多无人机集群对地观测系统及其编队控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于飞行控制技术领域，涉及一种多无人机集群对地观测系统及编队控制 方法。
【背景技术】
[0002] 无人机是信息化的高技术武器装备特别适用于未来信息化战争，微小型无人机以 其尺寸小、机动灵活、成本低等优势在军、民领域都具有广泛的应用前景。然而受制于载荷 限制，单个无人机搭载的相机等传感器受制于视场角、遮挡等限制，无法完成快速、精确、全 局的信息获取。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种多无人机集群对地观测系统及其编队控制方法，以解决 目前单无人机对地观测效率低、成本高的问题。
[0004] 本发明所采用的第一种技术方案是，多无人机集群对地观测系统，包括若干个无 人机，在地面设置若干个地面站与各个无人机一一对应，各个地面站之间通过任务管理机 进行信息交互；
[0005] 无人机发送航点信息至对应的地面站；各个地面站用于接收对应无人机发送来的 航点信息，并将航点信息发送至任务管理机；任务管理机用于接收各个地面站发送来的航 点信息，并根据航点信息对各个无人机进行队形控制。
[0006] 进一步的，无人机上均设有飞行控制器，各个飞行控制器均用于加载航点信息并 将其发送至对应的地面站。
[0007] 进一步的，每个无人机上均设有传感器，各个传感器均通过图传发射机发送数据 到多路视频处理系统，多路视频处理系统与任务管理机交互。
[0008] 进一步的，任务管理机包括相互通信连接的飞行任务接口模块和DDS飞行任务数 据解析中心；
[0009] 飞行任务接口模块，用于规划无人机的编队指令，并将编队指令发送至DDS飞行 任务数据解析中心，还用于接收DDS飞行任务数据解析中心反馈的无人机的实时编队信 息，以调整飞行任务接口模块规划的编队指令；
[0010] DDS飞行任务数据解析中心，用于接收飞行任务接口模块发送来的编队指令，并将 接收到的编队指令通过地面站发送至对应的无人机的飞行控制器，还用于将各个无人机反 馈回来的无人机的实时编队信息发送给飞行任务接口模块。
[0011] 进一步的，无人机的编队指令包括无人机的队形、航线和/或速度，传感器的指令 信息包括传感器的状态和位姿。
[0012] 本发明提供的第二种技术方案是，前述观测系统的编队控制方法，由任务管理机 中的飞行任务接口模块规划无人机的编队指令和传感器的指令信息，并将无人机的编队指 令和传感器的指令信息经对应的地面站上传到对应的无人机。
[0013] 进一步的，无人机的编队指令经对应地面站发送至对应飞行控制器上，由飞行控 制器生成相应的机动指令来控制无人机以相应的速度飞到相应的位置；传感器的指令信息 经对应地面站发送至对应无人机的飞行控制器上，并由飞行控制器把指令传递给传感器。
[0014] 进一步的，无人机由操作人员通过遥控器手动起飞，待飞行平稳后手动切入到自 动模式，由地面站发送的控制指令进行机动飞行。
[0015] 进一步的，每个地面站和与其对应的无人机上均设置有一组通信电台，每组通信 电台的频率一致，各组通信电台之间的频率不同。
[0016] 进一步的，无人机的编队指令和传感器的指令信息均采用分布式数据分发协议， 以自定义的数据格式传送给对应的地面站，自定义的数据格式见表：
[0017] 表L自定义的数据格式
[0018]
【主权项】
1. 多无人机集群对地观测系统，其特征在于，包括若干个无人机（I)，在地面设置若干 个地面站（2)与所述的各个无人机（1) 一一对应，所述各个地面站（2)之间通过任务管理 机（3)进行信息交互； 所述无人机（1)发送航点信息至对应的地面站（2);所述的各个地面站（2)用于接收 对应无人机（1)发送来的航点信息，并将所述航点信息发送至任务管理机（3);所述任务管 理机（3)用于接收各个地面站（2)发送来的航点信息，并根据所述航点信息对各个无人机 (1)进行队形控制。
