CN107831783B - 一种支持多无人机自主飞行的地面站控制系统 - Google Patents
一种支持多无人机自主飞行的地面站控制系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107831783B CN107831783B CN201711104975.9A CN201711104975A CN107831783B CN 107831783 B CN107831783 B CN 107831783B CN 201711104975 A CN201711104975 A CN 201711104975A CN 107831783 B CN107831783 B CN 107831783B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- module
- control
- data
- unmanned plane
- flight
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
- G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
- G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
- G05D1/104—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft involving a plurality of aircrafts, e.g. formation flying
Abstract
本发明的一种支持多无人机自主飞行的地面站控制系统，包括多无人机飞控导航平台和地面站软件控制平台，多无人机飞控导航平台和和地面站软件控制平台通过无线数传NFR24L01模块进行通信控制。其中多无人机飞控导航平台包括飞行控制增稳模块、GPS/INS组合导航模块、桨叶电机输出执行模块、数据解析封装模块、无线数据传输模块以及传感器检测模块。地面站软件控制平台包括用户指令输入模块、状态地图显示模块、数据存储与回放模块、任务分配协同控制模块最后包括无线数据传输模块。本系统支持多无人机编队协同任务控制航迹规划功能，具有可扩展性、稳定性好的特点。并且支持权限切换，可有效减少自主飞行时由于地面站和无人机通信引起的坠机事故。
Description
技术领域
本发明涉及飞行器控制及无线通讯领域，特别涉及一种支持多无人机自主飞行地面站控制系统及方法。
背景技术
随着现代科技的深入发展和各国军事理论的不断壮大，无人机的应用已经成为当今研究热点之一。目前单无人机的地面站控制也日趋成熟，主要功能是监测和控制无人机的飞行过程、飞行航迹、有效载荷、通讯链路等，并对一些故障予以及时警报并采取相应的诊断处理措施。
随着应用场景的不断扩大复杂，一些特殊的任务需要多架无人机进行编队协同完成，比如在复杂的地形和环境下进行多目标的跟踪。在多无人机应用场景中，需要汇集每个无人机的状态信息，并按照任务需求对多无人机进行协同控制，分配不同的任务给每架无人机。多无人机编队飞行也逐渐成为国际军事研究的热点之一，但是支持多无人机编队飞行的地面站平台却不多见。
目前市场上绝大多数的无人机均采用远程遥控来指挥其飞行，不能称之为真正的无人机。真正的无人机必须能够实现自主飞行任务，在人为设定起点、终点以及分配各种任务之后指令后，无人机能够自行的起飞降落执行任务，并且无人机的自主飞行是无人机编队飞行的基础。本多无人机自主飞行的地面站控制平台及方法，能够在无人机自主飞行调试及应用过程中起着至关重要的作用。
发明内容
本发明旨在一定程度上对无人机自主飞行、无人机协同编队控制提供一种技术框架及一种技术路线。为此，本发明的目的在于提出一种良好的结构框架、稳定的控制结构具有普遍性和扩展性的支持多无人机的地面站控制系统及方法。
根据本发明的一种支持多无人机自主飞行的地面站控制系统包括：多无人机飞控导航平台，地面站软件控制平台以及遥控器辅助模块。所述多无人机飞控导航平台包括多架多数目不同类别的无人机。其中所述无人机飞行导航控制平台进一步包括一下内容：
飞行控制增稳模块，用于搜集机身各种姿态数据，并且接收来自于地面站或者遥控发来的控制指令。对机身各种姿态数据以及遥控指令进行混合处理，以解除无人机自身各个机械结构之间的物理耦合性、非线性等复杂的物理特性，并且使得无人机在外部扰动作用下保持无人机平稳飞行；
传感器检测模块，用于测量机身飞行信息与外界环境信息；包括了三轴加速度计、三轴磁力计、三轴陀螺仪、气压高度计、温度传感器、视频图像传感器、GPS；
桨叶电机输出模块，该模块用于执行由飞行控制增稳模块解所算出的控制指令，其中包括常用无人机使用的无刷电机、舵机、电调等输出模块；
数据解析封装模块B1～BN、所述数据解析封装模块B1～BN主要有两个功能，功能一对无人机飞行状态数据进行解析滤波处理，功能二、对滤波处理的进行通信协议的数据封装，以确保无人飞行控制导航平台与地面站软件控制平台数据通信的正确性；
无线数据传输模块，所述无线数据传输模块主要用于无人机飞行控制导航平台与地面站软件控制平台数据通信以及任意两架无人机之间的数据通信。本专利中为每架无人机配置无线数据传输模块来实施编队协同任务；
所述地面站软件控制平台进一步包括：
