云台布置与机体前方，所述可见光相机与所述三轴相机云台连接，所述可见光相机用于目标的侦查感知；所述可见光相机可以通过lte通讯模组将图像回传到车载无人蜂群交互控制系统。
6.如权利要求3所述基于长波紫外与无线测距的无人机蜂群与车辆协同系统，其特征在于：所述长波紫外感知系统由三轴相机云台、长波紫外滤光片、长波紫外相机构成，所述三轴相机云台布置与机体后方，所述长波紫外相机与所述三轴相机云台连接；所述三轴相机云台具备重力传感系统与相机姿态测量系统，可以测量云台本身的姿态与相机相对与云台的姿态；所述长波紫外滤光片用于滤除长波紫外以外的光线。
7.如权利要求1所述基于长波紫外与无线测距的无人机蜂群与车辆协同系统，其特征在于，所述固定于操作人员驾驶车辆顶部的定结构长波紫外发生器包括：长波紫外线灯、电池与控制电路、定结构的长波紫外线灯固定架；所述固定于操作人员驾驶车辆顶部的定结构长波紫外发生器的安装位置是位于操作人员驾驶车辆顶部；所述长波紫外线灯具备产生长波紫外光源的能力；所述电池与控制电路为长波紫外线灯提供电能并控制长波紫外线灯的通断；所述定结构的长波紫外线灯固定架的结构大小是经过预先测量的，在长波紫外线灯的相应位置安装长波紫外线灯。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：买瑞敏，李恩华，尹兆杰，冯令兵，毕富国，
申请(专利权)人：中国兵器装备集团兵器装备研究所，
类型：发明
国别省市：
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