[发明专利]无人机群三维协同定位方法

说明书

本发明公开了一种无人机群三维协同定位方法，主要解决现有方法仅采用GPS对无人机群进行定位误差较大的问题。其方案是：无人机群中所有无人机将自身GPS定位坐标发送给承担计算任务的中心无人机；测试无人机群中两两无人机之间的距离，并将测得的距离信息发送给中心无人机；中心无人机将接收的距离信息构建成距离矩阵，根据距离矩阵采用多维尺度分析算法得到无人机群中所有无人机的相对坐标；中心无人机采用最小二乘原则将相对坐标向GPS定位坐标作变换，计算无人机的绝对坐标，发送给整个无人机群。本发明能减小GPS定位误差，准确估计无人机位置，可用于无人机群协同完成快递运输、灾情监测、农业生产、编队表演及作战任务的路径规划。

技术领域

本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种定位方法，可用于无人机群协同完成快递运输、灾情监测、农业生产、编队表演及作战任务的路径规划。

背景技术

现阶段，无人机技术的发展导致了无人机的市场需求急速上升。无人机最初应用于军事领域，因其具有成本低、体积小、机动性强等优点而成为信息化作战不可或缺的武器装备，在军事侦查、监测和打击中发挥着重要作用。后期随着无人机技术的发展，无人机开始广泛应用于民用领域，包括快递运输、灾情监测、农业生产及编队表演等。由于单个无人机的生存能力差，无法完成复杂的任务，所以多以无人机群的形式协同完成任务。作为无人机技术中的关键技术，定位技术引起了广泛关注。只有实现对无人机的定位，才能进行路径规划、编队飞行和任务分配。

目前，多采用GPS、差分GPS或是GPS增强系统对无人机进行定位。然而，仅采用GPS对无人机进行定位存在着较大的误差，尤其是在高度的测量上。差分GPS通过接收基站发送的改正数消去了基准站和用户站的共同误差，提高了定位精度，但仍然存在着一定的定位误差。GPS增强系统能够提供较高的定位精度，但是价格昂贵，限制了其在无人机群定位中的应用。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种融合GPS的无人机群三维协同定位方法，以在成本小于GPS增强系统的条件下，减小GPS或差分GPS的定位误差，实现对无人机的精确定位。

本发明的技术方案是：对多维尺度分析MDS算法进行改进，通过改进后的算法计算无人机的相对坐标，并采用最小二乘原则将该相对坐标变换到GPS的定位坐标，提高定位精度，其实现步骤包括如下：

(1)无人机群中的所有无人机将自身的GPS定位坐标G发送给承担计算任务的中心无人机，其中G＝{g_i}，g_i为第i台无人机的GPS定位坐标，i＝1,2,…,N，N为无人机数量；

(2)通过信号到达时间或是接收信号强度等方法测试无人机群中两两无人机之间的距离，并将测得的距离信息d_ij发送给中心无人机，其中，d_ij为第i台无人机与第j台无人机之间的距离，i,j＝1,2,…,N；

(3)中心无人机将接收的距离信息构建成距离矩阵D，根据距离矩阵D采用改进的多维尺度分析算法，计算无人机群中所有无人机的相对坐标C；

(4)中心无人机采用最小二乘原则将所有无人机的相对坐标C变换到GPS的定位坐标G中，得到无人机群中所有无人机的绝对坐标X，并发送给整个无人机群。

本发明具有以下优点：

1.本发明将多维尺度分析算法应用到无人机定位中，通过测试无人机群中的两两无人机之间的距离获得距离矩阵，对距离矩阵采用改进的多维尺度分析算法得到所有无人机的相对坐标，实现了无人机群的协同定位，且硬件实现简单，定位精度对测距误差不敏感。

2.本发明采用最小二乘原则将相对坐标向GPS定位坐标作坐标变换，在将相对坐标向绝对坐标变换的同时，也修正了GPS的定位误差，提高了GPS的定位精度。

附图说明

图1是本发明的实现流程图；