CN105116908B - 无人机视觉编队协同的通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无人机视觉编队协同的通信方法，包括：各飞机GPS授时系统同步激励视觉传感器进行图像采集；各机本地WALSH序列产生器在所述GPS授时系统激励下产生扩频序列，对由飞机位置、姿态和视觉图像组成的数据帧进行扩频处理；各僚机将扩频后的数据调制到预定频段后发送给长机，其中，发送时机由所述GPS授时系统同步触发；长机中的多路扩频序列跟踪环对所述数据帧进行解扩，以得到各机发来飞机位置、姿态和视觉图像；之后长机可按照通常的方法进行三维重建。该方法可以方便、高效地完成多个无人机得到视觉图像的传输和获取。

Description

无人机视觉编队协同的通信方法

技术领域

本发明涉及无人机编队视觉和通信技术领域，特别涉及一种无人机视觉编队协同的通信方法。

背景技术

无人机作为一种重要的航空器，通过搭载光学成像传感器对地成像是其非常重要的功能。根据设计不同，无人机通常工作高度在10～20000米之间，与其他平台相比较，无人机平台成像具有分辨率高的特点，可以对同一目标、场景进行多次成像，形成多视角、多位置成像，在军事和民用领域发挥着十分重要的作用。基于无人机平台的地形测绘、城市建筑成像、环境遥感等应用都直接通过光学成像来提取信息。在海湾战争、波黑战争以及科索沃战争等战争中，美军的无人机都执行了上千小时的飞行任务，在侦察、监视、目标捕获、跟踪制导、战场管理、炮兵火力支援和空袭后的目标毁伤评估等方面都发挥了极其重要的作用。随着成像设备性能的提高，在军事侦察、战场评估方面无人机将发挥更大的作用。在民用领域，基于无人机的对地遥感以其执行任务速度快、分辨率高的优势，在数字化城市、环境监测等方面飞速发展，发挥着不可替代的作用。如，无人机云下低空遥感作业在5.12汉川震后的灾情监测、指挥救灾决策等方面发挥了重要作用。

同单机飞行相比，无人机协同编队飞行具有不可比拟的优势。对于无人机图像的分析，直接的二维图像解析主要对图像中道路、车辆等目标识别，或者是解析这些目标与某些指定目标的相对位置，重点仍是地物的提取、识别。从无人机图像中获取目标的三维信息，相对于二维图像解析具有质的飞跃，是无人机图像研究及应用的一个重要方向。无人机平台通过序列图像的三维信息解析，可以获得准确的目标位置、形貌、三维结构等信息，对于现代战争以及遥感测绘都具有重要意义。对于无人机编队视觉协同而言，三维重建的前提是将不同飞机获取的图像信息进行正确传递。

采用现有的通信系统完成无人机编队视觉协同所需的通信，要么需要划分各机通信时隙，这将导致通信只能串行进行，难以保证视觉感知的实时性要求；要么需要各机使用不同的射频系统，这将导致长机射频设备数量多体积大，工程上很难实现；要么需要采用直扩系统，这将导致设备复杂、成本增加，大量占用飞机载荷。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种无人机视觉编队协同的通信方法，可以方便、高效地对完成飞机间视觉图像的传输。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种无人机视觉编队协同的通信方法，各飞机配备有独立的视觉传感器、位姿传感器、GPS和高速电台，其中，所述GPS、位姿传感器和视觉传感器相对位置信息已知，所述方法包括以下步骤：S101：各飞机GPS授时系统同步激励视觉传感器进行图像采集；S102：各机本地WALSH序列产生器在所述GPS授时系统激励下产生扩频序列，对由飞机位置、姿态和视觉图像组成的数据帧进行扩频处理；S103：各僚机将扩频后的数据调制到预定频段后发送给长机，其中，发送时机由所述GPS授时系统同步触发；S104：长机中的多路扩频序列跟踪环对所述数据帧进行解扩，以得到各机发来飞机位置、姿态和视觉图像。