交互式用户指令输入模块，所述交互式用户指令输入模块用于给整个无人机协同控制系统布置任务，并且在飞行前期需要对每架无人机进行系统参数配置，系统参数具体包括每架无人机编队飞行的最小安全距离参数、飞行器自身参数等；
状态地图显示模块，所述状态与地图显示模块其中状态显示功能是根据自定义数据帧格式对接收数据进行解析后将无人机机身姿态角及其变化率、无人机位置信息、地速、航向信息、飞行高度、控制输入量，以数字或图表形式进行显示。地图显示功能利用百度地图API接口实现地面站与无人机数据通信能在地图上清楚显示无人机具体GPS位置；
任务分配协同控制模块，所述任务分配协同控制模块根据用户在输入模块中输出的任务分配总任务，生成每架无人机相应的语义层控制指令，所述任务分配协同控制模块采用分布式多无人机编队控制方法，即在地面站软件控制平台上此模块事先分配好每架无人机的任务由无线数据传输模块传输给每架无人机，而不是由长机分配任务给僚机；
数据解析封装模块A、所述数据解析封装模块A主要对任务分配协同控制模块输出的数据进行通信协议的数据封装，以确保无人飞行控制导航平台与地面站软件控制平台数据通信的正确性；
警示报警模块，所述警示报警模块指多架无人机其中一架出现了故障，提醒用户切换权限，人为操控自主飞行的无人机返航；
数据存储回放模块，所述数据存储回放模块用于存储飞行器飞行数据以及用户配置的参数，以便飞行结束后进行数据分析；
遥控器辅助模块，所示遥控器辅助模块用于当无人机进行自主编队飞行时，若其中一架出现了故障，用户切换权限，人为操控自主飞行的无人机返航。
本发明的一个实施例子中，可以支持一架或者多架无人机自主飞行任务。所述地面站软件控制平台，能够自由切换换界面，以适应一架并且多架无人机自主飞行任务。
本发明的一个实施例子中，所述的地面站软件控制平台与多无人机飞控导航平台采用一对多的无线通讯方式，即一台地面站软件控制平台可以操控多架架无人机。
本发明的一个实施例子中，所述的多无人机飞控导航平台可以认为是任何一种无人机，不仅限于四旋翼无人机、无人直升机以及固定翼无人机，还包括各类新型的无人机。
本发明的一个实施例子中，所述无线数据传输模块A1～AN或者B1～BN使用2.4GHzNFR24L01无线数据传输模块，增加了无人机通信距离，并且所述多无人机飞控导航平台通过地面站人为的配置设备地址号码，利用设备地址号码进行精确的识别每架无人机。
本发明的一个实施例子中，所述的地面站软件控制平台拥有绝对的控制权。地面站软件控制平台能够控制无人机中编队对中的任何一架无人机在比较紧急的情况切换控制权限。
本发明的一个实施例子中，所述无人机的自身状态，包括机身的电池、燃油状况，飞机的主轴电机转速是否正常、是否存在故障等信息。
本发明的一个实施例子中，所述无人机的飞行参数，包括无人机在在自身机身坐标下三个方向上的角速度(p、q、r)，坐标轴方向的线速度(u、v、w)，以及机身坐标相对于地面坐标之间的欧拉角最后还可以显示飞机所在的GPS信息，机身高度信息。
本发明的一个实施例子中，所述地面站软件控制平台还包括：初始化模块，初始化模块用于在飞行任务之前，为系统中每架无人机分配资源；初始化所述地面站软件控制平台与多个所述无人机的无线通信端口；向多个所述无人机发送测试数据包，测试连接是否正常；在确定所述地面站软件控制平台与多个所述无人机连接正常后，再初始化其他功能模块。
本发明的一个实施例子中，所述飞行控制增稳模块采用微型控制芯片STM32作为主控制器，搭载标准稳压电路、光电隔离电路、LED警示电路、存储电路。
本发明的一个实施例子中，所述无线数据传输模块分为无线数据传输模块A1～AN与无线数据传输模块B1～BN，无线数据传输模块A1～AN与无线数据传输模块B1～BN地址配对，采取双工传输模式；无线数据传输模块B1～BN与多无人机飞控导航平台电路连接，无线数据传输模块A1～AN单元与地面站控制模块连接。
本发明的一个实施例子中，所述地面站控制模块基于Labview图形化编程软件与Matlab软件结合开发，通过.dll文件调用Matlab开发的算法应用程序，并使用Labview的VASA接口与百度地图API接口实现地面站与无人机数据通信与定位窗口显示。
本发明的一个实施例子中，所述飞行控制增稳模块包含信息融合功能为，通过扩展卡尔曼滤波算法来解算姿态数据存在的漂移误差，并处理该误差。
本发明的一个实施例子中，一种支持多无人机自主飞行的地面站控制系统，多无人机飞控导航平台传感器模块中的三轴加速度计、磁力计解算得到的机身姿态角度为X(k|k-1)，陀螺仪计算得到的姿态信息为Zk，根据卡尔曼滤波算法计算得到更加接近实际值的姿态角度值X(k|k)＝X(k|k-1)+Kk(Zk-HX(k|k-1))，其中，X(k|k-1)＝AX(k-1|k-1)，A、H分别为系统状态参数矩阵、观测矩阵，Q与R分别为系统噪声与观测噪声的协方差矩阵。预测方差P(k|k-1)＝AP(k-1|k-1)AT+Q(k-1)，卡尔曼增益计算Kk＝P(k|k-1)HT(HP(k|k-1)HT+R(k))-1，方差更新P(k|k)＝(I-KkH)P(k|k-1)。
本发明的一个实施例子中，数据解析封装模块封装数据格式：1字节的数据帧头、1字节的数据类型标识、9字节的待发机载数据和1字节的校验码，以和校验方法进行数据帧校验。
本发明的一个实施例子中，所述地面站软件控制平台接收到机载数据，数据解析模块按照定义数据帧进行解析，同时存储模块对解析后的数据进行存储与显示；地图坐标解算方法如式：
