一种无人机集群控制系统及方法与流程

本发明属于无人机飞行控制技术领域，具体涉及的是一种多旋翼无人飞行器的集群飞行控制系统及方法。

背景技术：

目前多旋翼无人飞行器被广泛应用于航拍、测绘以及救援等领域。通常多旋翼无人飞行器都是一对一通过地面站进行控制飞行，而随着多旋翼无人飞行器在编队表演，大面积测绘及集群组合搜索等方面的广泛引用，采用单一的控制方式难以满足用户的实际需求，其不但无规律可言，无法达到表演、测绘及搜索的目的，而且由于不同的无人机控制节奏和方式不一致，极易发生碰撞，导致无人机损坏。

技术实现要素：

为此，本发明的目的在于提供一种多旋翼无人飞行器的集群飞行控制系统及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种无人机集群控制系统，包括：

若干无人机，包括一主机及若干从机，且所述主机及若干从机上均设置有一飞控模块；

一地面控制站，用于进行任务规划，并反馈所述任务规划到与地面控制站建立通讯连接的主机和所有从机；

其中，所述主机根据获取的任务规划进行飞行，且飞行过程中同时将自身的位置和速度信息发送给所有连接到地面控制站的从机，所述从机根据来自主机的位置和速度信息，结合来自地面控制站的任务规划，跟随主机飞行。

进一步地，每一无人机上均设置有一第一无线数据传输模块；所述地面控制站设置有一第二无线数据传输模块，所述地面控制站通过第二无线数据传输模块与每一无人机上的第一无线数据传输模块建立无线通讯连接。

进一步地，所述任务规划包括飞行航线规划、飞行速度规划、飞行高度规划、飞行队形规划以及相互间距规划。

进一步地，所述地面控制站中对应安装有一用于实现任务规划的软件控制程序以及一通过所述软件控制程序对应驱动的用于规划无人机队形和无人机间距的棋盘格式显示操作界面、以及一通过所述软件控制程序对应驱动的用于规划无人机飞行航线和飞行速度、飞行高度的显示操作界面。

进一步地，所述地面控制站还用于根据实现任务规划的软件控制程序对所有连接到地面控制站的无人机进行编号，且编号最小的设定为主机，其他则设定为从机。

另外，本发明还提供了一种无人机集群控制方法，包括：

建立地面控制站与所有无人机之间的通讯连接；

设定与地面控制站通讯连接的主机及若干从机；

通过地面控制站对所有无人机进行任务规划，并将所述任务规划内容发送给所述主机和从机；

所述主机根据任务规划进行飞行，并将自身的位置和速度信息发送给所有从机；

所述从机根据来自主机的位置和速度信息，结合来自地面控制站的任务规划，跟随主机飞行。

进一步地，设定与地面控制站通讯连接的主机及若干从机，包括：

对所有连接到地面控制站的无人机进行编号，且编号最小的设定为主机，其他则设定为从机。

进一步地，通过地面控制站对所有无人机进行任务规划，并将所述任务规划内容发送给所述主机和从机，包括：

通过地面控制站对所有无人机进行飞行航线规划、飞行速度规划、飞行高度规划、飞行队形规划以及相互间距规划，且将所述任务规划内容发送给所述主机和从机。

进一步地，所述主机根据任务规划进行飞行，并将自身的位置和速度信息发送给所有从机，包括：

通过地面控制站控制所有无人机起飞，同时发送任务规划给主机，控制主机按照规划内容飞行，而主机飞行过程中同时向其他飞行中的从机发送自身位置、速度和高度信息。

进一步地，所述从机根据来自主机的位置和速度信息，结合来自地面控制站的任务规划，跟随主机飞行，包括：

从机通过任务规划及依据自身编号，获取自身在规划队形中的位置信息，并根据主机的位置和速度信息，保持相对位置的情况下跟随主机运动，且在完成任务规划后，通过地面控制站控制返航降落。

本发明提供的无人机集群控制方法，通过对所有无人机进行任务规划，并将任务规划内容发送给主机和从机，而在主机执行任务进行飞行时将自身的位置和速度信息发送给其他所有从机，对应地，从机根据任务规划跟随主机飞行。与现有技术相比，本发明能够实现同一时刻一个操控人员对多架无人机的控制，能够完成单一无人机所无法实现的编队表演、大范围搜索或测绘等任务。

附图说明

图1为本发明无人机集群控制系统原理框图；

图2为本发明规划无人机队形和无人机间距的棋盘格式显示操作界面示意图；

图3为本发明规划无人机飞行航线和飞行速度、飞行高度的显示操作界面示意图；

图4为本发明无人机集群控制方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1所示，图1为本发明无人机集群控制系统原理框图。本发明提供了一种无人机集群控制系统，其包括有地面控制站以及多个无人机。

其中每个无人机上都设置有一个飞控模块和一个第一无线数据传输模块，第一无线数据传输模块包括天线、空中射频模块、总线接口，天线设置在空中射频模块上方，总线接口与空中射频模块相连接，无人机飞控模块和第一无线数据传输模块通过总线接口相连接。

