[发明专利]无人机集群的协作交互方法及无人机的可视导航系统

说明书

技术领域

本发明涉及无人机通信技术领域，特别涉及一种无人机集群的协作交互方法及无人机的可视导航系统。

背景技术

无人机在侦察/监视、通信中继、电子对抗、灾害防治、应急搜索等应用领域需求广泛。传统的无人机控制方法是，通过外界数据通信链路对无人机进行控制，同时GPS(Global Positioning System，全球卫星定位系统)提供定位信息，这种方法存在的问题是，一方面，在有意干扰、近地或在峡谷里、有建筑物遮挡甚至是室内(对于微小型无人机)等条件下，通信链路和GPS信号很容易受阻或缺失，将导致无人机失去或暂时失去控制，另一方面，无人机只能适应相对结构化任务环境的要求，不能解决动态、未组织环境下的自主控制问题，如突然出现未预知的障碍、缺少地理信息的飞行环境等。

针对传统无人机控制的缺陷，现有技术中采用计算机视觉技术对无人机控制，利用机载传感器(如：视觉传感器、惯性导航系统、速度传感器和雷达高度表等)获取的信息进行自主导航，减少无人机对外部设备和环境的依赖。但是，这种方法也存在问题，无人机需要携带的传感设备多，处理的数据量大，同时数据融合处理实时性高，而单架(特别是载重量受限的小型、微型)的无人机载重小，资源和信息处理能力有限。

针对单架无人机存在的问题，利用多架无人机集群协作完成任务，这种方法在可视导航中得到了极大的应用，大幅度提升执行任务能力，现有技术中，采用WiFi、ZigBee等方法实施无人机集群的组网通信，这种方法存在的问题是，无人机的高动态运动会引起网络拓扑的频繁变化，破坏已有的路由信息，导致分组丢失，破坏服务质量。针对上述问题，现有的解决方法是，利用多无人机集群协作进行SLAM(Simultaneous Localization And Mapping，协作定位与地理绘图)。具体地，一种方法是采用集中式体系，在中央规划点处对每架无人机进行控制，这种方法存在的问题是带来了大量的通信和计算需求，在实时和灵活性上有所欠缺。另一种方法是采用分散共标式体系，每架无人机独立规划，这种方法存在的问题是由于规划是基于SLAM数据融合下的信息共享，关联复杂，信息滞后，每对无人机之间均需在一定的时间间隔下相互通信，资源消耗较大的问题，不易适应于高动态无人机集群环境。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一。

为达到上述目的，本发明提出一种无人机集群的协作交互方法，包括以下步骤：S1：无人机集群中的某个无人机确定其通信覆盖范围内满足协作条件的无人机，并根据所述满足协作条件的无人机建立无人机协作组；S2：确定所述无人机协作组中的多架无人机的机间路由；S3：根据所述机间路由的链路状态信息对所述无人机协作组中的多架无人机分配协作任务；S4：根据所述无人机协作组中的多架无人机的运动状态评估所述链路状态，并根据评估结果更新所述无人机协作组的无人机及每架无人机的协作任务。

本发明另一方面还提出一种无人机的可视导航系统，包括：机载传感器，用于获取无人机工作环境信息和导航控制信息；数字地图发生器，用于产生并存储与工作地域相关的地图信息，其中所述地图信息用于规划无人机的工作导航路线；图形图像模型库，用于存储图形图像模型信息，并根据所述无人机工作环境信息更新所述图形图像模型库以及为所述数字地图发生器提供工作环境的视觉信息；综合信息数据库，用于存储当前和历史的可视导航信息，其中所述可视导航信息包括无人机工作路线信息、障碍物信息和特征环境信息；故障检测模块，用于检测无人机可视导航系统的故障；机间通信模块，用于无人机之间协作通信以获得其他无人机获取到的信息；和可视导航信息融合处理综合模块，用于根据所述机载传感器、所述数字地图发生器、所述图形图像模型库、所述综合信息数据库、所述故障检测模块和所述机间通信模块提供的信息进行综合处理，获得用于控制无人机工作的可视导航信息指令，并为所述机载传感器、所述数字地图发生器、所述图形图像模型库、所述综合信息数据库、所述故障检测模块和所述机间通信模块提供所需的信息，以及协调所述机载传感器、所述数字地图发生器、所述图形图像模型库、所述综合信息数据库、所述故障检测模块和所述机间通信模块的工作。