本发明的一个实施例子中，交互式用户指令输入模块输入的飞行指令包括自主起飞、定高、定点、自主悬停、定点巡航、航线飞行、自主返航、自主降落等。需先输入指令参数如飞行高度、指定位置及航线经纬度等；
附图说明
结合下面的附图将更好的理解本发明实例的优点，其中：
图1是本发明的一种支持多无人机自主飞行的地面站控制系统总框架图。
图2是本发明的地面站软件控制平台中的初始化模块的工作流程示意图。
图3是本发明一种支持多无人机自主飞行的地面站控制系统工作流程示意图。
具体实施方式
如图1所示一种支持多无人机自主飞行的地面站控制系统包括多无人机飞控导航平台，地面站软件控制平台，两者通过无线数据传输模块A1～AN以及B1～BN进行通信连接，另外还有一个遥控辅助模块。
如图1所示多无人机飞控导航平台包括多架不同类别的无人机。其中所述无人机飞行导航控制平台进一步包括：飞行控制增稳模块，用于搜集机身各种姿态数据，并且接收来自于地面站或者遥控发来的控制指令。对机身各种姿态数据以及遥控指令进行混合处理，以解除无人机自身各个机械结构之间的物理耦合性、非线性等不良的物理特性，并且使得无人机在外部扰动作用下保持无人机平稳飞行；传感器检测模块，用于感知机身飞行信息与外界环境信息；包括了三轴加速度计、三轴磁力计、三轴陀螺仪、气压高度计、温度传感器、视频图像传感器、GPS；桨叶电机输出模块，用于执行飞行控制增稳模块解算出的控制指令，其中包括常用无人机使用的无刷电机、舵机、电调等输出模块，本模块不仅限于电机桨叶，也可以指灯等一系列的输出机构；数据解析封装模块B1～BN、所述数据解析封装模块主要有两个功能，功能一、对无人机飞行状态数据进行解析滤波处理，功能二、对滤波处理的进行通信协议的数据封装，以确保无人飞行控制导航平台与地面站软件控制平台数据通信的正确性；无线数据传输模块，所述无线数据传输模块主要用于无人飞行控制导航平台与地面站软件控制平台数据通信以及任意两架无人机之间的数据通信。本专利中为每架无人机配置无线数据传输模块用于编队协同任务；多无人机飞控导航平台采用微型控制芯片STM32作为主控制器，搭载标准稳压电路、光电隔离电路、LED警示电路、存储电路。
如图1所示为多无人机飞控导航平台框图。整个多无人机飞控导航平台以飞行控制增稳模块为核心，其他各个模块的信息均需要汇总至飞行控制增稳模块。无线数据解析模块将地面站软件控制平台的控制指令分别送给飞行控制增稳模块和GPS/INS组合导航模块，GPS/INS组合导航模块接收到地面站预设的GPS位置信息与自身现在所在的位置信息之间的误差信号，将误差信号输入到飞行控制增稳模块，飞行控制增稳模块根据内置程序做出分析输出控制指令，来控制桨叶电机输出执行模块，从而达到改变无人机自身姿态、高度、航向等参数。同时系中的传感器检测模块实时检测无人机的飞行各项指标参数，实时的反馈给飞行控制增稳系统以及地面站软件控制平台用以显示无人机的飞行状况。如果地面站软件控制平台下达了协同编队飞行任务，则任务分配协同控制模块也将控制信息传递给飞行控制增稳模块。整个飞行导航控制平台，内部各个模块相互作用形成一个良好的闭环控制系统，提高的本发明的稳定性、实时性。
如图1所示所述地面站软件控制平台进一步包括：交互式用户指令输入模块，所述交互式用户指令输入模块用来给整个无人机协同控制系统分配任务，并且在飞行前期需要对每架无人机进行系统参数配置，系统参数具体包括每架无人机编队飞行的最小安全距离、飞行器自身参数设定；状态地图显示模块，所述状态地图显示模块用于显示无人机飞行参数和自身参数等信息以便人们能够直观的观测无人机的真实飞行状态。地图显示功能利用百度地图API接口实现地面站与无人机数据通信能在地图上清楚显示无人机具体GPS位置。任务分配协同控制模块，所述任务分配协同控制模块根据用户在输入模块中输出的任务分配总任务，生成每架无人机相应的语义层控制指令；数据解析封装模块A、所述数据解析封装模块主要对任务协同控制模块输出的只能进行通信协议的数据封装，以保证无人飞行控制导航平台与地面站软件控制平台数据通信的正确性；警示报警模块，所述警示报警模块指多架无人机其中一架出现了故障，提醒人们使用切换权限，人为操控自主飞行的无人机返航；数据存储回放模块，所述数据库存储存储模块用于存储飞行器飞行数据以及用户配置的参数，以便飞行结束后进行数据分析。地面站软件控制平台基于Labview图形化编程软件与Matlab软件结合开发，通过.dll文件调用Matlab开发的算法应用程序，并使用Labview的VASA接口与百度地图API接口实现地面站与无人机数据通信与定位窗口显示。
如图1所示地面站软件控制平台，地面站软件控制平台的一部分模块存在于软件的后端底层，一部分存在于软件的前端。例如用户指令输入模块、状态地图模块、警示报警模块就是在软件的前端，而任务分配合同控制模块、数据解析封装模块、数据存储回放模块就是在软件底层后端。地面站软件控制平台主要是用户来输入自己想要的控制指令，以及直观的观察无人机的飞行状态指标。用户交互输入模块在录入输入指令之后一部分将用户输入的指令显到状态、地图显示区域，其二将指令输入到任务分配协同控制模块。任务分配协同控制模块A针对用户输入的指令生成所在无人机相应的语义层控制指令，将语义层控制指令传递给数据解析封装模块A。另外，对于飞行导航控制平台发送过来的反馈指令数据封装解析模块A将数据解析后发给任务分配协同控制模块A，以供任务分配协同控制模块A做出准确的控制决策。整个地面站软件控制平台的数据均保存在数据存储回放模块。