地面控制站内设置有控制电路板和显示屏，所述控制电路板上对应设置有控制芯片、用于存储软件控制程序的存储芯片以及第二无线数据传输模块，第二无线数据传输模块与控制芯片连接，控制芯片与存储芯片连接。地面控制站利用第二无线数据传输模块与无人机的第一无线数据传输模块建立的通讯连接，实现对无人机的控制。

另外，地面控制站主要用于对所述无人机集群进行任务规划，并将任务规划数据通过第二无线数据传输模块发送给第一无线数据传输模块，而第一无线数据传输模块则将该任务规划数据发送给无人机飞控模块，从而实现对无人机的飞行控制，而同时保持集群中各无人机之间的相互通信。无人机用于执行地面站通过无线数据传输模块发送的任务规划数据，每架无人机有其专有的区别于集群中其他飞机的编号，该编号可由地面站获取，其中，将集群中可连接到的编号最小的无人机设定为主机，其他无人机设定为从机。

需要说明的是，本发明中任务规划包括飞行航线规划、飞行速度规划、飞行高度规划、飞行队形规划以及相互间距规划。

本系统中无人机之间的相互通信采用广播的方式，即任意一个无线数据传输模块发送的数据均可以被集群中的其他所有无线数据传输模块获取。

由于地面控制站的控制电路板上设置有存储芯片，该存储芯片中对应存储有用于实现任务规划的软件控制程序，通过该软件控制程序可对应驱动用于规划无人机队形和无人机间距的棋盘格式显示操作界面(见图2)。

另外，存储芯片中对应存储的软件控制程序还可对应驱动用于规划无人机飞行航线和飞行速度、飞行高度的显示操作界面(见图3)。

以上是对本发明无人机集群控制系统的说明，下面将结合附图4对本发明无人机集群控制方法做进一步的描述。

如图4所示，图4为本发明无人机集群控制方法流程图。本发明还提供了一种无人机集群控制方法，其具体包括步骤如下：

S1、建立地面控制站和无人机之间的通讯连接；

通过地面控制站的第二无线数据传输模块与无人机的第一无线数据传输模块建立无线通讯连接，连接成功后，地面控制站获取当前集群中的无人机的数量以及编号，并在地面控制站中显示。

其中，在无人机和地面控制站通电后，无人机会自动发送自身的信息至地面控制站，发送的信息包括自身的编号、姿态、电量、位置、高度和速度。

S2、地面控制站规划任务；

使用地面控制站对集群无人机进行任务规划。所述规划内容包括飞行航线、飞行速度、高度、无人机队形以及无人机间距。

其中每架无人机都有其专有的区别于集群中其他飞机的编号，该编号可由地面控制站获取，可以将集群中可连接到地面控制站编号最小的无人机设定为主机，而其他无人机设定为从机。

任务规划中的飞行航线的规划是选取集群中的一架飞机，对其进行航线规划，但飞行航线、飞行速度、高度、无人机队形以及无人机间距等规划内容上传至集群中的每一架飞机。

飞行航线是给定无人机飞行的目标经纬度，无人机队形的规划是在地面站中拖动相应无人机的图标来实现，地面站显示有棋盘格，无人机图标在棋盘格中，通过设置棋盘格的单位距离来设置无人机的间距。

第二无线数据传输模块将地面控制站规划的任务内容，包括飞行航线、飞行速度、高度、无人机队形以及无人机间距传送至集群中的无人机。

对应地，任务规划对应在棋盘格上能够显示有集群中的无人机，通过在对应的操作显示界面上操作，可以拖动相应编号的无人机，改变无人机在棋盘格中的位置从而改变无人机集群的队形，或者通过设置棋盘格的宽度来设置无人机的间距，以及选取一架无人机在操作显示界面中规划航线、飞行速度和高度来实现对不同无人机的飞行速度、高度以及航线进行规划。

S3、控制无人机起飞；

通过点击地面控制站实现对无人机的一键起飞控制，也可通过无人机配套的遥控器控制其起飞。

S4、发送并执行规划任务；

当无人机起飞之后，通过地面控制站发送规划任务，任务发送后，主机接收到规划任务则按照规划航线、速度和高度进行飞行，各个从机则按照规划的队形和间距，自动计算自身与主机之间应该保持的相对位置。

在飞行过程中，主机向其他从机发送自身的位置、速度和高度，各个从机则以规划任务中与主机应保持的相对位置为目标位置，以主机的速度为目标速度，保持与主机的相对位置不变，对主机进行跟随。

S5：返航并降落。

执行完规划任务后，通过地面控制站对应的操作可实现点击返航，此时无人机集群则返回至起飞位置。

而如果地面控制站点击降落，则无人机集群自动降落至地面。特别的，若希望集群在当前位置而不是起飞点降落，则可以不点击返航，直接进行降落。

综上所述，本发明通过地面控制站对所有无人机进行任务规划，并将任务规划内容发送给主机和从机，而在主机执行任务进行飞行时将自身的位置和速度信息发送给其他所有从机，而从机根据任务规划对应跟随主机飞行。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。