[发明专利]一种基于分层式结构的集群飞行器协同导航方法

说明书

本发明公开了一种基于分层式结构的集群飞行器协同导航方法，在不同机载定位精度的飞行器集群飞行时，根据定位精度的差异，将飞行器分为高精度层和低精度层两种类型，通过机载传感器获取高精度层飞行器和低精度层的相互距离、相对速度、相对位置以及相对的方位角信息，建立低精度层飞行器的状态方程和所有高精度层飞行器的相对速度量测方程和相对距离量测方程，在此基础上，根据状态方程和量测方程通过卡尔曼滤波程序依次对所有低精度层飞行器的机载定位信息进行修正。与未采用该飞行器协同导航方法的低精度层飞行器相比，本发明在高精度层飞行器数量越多的情况下，对低精度层飞行器的机载定位信息修正作用越好，适合实际使用。

技术领域

本发明涉及一种基于分层式结构的集群飞行器协同导航方法，属于定位与导航技术领域。

背景技术

近年来，无人机集群协同技术日益受到国内外的关注。无人机集群具有工作范围大、可靠性高、可同时执行多重任务、整体效率高等优点，可用于灾害勘测和救援等领域。无人机集群技术，即多架无人机为适应任务要求而进行的某种队形排列和任务分配的组织模式，它既包括集群飞行的队形产生、保持和变化，也包括集群飞行任务的规划和组织，是未来无人机飞行技术发展的一个重要趋势。

飞行器集群飞行中存在着不同用途、不同类型的飞行器协同飞行情况，但是对于不同类型和性能的飞行器组成编队飞行阵列时，由于不同飞行器的导航性能差距较大，使得各飞行器无法同时准确到达既定阵列位置，因而会影响飞行器的整体编队效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于分层式结构的集群飞行器协同导航方法，根据定位精度将飞行器分成高精度层和低精度层，利用高精度层飞行器对低精度层飞行器进行机载定位信息修正，使参与集群飞行的飞行器定位精度得到提高。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于分层式结构的集群飞行器协同导航方法，包括如下步骤：

步骤1，确定所有参与集群飞行的飞行器数量N，N≥3，获取所有飞行器的经度、纬度和高度信息，以及所有飞行器自身机载导航设备定位精度，设定定位精度区分界限，将参与集群飞行的飞行器按照其定位精度分为高精度层飞行器和低精度层飞行器；

步骤2，根据步骤1的分类，确定低精度层飞行器和高精度层飞行器各自的数量N₁和N₂，获取低精度层飞行器i和每一个高精度层飞行器的位置信息以及相互距离，获取低精度层飞行器i相对于每一个高精度层飞行器的相对速度和相对角度，i＝1,2,3,…,N₁；

步骤3，设定低精度层飞行器i的状态量，根据状态量建立低精度层飞行器i的状态方程，并进行离散化；

步骤4，根据步骤2获取的相对速度和相对角度，建立低精度层飞行器i和所有高精度层飞行器的相对速度量测方程；

步骤5，根据步骤2获取的位置信息和相互距离，建立低精度层飞行器i和所有高精度层飞行器的相对距离量测方程；

步骤6，重复步骤4和步骤5，依次建立每个低精度层飞行器和所有高精度层飞行器的相对速度量测方程、相对距离量测方程，将状态方程和量测方程经过卡尔曼滤波后，输出低精度层飞行器i机载导航设备经度、纬度和高度信息修正值进行修正；

步骤7，判断所有低精度层飞行器机载导航设备位置信息是否得到修正，是则导航结束，否则重复步骤3-步骤6。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤3的具体过程为：

步骤31，设定低精度层飞行器i的状态量，状态量表达式为：