如图2所示，在本发明的地面站软件控制平台还包括初始化模块，初始化模块用于在开始时为每个无人机分配资源；初始化地面站软件控制平台与多个无人机的无线通信端口；向多个无人机发送测试数据包，测试连接是否正常；在确定地面站软件控制平台与多个无人机连接正常后，初始化其他功能模块。
综上，本发明提出的一种支持多无人机自主飞行的地面站控制系统，地面站软件控制平台通过无线链路与不同种类无人机建立通信连接，对应不同种类的无人机设计相应的数据封装解析模块B1～BN接收外界用户输入的控制信息，由任务分配协同控制模块A根据需求设计无人机协同控制策略生成语义层次的协同控制命令，通过无线链路发送给多个不同种类的无人机，从而达到支持多无人机平台自主飞行控制的目的。通过GPS/INS组合导航模块获取多个无人机的位置信息，对无人机飞行位置进行监督。本发明提出的系统至少具有一下几个优点。
易于实施性，本发明提出的一种支持多无人机自主飞行的地面站控制系统具有清晰明了的系统架构方法，不管是软件还是硬件，利用现成的技术均可以在一定的时间内进行实现。
应用范围广，本发明的多无人机飞控导航平台可以适用于任何的无人机，可实施不同种类的无人机扩展。
稳定性好，本发明地面站软件控制平台和无人机导航控制平台，两者信息反馈形成反馈闭环控制系统，确保多无人机自主飞行任务的稳定高效执行。
下面结合具体的实例实验来介绍本发明的应用，整个应用过程如图3流程示意图所示。该实验中，地面站软件控制平台在PC端采用基于Labview图形化编程软件与Matlab软件结合开发。以实验室的小型无人直升机作为无人机1，实验室的四旋翼无人直升机为无人机2。每架无人机均携带有无线数据传输模块，在电脑地面站软件控制平台也配置两个无线数据传输模块。待电脑端设置好两个互相通信的无线数据传输模块后，无人机1、无人机2开始与PC端无线数据传输模块进行自动匹配。
开启控制程序后，地面站软件控制平台的初始化模块开始工作，其工作流程如图2所示。具体地，初始化模块首先为无人机1，无人机2，随后初始化状态、状态地图显示模块，建立并测试每个无人机与地面站软件控制平台之间的通信链路,初始化各类无人机数据解析与封装模块、飞行控制增稳模块；初始GPS/INS组合导航模块，初始化任务分配协同控制模块，传感器检测模块，等待用户下一步输入。
当自检完成之后，用户需要对每架无人机乃至整个无人机自主飞行编队参数的设置。这些参数包括没有进行任务作业时飞行的阵型、两架无人机之间的安全距离以及配置每架无人机的飞机类型结构尺寸参数等。最后还需要配置，无人机的起飞方式、起飞次序、降落方式、降落次序等参数。配置完参数，通过无线数据传输模块将参数写入到飞行导航控制平台硬件。
当用户输入的是编队飞行，协同避障，协同跟踪目标等指令，任务分配协同模块根据具体的任务和无人机的状态，生成对总体任务拆分为针对每一个无人机的任务。例如协同跟踪地面运动物体的飞行任务，任务分配协同模块针对当前编队飞行的状态以及跟踪目标的速度进行任务分配，如让两架无人机分布于不同的高度，无人机1处于较高位置以获取较大的视野范围，不会发生跟踪目标丢失的情况，无人机2可以处于较低位置的无人机以获取较高位置的无人机对目标的定位信息进行近距离的细节观察，并且可以在目标丢失的情况下再次获得目标位置，从而到达对目标的鲁棒跟踪，并可以获取跟踪目标的细节信息。接下来任务分配协同模块将任务转化为对每一个无人机的语义层指令。例如，例如协同跟踪地面运动物体的飞行任务，该语义层的指令就包含对无人机的路径控制指令和速度控制指令，从而使得跟踪目标始终处于视野范围内。
当飞行控制增稳模块接收到地面站软件控制平台的任务分配协同模块的指令后，在保持无人机稳定飞行的条件下驱动外部桨叶及舵机等执行机构完成飞行任务。与此同时飞行导航控制平台上的传感器检测模块实时检测飞机飞行状态信息，并将飞机飞行状态信息一方面反馈给飞行控制增稳模块形成反馈系统，另一方面将数据通过无线数据传输模块传送给地面站软件控制平台。
地面站软件控制平台打开数据解析封装模块A，接收并解析飞行导航控制模块发来的数据，这些数据包中包含的惯性导航信息，进而显示在地面控制系统屏幕上。无人机的惯性导航数据更新频率约为200Hz，包含的无人机的飞行状态信息(如起飞、悬停和降落等)、飞行器电池电量信息、三轴方向的速度信息、三轴方向的加速度信息、飞行高度信息(由机载超声波测距仪提供)、三轴陀螺仪输出数据等。
当无人机进行自主编队飞行的时，如果其中一架出现了故障，人们使用切换权限指令，人为操控自主飞行的无人机返航。
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 (10)
1.一种支持多无人机自主飞行的地面站控制系统，其特征在于，包括：
多无人机飞控导航平台，地面站软件控制平台以及遥控器辅助模块，所述多无人机飞控导航平台包括多架不同类别的无人机，其中所述多无人机飞控导航平台进一步包括：
飞行控制增稳模块，用于搜集机身各种姿态数据，并且接收来自于地面站或者遥控发来的控制指令，对机身各种姿态数据以及遥控指令进行混合处理，以解除无人机自身各个机械结构之间的物理耦合性、非线性这两个不良的物理特性，并且使得无人机在外部扰动作用下保持无人机平稳飞行；