2. 如权利要求1所述的多无人机集群对地观测系统，其特征在于，每个所述无人机（1) 上均设有飞行控制器（4)，所述各个飞行控制器（4)均用于加载航点信息并将其发送至对 应的地面站（2)。
3. 如权利要求1或2所述的多无人机集群对地观测系统，其特征在于，每个所述无人机 (1)上均设有传感器（5)，所述各个传感器（5)均通过图传发射机发送数据到多路视频处理 系统（6)，所述的多路视频处理系统（6)与任务管理机（3)交互。
4. 如权利要求3所述的多无人机集群对地观测系统，其特征在于，所述的任务管理机 ⑶包括相互通信连接的飞行任务接口模块（7)和DDS飞行任务数据解析中心⑶； 所述的飞行任务接口模块（7)，用于规划无人机的编队指令，并将所述的编队指令发送 至DDS飞行任务数据解析中心（8)，还用于接收DDS飞行任务数据解析中心（8)反馈的无人 机⑴的实时编队信息，以调整飞行任务接口模块（7)规划的编队指令； 所述的DDS飞行任务数据解析中心（8)，用于接收所述的飞行任务接口模块（7)发送 来的编队指令，并将接收到的编队指令通过地面站（2)发送至对应的无人机的飞行控制器 (4)，还用于将各个无人机（1)反馈回来的无人机（1)的实时编队信息发送给飞行任务接口 模块（7)。
5. 如权利要求4所述的所述的多无人机集群对地观测系统，其特征在于，所述的无人 机（1)的编队指令包括无人机的队形、航线和/或速度，所述的传感器（5)的指令信息包括 传感器的状态和位姿。
6. 如权利要求1至5中任意一项所述的观测系统的编队控制方法，其特征在于，由所 述任务管理机（3)中的飞行任务接口模块（7)规划无人机（1)的编队指令和传感器（5)的 指令信息，并将所述的无人机（1)的编队指令和传感器（5)的指令信息经对应的地面站（2) 上传到对应的无人机（1)。
7. 如权利要求6所述的所述的观测系统的编队控制方法，其特征在于，所述的无人机 (1)的编队指令经对应地面站⑵发送至对应飞行控制器⑷上，由所述的飞行控制器（4) 生成相应的机动指令来控制无人机（1)以相应的速度飞到相应的位置；所述的传感器（5) 的指令信息经对应地面站（2)发送至对应无人机（1)的飞行控制器（4)上，并由所述的飞 行控制器（4)把指令传递给传感器（5)。
8. 如权利要求6所述的所述的观测系统的编队控制方法，其特征在于，所述的无人机 (1)由操作人员通过遥控器手动起飞，待飞行平稳后手动切入到自动模式，由地面站（2)发 送的控制指令进行机动飞行。
9. 如权利要求6所述的所述的观测系统的编队控制方法，其特征在于，所述的每个地 面站（2)和与其对应的无人机（1)上均设置有一组通信电台，所述的每组通信电台的频率 一致，所述的各组通信电台之间的频率不同。
10.如权利要求6所述的所述的观测系统的编队控制方法，其特征在于，所述的无人机 (1)的编队指令和传感器（5)的指令信息均采用分布式数据分发协议，以自定义的数据格 式传送给对应的地面站（2)，所述的自定义的数据格式见表1 : 表1.自定义的数据格式
【专利摘要】本发明公开了一种多无人机集群对地观测系统及其编队控制方法，包括若干个无人机，在地面设置若干个地面站与各个无人机一一对应，各个地面站之间通过任务管理机进行信息交互；无人机发送航点信息至对应的地面站；各个地面站用于接收对应无人机发送来的航点信息，并将航点信息发送至任务管理机；任务管理机用于接收各个地面站发送来的航点信息，并根据航点信息对各个无人机进行队形控制，该系统和方法能够通过精密编队实现在多种环境下的多模式、多角度、高可靠的数据获取能力，操作简单、高效，系统稳定可靠。
【IPC分类】G05D1-10
【公开号】CN104820431
【申请号】CN201510233143
【发明人】唐统国, 侯俊, 赵春晖, 吕洋, 朱海锋, 张庆春, 姜珊, 祝凯旋
【申请人】西北工业大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年5月8日