CN106054923A - 一种非对称无人机集群系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非对称无人机集群系统，包括无人机‑主机，无人机‑辅机X，无人机‑辅机Y，无人机‑辅机Z和地面站，所述无人机‑主机包括近场通讯，存储单元，速度/加速度传感器,GPS,角速度/加速度传感器，地面站交互单元，电机驱动和强大的CPU，所述无人机‑辅机X，所述无人机‑辅机Y，所述无人机‑辅机Z都包括近场通讯，电机驱动和普通的CPU，所述无人机‑主机与所述地面站之间具备远程数据通讯链路。本发明通过对集群飞行系统中的飞机功能分布式管理，降低了成本，减少对地面控制数据吞吐量的处理需求。

Description

一种非对称无人机集群系统

技术领域

本发明涉及一种监控系统，具体涉及一种非对称无人机集群系统。

背景技术

现有的无人机均配备完整的传感器以及运算能力超强的CPU,从而实现飞行控制，姿态解析，与地面站通讯等功能。在需要集群部署的场合，如此的成本对于产品化相当不利。

进一步，由于每个设备均要与地面控制系统交互，数据吞吐量很大，对于地面控制站处理能力以及算法调度要求很高。

例如： 在多机共同运载重物，集群飞行演示等场合等。

如图1所示一个对称无人机集群系统：

每个无人机均配备：速度、加速度传感器，GPS，角速度、加速度传感器，地面站交互单元，存储设备，以及支撑其复杂算法的强大的CPU.

在该集群系统中，每个设备均与地面站进行通讯：任务规划、实时监控等，所以地面站控制系统需要强大的服务器来完成。

一个飞行系统中，各式高精度的传感器（速度、加速度），卫星GPS，远距离通讯（地面站交互单元）等，都是主要的成本组成部分。

在集群飞行过程中，各个无人机与地面站之间实时交互，以实现从起飞、路径执行、目的地降落等。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种非对称无人机集群系统，能够识别出主要任务/控制，由集群中的“主机”与地面控制站交互完成任务驱动，且具备完整的姿态控制单元；而对于协同完成同一任务的其他“辅机”，则由“主机”通过近场通讯系统完成实时指挥，完成导航/阵列等功能。由于“辅机”功能单一，不需要完整且昂贵的飞行姿态控制/地面交互/强大的CPU，所以能够有效地降低集群部署成本；同时，由于只有地面站只与“主机”通讯，其调度算法和数据处理能力线性下降。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种非对称无人机集群系统，包括无人机-主机，无人机-辅机X，无人机-辅机Y，无人机-辅机Z和地面站，所述无人机-主机包括近场通讯，存储单元，速度/加速度传感器,GPS,角速度/加速度传感器，地面站交互单元，电机驱动和强大的CPU，所述无人机-辅机X，所述无人机-辅机Y，所述无人机-辅机Z都包括近场通讯，电机驱动和普通的CPU，所述无人机-主机与所述地面站之间具备远程数据通讯链路。

进一步的，所述远程数据通讯链路能够实现任务设置，飞行数据跟踪，辅机状态报告和飞行控制，其中所述辅机状态报告是可以选择的。

进一步的，所述无人机-主机，所述无人机-辅机X，所述无人机-辅机Y和所述无人机-辅机Z成紧凑编队飞行，且以每个无人机的近场通讯来实现主机和辅机之间的通讯与控制，且借助所述通讯链路来实现主机对辅机的任务传送，主机对辅机的飞行控制和辅机相对主机的位置信息。

进一步的，所述系统的任务流程如下：

首先无人机集群配置，然后无人机集群任务规划，接着无人机-主机启动飞行，然后主机传送给辅机，辅机启动飞行，接着主机接受所述地面站信息，传送给辅机，然后主机监控辅机航线并予以飞行控制，最后看是否到达目标，若到达目标则主机给辅机下达着陆指令并监控执行，最后主机着陆；若不能到达目标则再次回到主机传送给辅机，辅机启动飞行这一步。

本发明的有益效果:

本发明将集群中的飞机分为单主机多辅机的角色，辅以不同的功能，实现了成本降低以及对地面控制系统的数据处理能力的依赖性，具备很高的实用性以及扩展性；通过对集群飞行系统中的飞机功能分布式管理，降低了成本，减少对地面控制数据吞吐量的处理需求。