传感器检测模块，用于感知机身飞行信息与外界环境信息；包括了三轴加速度计、三轴磁力计、三轴陀螺仪、气压高度计、温度传感器；
桨叶电机输出模块，用于执行飞行控制增稳模块解算出的控制指令，其中包括常用无人机使用的无刷电机、舵机、电调、齿轮传动机构；
数据解析封装模块B，所述数据解析封装模块B主要有两个功能，第一对无人机飞行状态数据进行滤波解析处理，第二对滤波解析处理后的无人机飞行状态数据进行通信协议的数据封装，以保证多无人飞控导航平台与地面站软件控制平台数据通信的正确性；
无线数据传输模块，所述无线数据传输模块主要用于多无人飞控导航平台与地面站软件控制平台数据通信以及任意两架无人机之间的数据通信，本系统为每架无人机配置无线数据传输模块用于编队协同任务；
GPS/INS组合导航模块，所述GPS/INS组合导航模块用于精确的测量每架无人机的GPS位置；
所述地面站软件控制平台进一步包括：
交互式用户指令输入模块，所述交互式用户指令输入模块用给整个无人机协同控制系统布置任务，并且在飞行前期需要对每架无人机进行系统参数配置，系统参数具体包括每架无人机编队飞行的最小安全距离、飞行器自身参数设定；
状态与地图显示模块，所述状态与地图显示模块其中状态显示功能是根据自定义数据帧格式对接收数据进行解析后将无人机机身姿态角及其变化率、无人机位置信息、地速、航向信息、飞行高度、控制输入量，以数字或图表形式进行显示；地图显示功能利用百度地图API接口实现地面站与无人机数据通信能在地图上清楚显示无人机具体GPS位置；
任务分配协同控制模块，所述任务分配协同控制模块接收分析地面站软件控制平台任务分配总任务后，生成所在无人机相应的语义层控制指令，所述任务分配协同控制模块采用分布式多无人机编队控制方法，即在地面站软件控制平台上此模块事先分配好每架无人机的任务由无线数据传输模块传输给每架无人机；
数据解析封装模块A，所述数据解析封装模块A主要对任务协同控制模块输出的只能进行通信协议的数据封装，以保证无人飞行控制导航平台与地面站软件控制平台数据通信的正确性；
警示报警模块，所述警示报警模块指多架无人机其中一架出现了故障，提醒人们使用切换权限，人为操控自主飞行的无人机返航；
数据存储回放模块，所述数据存储回放模块用于存储飞行器飞行数据以及用户配置的参数，以便飞行结束后进行数据分析；
遥控器辅助模块，所述遥控器辅助模块用于当无人机进行自主编队飞行时，若其中一架无人机出现了故障，用户进行切换权限操作，人为操控无人机返航。
2.如权利要求1所述一种支持多无人机自主飞行的地面站控制系统，其特征在于:使用2.4GHz NFR24L01无线数据传输模块，扩大了无人机通信距离，并且所述多无人机飞控导航平台通过地面站人为的配置设备地址号码，利用设备地址号码进行精确的识别每架无人机。
3.如权利要求1所述的一种支持多无人机自主飞行的地面站控制系统，其特征在于，所述的地面站软件控制平台还包括：初始化模块，所述初始化模块用于：为系统中每架无人机分配资源；初始化所述地面站软件控制平台与多个所述无人机的无线通信端口；向多个所述无人机发送测试数据包，测试连接是否正常；在确定所述地面站软件控制平台与多个所述无人机连接正常后，初始化其他功能模块。
4.根据权利要求1所述的一种支持多无人机自主飞行的地面站控制系统，其特征在于，所述飞行控制增稳模块采用微型控制芯片STM32F407作为主控制器，搭载标准稳压电路、光电隔离电路、LED警示电路、存储电路。
5.根据权利要求1或2所述的一种支持多无人机自主飞行的地面站控制系统，其特征在于，所述地面站软件控制平台基于Labview图形化编程软件与Matlab软件结合开发，通过.dll文件调用Matlab开发的算法应用程序，并使用Labview的VASA接口与百度地图API接口实现地面站与无人机数据通信与定位窗口显示。
6.根据权利要求1所述一种支持多无人机自主飞行的地面站控制系统，多无人机飞控导航平台传感器模块中的三轴加速度计、磁力计解算得到的机身姿态角度为X(k|k-1)，陀螺仪计算得到的姿态信息为Zk，根据卡尔曼滤波算法计算得到更加接近实际值的姿态角度值X(k|k)＝X(k|k-1)+Kk(Zk-HX(k|k-1))，其中，X(k|k-1)＝AX(k-1|k-1)，A、H分别为系统状态参数矩阵、观测矩阵，Q与R分别为系统噪声与观测噪声的协方差矩阵；预测方差P(k|k-1)＝AP(k-1|k-1)AT+Q(k-1)，卡尔曼增益计算Kk＝P(k|k-1)HT(HP(k|k-1)HT+R(k))-1，方差更新P(k|k)＝(I-KkH)P(k|k-1)，并且飞行控制增稳模块包含的数据融合功能，也是通过扩展卡尔曼滤波算法对姿态数据解算存在的漂移误差进行处理。
7.根据权利要求1所述一种支持多无人机自主飞行的地面站控制系统，数据解析封装模块中数据封装格式：1字节的数据帧头、1字节的数据类型标识、9字节的待发机载数据和1字节的校验码，以和校验方法进行数据帧校验。
8.根据权利要求1所述一种支持多无人机自主飞行的地面站控制系统，其特征在于，所述地面站软件控制平台接收到机载数据，数据解析模块按照定义数据帧进行解析，同时存储模块对解析后的数据进行存储与显示。
9.根据权利要求1所述一种支持多无人机自主飞行的地面站控制系统，交互式用户指令输入模块输入的飞行指令包括自主起飞、定高、定点、自主悬停、定点巡航、航线飞行、自主返航、自主降落；需先输入飞行高度、指定位置及航线经纬度这三个指令参数。
