仿载波监听机制的无人机集群避障系统及其方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113741535A(43)申请公布日2021.12.03(21)申请号202111090581.9(22)申请日2021.09.17(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号(72)发明人段海滨刘云昊邓亦敏魏晨(74)专利代理机构北京慧泉知识产权代理有限公司11232代理人王顺荣唐爱华(51)Int.Cl.G05D1/10(2006.01)权利要求书3页说明书9页附图5页(54)发明名称仿载波监听机制的无人机集群避障系统及其方法(57)摘要本发明公开一种仿载波监听机制的无人机集群避障系统及其方法，该方法包括：步骤一：任务地图网格化，并给定无人机初始位置；步骤二：无人机调整初始位置，并规划运动目标位置；步骤三：无人机预广播并监听位置数据；步骤四：无人机判断是否存在碰撞可能；步骤五：无人机广播并监听位置数据；步骤六：无人机修改、广播并监听位置数据；步骤七：无人机执行运动指令；步骤八：无人机规划目标位置；步骤九：无人机报告冲突；步骤十：无人机报告故障。本发明对于实际环境下的任务执行场景具有很高的应用价值，具有极高的避碰避撞效率，为无人机集群执行任务提供保障。CN113741535ACN113741535A权利要求书1/3页1.一种仿载波监听机制的无人机集群避障方法，其特征在于：该方法步骤如下：步骤一：任务地图网格化，并给定无人机初始位置步骤二：无人机调整初始位置，并规划运动目标位置步骤三：无人机预广播并监听位置数据无人机将自身编号id、当前所在的网格坐标(xn,yn,zn)、目标网格坐标(xt,yt,zt)和移动过的网格数量gnum打包成一条数据帧，按照固定广播频率fb向外广播，同时监听并存储其他无人机的位置信息；步骤四：无人机判断是否存在碰撞可能无人机广播、监听位置数据T1时间，如果监听到其他无人机的当前位置与本机的当前位置重合，则转向步骤九，其中称T1为第一监听周期；T1时间后，无人机将自身的目标位置与存储的其他无人机的当前位置和目标位置数据对比；步骤五：无人机广播并监听位置数据无人机继续广播当前时刻所在的位置数据，并继续监听其他无人机的位置数据，持续时间T2，如果监听到其他无人机的当前位置与本机的当前位置重合，则转向步骤九，其中称T2为第二监听周期；T2时间之后，再次判断位置冲突情况；步骤六：无人机修改、广播并监听位置数据无人机将自身的目标位置修改为自身的当前位置，即令(xt,yt,zt)＝(xn,yn,zn)无人机将修改后的位置数据向外广播出去，并继续监听其他无人机的位置数据，如果监听到其他无人机的当前位置与本机的当前位置重合，则转向步骤九；T2时间之后，直接转向步骤八；步骤七：无人机执行运动指令无人机将规划的目标位置(xt,yt,zt)对应的经度值lont、纬度值latt和高度值ht写入飞行控制模块，驱动无人机向目标位置飞行；将GPS设备得到的定位数据和惯性导航系统计算获得的定位数据通过卡尔曼滤波进行融合，当判断当前位置与目标位置的经纬度误差小于设定的允许误差εp且高度误差小于设定的允许高度误差εh时，即认为无人机已经到达目标位置；执行运动指令期间，无人机持续广播自身的当前位置目标位置信息，并继续监听其他无人机的位置信息，如果监听到其他无人机的当前位置与本机的当前位置重合，则转向步骤九；步骤八：无人机规划目标位置无人机根据自身的任务需求，规划出下一步运动目标位置，运动目标位置限制为当前位置的上、下、左、右、前、后网格中的任意一个中心位置；然后转向步骤三；步骤九：无人机报告冲突无人机立即停止飞行，并发出相应报警信号，无人机操纵员使用遥控器操纵无人机离开冲突点，到达安全位置后，转向步骤三；步骤十：无人机报告故障2CN113741535A权利要求书2/3页无人机如果检测到故障信息，立即发出相应报警信号，无人机操纵员使用遥控器操纵无人机退出任务空间。2.根据权利要求1所述的一种仿载波监听机制的无人机集群避障方法，其特征在于：步骤三所述的监听并存储其他无人机的位置信息，过程如下：如果监听到同一编号的无人机发出的数据信息发生了变化，即认为该编号的无人机位置在监听过程中发生了变化，则将旧数据信息丢弃，按照新的数据信息存储；如果无人机超过监听失效时间T0后仍没有收到某一编号的无人机的数据，则将该无人机存储的数据丢弃；其中，以确保不会因通信阻塞导致碰撞。3.根据权利要求1所述的一种仿载波监听机制的无人机集群避障方法，其特征在于：步骤四所述的T1时间后，无人机将自身的目标位置与存储的其他无人机的当前位置和目标位置数据对比，具体过程如下：其中,表示如果无人机自身的目标位置与所存储的其他无人机的当前位置数据和目标位置数据并无重合；goto→