根据本发明实施例的无人机视觉编队协同的通信方法，可以方便、高效地完成多个无人机得到视觉图像的传输和获取。

另外，根据本发明上述实施例的无人机视觉编队协同的通信方法还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述GPS授时系统同步激励多个视觉传感器同时进行图像采集，以确保采集图像时间的一致性。

在一些示例中，所述扩频序列具有正交性。

在一些示例中，各僚机使用完全相同的数据帧格式将扩频后的数据调制到预定频段。

在一些示例中，所述长机中的多路扩频序列跟踪环对所述数据帧进行解扩之前，无需进行扩频序列捕获。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中，

图1是本发明一个实施例的无人机视觉编队协同的通信方法的流程图；

图2是本发明一个实施例的各飞机中相关硬件系统组成框图示意图；

图3是本发明一个实施例的僚机信号处理过程的示意图；

图4是本发明另一个实施例的长机接收系统框图的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图描述根据本发明实施例的无人机视觉编队协同的通信方法。

其中，如图2所示，各飞机(即无人机)配备有独立的视觉传感器、位姿传感器、GPS和高速电台，其中，所述GPS、位姿传感器和视觉传感器相对位置信息已知(即已经预先测定得到)。

如图1所示，根据本发明一个实施例的无人机视觉编队协同的通信方法，包括如下步骤：

S101：各飞机GPS授时系统同步激励视觉传感器进行图像采集。

S102：各机本地WALSH序列产生器在所述GPS授时系统激励下产生扩频序列，对由飞机位置、姿态和视觉图像组成的数据帧进行扩频处理。

S103：各僚机将扩频后的数据调制到预定频段后发送给长机，其中，发送时机由所述GPS授时系统同步触发。在本发明的一个实施例中，各僚机例如使用完全相同的数据帧格式将扩频后的数据调制到预定频段。处理过程如图3所示。

S104：长机中的多路扩频序列跟踪环对所述数据帧进行解扩，以得到各机发来飞机位置、姿态和视觉图像。长机中的接收系统框图如图4所示。

需要说明的是，利用GPS授时系统同步激励多传感器同时采集图像，可以保证图像时间的统一。

各机本地WALSH序列产生器在GPS授时系统激励下产生，从而可以保证序列的正交性。

长机中的多路扩频序列跟踪环对所述数据帧进行解扩之前，无需进行扩频序列捕获，也就是说，不需要进行扩频序列捕获，可以直接使用多路跟踪环进行解扩，从而降低处理的复杂度。

根据本发明实施例的无人机视觉编队协同的通信方法，可以方便、高效地完成多个无人机得到视觉图像的传输和获取。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种无人机视觉编队协同的通信方法，其特征在于，各飞机配备有独立的视觉传感器、位姿传感器、GPS和高速电台，其中，所述GPS、位姿传感器和视觉传感器相对位置信息已知，所述方法包括以下步骤：

S101：各飞机GPS授时系统同步激励视觉传感器进行图像采集；

S102：各机本地WALSH序列产生器在所述GPS授时系统激励下产生扩频序列，对由飞机位置、姿态和视觉图像组成的数据帧进行扩频处理；

S103：各僚机将扩频后的数据调制到预定频段后发送给长机，其中，发送时机由所述GPS授时系统同步触发；

S104：长机中的多路扩频序列跟踪环对所述数据帧进行解扩，以得到各机发来飞机位置、姿态和视觉图像。

2.根据权利要求1所述的无人机视觉编队协同的通信方法，其特征在于，所述扩频序列具有正交性。

3.根据权利要求1所述的无人机视觉编队协同的通信方法，其特征在于，各僚机使用完全相同的数据帧格式将扩频后的数据调制到预定频段。

4.根据权利要求1所述的无人机视觉编队协同的通信方法，其特征在于，所述长机中的多路扩频序列跟踪环对所述数据帧进行解扩之前，无需进行扩频序列捕获。