10.根据权利要求1所述一种支持多无人机自主飞行的地面站控制系统，所述方法采用基于人工势场法和滑模控制理论设计多无人协同编队控制算法，通过控制多无人机的一致性协议，使得多无人机的速度逐渐趋于一致，从而相对距离也趋于稳定，同时，无人机之间的人工势场使得多无人机在编队时避免相互碰撞，多无人机在避免相互碰撞的同时形成期望的队形抵达目的地。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711104975.9A CN107831783B (zh) | 2017-11-10 | 2017-11-10 | 一种支持多无人机自主飞行的地面站控制系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711104975.9A CN107831783B (zh) | 2017-11-10 | 2017-11-10 | 一种支持多无人机自主飞行的地面站控制系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107831783A CN107831783A (zh) | 2018-03-23 |
| CN107831783B true CN107831783B (zh) | 2019-10-08 |
Family
ID=61655060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711104975.9A Expired - Fee Related CN107831783B (zh) | 2017-11-10 | 2017-11-10 | 一种支持多无人机自主飞行的地面站控制系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107831783B (zh) |
Families Citing this family (35)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108681333A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-10-19 | 安徽尼古拉电子科技有限公司 | 一种无人机导航装置失效下的雷达返航系统 |
| US11429101B2 (en) * | 2018-04-19 | 2022-08-30 | Aurora Flight Sciences Corporation | Adaptive autonomy system architecture |
| CN110291363A (zh) * | 2018-04-26 | 2019-09-27 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 可移动平台的导航传感器检测的方法及相关设备 |
| CN108762286A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-11-06 | 智飞智能装备科技东台有限公司 | 一种可对多架无人机飞行控制的地面控制系统 |
| CN108762300A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-11-06 | 智飞智能装备科技东台有限公司 | 一种用于无人机组飞行的地面控制编程系统 |
| CN108845580A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-11-20 | 深圳大漠大智控技术有限公司 | 蝶形扑翼机飞行器及其控制方法 |
| CN108733078A (zh) * | 2018-06-08 | 2018-11-02 | 广东工业大学 | 一种无人系统集群的编队控制方法、装置及系统 |
| CN108803658A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-11-13 | 北京天龙智控科技有限公司 | 基于无人机的巡检系统 |
| CN108833961B (zh) * | 2018-06-25 | 2021-01-26 | 北京京东尚科信息技术有限公司 | 获取飞行记录数据的方法、服务器和系统 |
| CN108958297A (zh) * | 2018-08-03 | 2018-12-07 | 南京航空航天大学 | 一种多无人机协同目标跟踪地面站 |
| CN109062252B (zh) * | 2018-08-27 | 2021-05-25 | 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 | 基于人工势场法的四旋翼无人机集群控制方法及其装置 |
| CN109542118A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-03-29 | 无锡飞天侠科技有限公司 | 一种多机植保地面站控制方法 |
| CN109358647A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-02-19 | 思翼科技（深圳）有限公司 | 无人机一控多机的控制系统及其控制方法 |