附图说明

图1是对称无人机集群系统示意图；

图2是本发明非对称无人机集群系统示意图；

图3是本发明非对称无人机集群系统的无人机-主机与地面通讯示意图；

图4是本发明非对称无人机集群系统的近场通讯示意图；

图5是本发明非对称无人机集群系统的任务流程图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参照图2所示，一种非对称无人机集群系统，包括无人机-主机，无人机-辅机X，无人机-辅机Y，无人机-辅机Z和地面站，所述无人机-主机包括近场通讯，存储单元，速度/加速度传感器,GPS,角速度/加速度传感器，地面站交互单元，电机驱动和强大的CPU，所述无人机-辅机X，所述无人机-辅机Y，所述无人机-辅机Z都包括近场通讯，电机驱动和普通的CPU，所述无人机-主机与所述地面站之间具备远程数据通讯链路。

进一步的，如图3所示，所述远程数据通讯链路能够实现任务设置，飞行数据跟踪，辅机状态报告和飞行控制，其中所述辅机状态报告是可以选择的。

进一步的，如图4所示，所述无人机-主机，所述无人机-辅机X，所述无人机-辅机Y和所述无人机-辅机Z成紧凑编队飞行，且以每个无人机的近场通讯来实现主机和辅机之间的通讯与控制，且借助所述通讯链路来实现主机对辅机的任务传送，主机对辅机的飞行控制和辅机相对主机的位置信息。

进一步的，如图5所示，所述系统的任务流程如下：

首先无人机集群配置，然后无人机集群任务规划，接着无人机-主机启动飞行，然后主机传送给辅机，辅机启动飞行，接着主机接受所述地面站信息，传送给辅机，然后主机监控辅机航线并予以飞行控制，最后看是否到达目标，若到达目标则主机给辅机下达着陆指令并监控执行，最后主机着陆；若不能到达目标则再次回到主机传送给辅机，辅机启动飞行这一步。

本发明的原理：

如图2所示，在该系统中，我们将集群中的飞机进行了角色区分：1个“主机“ + 多个“辅机”。

对于“主机“来说，除了保留之前的功能，增加一个近场通讯功能（与集群中其他飞机通讯，相对位置识别等）模块，由于此模块功能只需要在紧凑的集群范围内应用，对于其功率、成本要求不高；

对于“辅机“来说，移除各式高精度的传感器（速度、加速度），卫星GPS，远距离通讯（地面站交互单元）等,替换以近场通讯模块，其任务、控制、位置信息通过与“主机“通讯获得；

对于地面站控制系统来说，不需要处理多个无人机的飞行数据，仅仅需要与“主机“通讯即可，简化了其算法调度、数据吞吐量要求，可由较低成本的主机完成。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种非对称无人机集群系统，其特征在于，包括无人机-主机，无人机-辅机X，无人机-辅机Y，无人机-辅机Z和地面站，所述无人机-主机包括近场通讯，存储单元，速度/加速度传感器,GPS,角速度/加速度传感器，地面站交互单元，电机驱动和强大的CPU，所述无人机-辅机X，所述无人机-辅机Y，所述无人机-辅机Z都包括近场通讯，电机驱动和普通的CPU，所述无人机-主机与所述地面站之间具备远程数据通讯链路。

2.根据权利要求1所述的非对称无人机集群系统，其特征在于，所述远程数据通讯链路能够实现任务设置，飞行数据跟踪，辅机状态报告和飞行控制，其中所述辅机状态报告是可以选择的。

3.根据权利要求1所述的非对称无人机集群系统，其特征在于，所述无人机-主机，所述无人机-辅机X，所述无人机-辅机Y和所述无人机-辅机Z成紧凑编队飞行，且以每个无人机的近场通讯来实现主机和辅机之间的通讯与控制，且借助所述通讯链路来实现主机对辅机的任务传送，主机对辅机的飞行控制和辅机相对主机的位置信息。

4.根据权利要求1所述的非对称无人机集群系统，其特征在于，所述系统的任务流程如下：

首先无人机集群配置，然后无人机集群任务规划，接着无人机-主机启动飞行，然后主机传送给辅机，辅机启动飞行，接着主机接受所述地面站信息，传送给辅机，然后主机监控辅机航线并予以飞行控制，最后看是否到达目标，若到达目标则主机给辅机下达着陆指令并监控执行，最后主机着陆；若不能到达目标则再次回到主机传送给辅机，辅机启动飞行这一步。