[发明专利]无人系统集群中基于超宽频技术的集群测距方法

说明书

本发明公开了无人系统集群中基于超宽频技术的集群测距方法，本发明逻辑上主要包括五个部分，分别是网络协议框架设计、测距消息生成和测距信息更新、高动态集群自适应改进、测距消息丢失与测距周期不匹配处理、高密集集群自适应改进。本发明首先设计了简洁的协议框架，使得测距的每一边只需要周期的发送测距消息而不是收到消息后立刻回复消息。然后设计了测距消息的数据包的报文结构，同时根据测距消息数据包设计了测距信息的更新方法、距离计算方法。随后，根据更新后的测距消息中的数据，将测距过程设计为根据速度和距离自适应。最终实现了同时支持无线测距和数据传输而在密集且动态的集群中应用超宽频技术的方法。

技术领域

本发明涉及无人系统集群中基于超宽频技术研究领域，特别涉及基于无人机等新兴技术，具体涉及无人系统集群中基于超宽频技术的集群测距方法。

背景技术

随着电子制造业的快速发展，越来越多的空中机器人、地面机器人、可穿戴设备与便携式设备可以在市面上被买到。机器人与设备正逐渐变得更加小型、更加轻型、价格更加低廉，因而也变得广受欢迎。这使得将数十至上千台此类机器设备组合成一个集群并令其通过彼此协作完成复杂任务成为了可能。相比于单个全功能的大型机器人，一个小型机器人与设备集群具有多种优势，包括容错性更好、在部署规模和数量上更灵活、部署速度更快。

机器人与设备集群的三个重要特点：数量大、机动性高、距离近。首先，根据任务的复杂性，数十至上千个机器人与设备将会被部署以协作。其次，微型无人系统、轮式机器人、行走机器人以及可由人类携带的可穿戴设备与便携式设备都可以按照要求快速移动。再者，由于这些机器人与设备尺寸较小，它们可以在较近的距离内协作以完成复杂任务。总之，机器人与设备集群在不久的将来的应用应当是动态且密集的。一个成功的动态且密集的集群应用需要有低延迟通信与实时定位。在没有外部基础设施支持的情况下，预先形成自组网络和集群内相对定位至关重要。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是为无人系统和设备组成的动态且密集的集群设计一种具有简单高效、自适应性强、健壮性、可扩展性、兼容性等优点的基于超宽频技术的集群测距方法，该协议简化现有协议的复杂数据包及协议框架，设计了测距消息的更新方法，大大提高了消息数据包在集群中的传输效率。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：无人系统集群中基于超宽频技术的集群测距方法，包括以下步骤：

步骤1：设计简单的网络协议框架，使得通信的每一边周期地发送测距消息而不是收到消息后立刻回复消息。

步骤2：针对步骤1中的测距消息和协议框架，设计了测距消息数据包的报文结构、测距消息生成和测距信息更新方法。

步骤3：针对步骤2每条测距消息的测距间隔，设计了测距间隔P根据速度和距离自适应，为快速移动的高动态的设置合适的测距消息传输间隔。

步骤4：针对步骤3中使用不同测距间隔带来的测距消息丢失与测距周期不匹配问题，对于不同的情况给出了相应的解决办法。

步骤5：将基于超宽频技术的集群测距方法推广到大规模高密集集群，针对测距消息的报文结构、测距消息生成方法、测距消息更新方法、距离计算方法作出了进一步的改进。

本发明进一步改进在于：所述步骤1包括如下设计：

(1)设计收发双方的协议框架如下：

a)发送方协议框架：

步骤1011.发送方生成测距消息；

步骤1012.发送方广播步骤1011中生成的测距消息；

步骤1013.更新当前设备测距消息；

(b)接收方协议框架：

步骤1021.接收方收到一条测距消息，执行步骤1022；