| CN109557937B (zh) * | 2018-12-07 | 2021-07-09 | 江西洪都航空工业集团有限责任公司 | 一种飞行模拟器数据多周期存储和回放方法 |
| CN109814597A (zh) * | 2019-02-03 | 2019-05-28 | 唐山坤翼创新科技有限公司 | 集群式植保无人机控制系统的控制方法 |
| CN110187695A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-08-30 | 北京航空航天大学 | 一种无人机协同控制验证平台 |
| CN110207691B (zh) * | 2019-05-08 | 2021-01-15 | 南京航空航天大学 | 一种基于数据链测距的多无人车协同导航方法 |
| CN110187700B (zh) * | 2019-06-10 | 2021-01-08 | 北京科技大学 | 基于虚拟现实的仿生扑翼飞行机器人远程控制系统和方法 |
| CN110413006B (zh) * | 2019-08-30 | 2022-04-01 | 杭州电子科技大学 | 一种基于5g通信的无人机编队组网系统及方法 |
| CN112189174A (zh) * | 2019-10-18 | 2021-01-05 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 无人机的控制所述方法、装置以及无人机 |
| CN110687921B (zh) * | 2019-10-30 | 2023-01-20 | 上海歌尔泰克机器人有限公司 | 一种无人机飞行控制方法、装置及电子设备和存储介质 |
| CN110865652A (zh) * | 2019-11-18 | 2020-03-06 | 捷开通讯(深圳)有限公司 | 无人机控制方法、装置及存储介质 |
| CN111224709A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-06-02 | 航天神舟飞行器有限公司 | 一种集群无人机测控系统 |
| CN111708376B (zh) * | 2020-06-17 | 2022-09-16 | 中国空气动力研究与发展中心 | 一种对通信链路具有鲁棒性的固定翼无人机编队控制方法 |
| CN112863250B (zh) * | 2020-08-13 | 2022-08-09 | 上海交通大学 | 多平台航空电子控制系统及方法 |
| CN112034884B (zh) * | 2020-09-07 | 2022-05-27 | 中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所 | 一种无人机地面站多模式一站控双机的方法 |
| CN112363489A (zh) * | 2020-09-11 | 2021-02-12 | 中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所 | 一种手持分布式指控终端系统 |
| CN112148031A (zh) * | 2020-09-29 | 2020-12-29 | 哈尔滨盛世康虹生物技术有限公司 | 一种支持无人机飞行的智能管理控制平台系统 |
| CN112462797B (zh) * | 2020-11-30 | 2023-03-07 | 深圳技术大学 | 一种利用灰色预测模型的视觉伺服控制方法及系统 |
| CN113296530A (zh) * | 2021-05-06 | 2021-08-24 | 浙江极客桥智能装备股份有限公司 | 基于多组无人机的控制方法、系统、终端及介质 |
| CN113568433A (zh) * | 2021-08-12 | 2021-10-29 | 广东新创华科环保股份有限公司 | 一种多旋翼无人机集群测控系统和方法 |
| CN113917942A (zh) * | 2021-09-26 | 2022-01-11 | 深圳市道通智能航空技术股份有限公司 | 无人机实时目标追踪方法、装置、设备及存储介质 |
| CN114326820A (zh) * | 2022-02-09 | 2022-04-12 | 西安羚控电子科技有限公司 | 一种无人机飞行监控方法及系统 |
| CN115826622B (zh) * | 2023-02-13 | 2023-04-28 | 西北工业大学 | 一种无人机群夜间协同定位方法 |
| CN117558119B (zh) * | 2024-01-11 | 2024-04-16 | 国网冀北电力有限公司 | 一种无人机与控制终端之间的安全检测方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103135554A (zh) * | 2011-11-25 | 2013-06-05 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 面向输电线路巡检应用的无人直升机地面控制系统 |
| WO2015047724A1 (en) * | 2013-09-27 | 2015-04-02 | Nuve, Llc | Fuel anti-theft systems, apparatus, and methods |
| US10734943B2 (en) * | 2014-09-12 | 2020-08-04 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Photovoltaics optimized for laser remote power applications at eye-safer wavelengths |
| CN105404308A (zh) * | 2015-11-24 | 2016-03-16 | 中国电子科技集团公司第二十七研究所 | 一种翼伞无人机飞行控制器 |
| CN205469785U (zh) * | 2016-04-06 | 2016-08-17 | 成都普蓝特科技有限公司 | 一种采用联合控制平台的无人机系统 |
| CN106998095A (zh) * | 2017-04-20 | 2017-08-01 | 河南亿诺航空科技有限公司 | 一种无人机管理平台 |
-
2017
- 2017-11-10 CN CN201711104975.9A patent/CN107831783B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107831783A (zh) | 2018-03-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107831783B (zh) | 一种支持多无人机自主飞行的地面站控制系统 | |
| CN108762286A (zh) | 一种可对多架无人机飞行控制的地面控制系统 | |
| CN110262553B (zh) | 基于位置信息的固定翼无人机编队飞行方法 | |
| Ebeid et al. | A survey on open-source flight control platforms of unmanned aerial vehicle | |
| US10403161B1 (en) | Interface for accessing airspace data | |
| How et al. | Real-time indoor autonomous vehicle test environment | |
| US11531336B2 (en) | Systems and methods for automatically customizing operation of a robotic vehicle | |
| US11161611B2 (en) | Methods and systems for aircraft collision avoidance | |
| US20200026720A1 (en) | Construction and update of elevation maps | |
| CN102768518B (zh) | 多无人机平台协同控制系统 | |
| CN201429796Y (zh) | 无人直升机自动飞行控制系统电路 | |
| CN204229233U (zh) | 一种多旋翼无人机自动飞行控制系统 | |
| US9971354B2 (en) | Tail-sitter flight management system | |
| CN106200681A (zh) | 可移动物体的起飞辅助的方法以及系统 | |
| CN106030431A (zh) | 传感器的自动标定系统及方法 | |
| Kortunov et al. | Review and comparative analysis of mini-and micro-UAV autopilots | |
| WO2022037376A1 (zh) | 一种无人机保护方法及无人机 | |
| Tisdale et al. | The software architecture of the Berkeley UAV platform | |
| CN105468010A (zh) | 多自由度惯性传感器四轴无人机自主导航飞行控制器 | |
| CN112148031A (zh) | 一种支持无人机飞行的智能管理控制平台系统 | |
| CN107908194A (zh) | 一种手掷式无人飞行系统 | |
| Mao et al. | Autonomous formation flight of indoor uavs based on model predictive control | |
| Tang et al. | Realization of the flight control for an indoor UAV quadrotor | |
| US20210343170A1 (en) | System and method for software-defined drones | |
| CN205485626U (zh) | 多自由度惯性传感器四轴无人机自主导航飞行控制器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20191008 Termination date: 20211110 |