CN108181631A - 一种多机协同的移动自组织网络局部定位系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多机协同的移动自组织网络局部定位系统和方法，在n架无人机和定位目标上均安装无线传感器，n≥4，彼此之间既能无线通信，又能测距，n架无人机之间通过各自搭载的无线传感器组成协同定位网络，当需要对定位目标进行定位时，n架无人机中的至少4架无人机静止，测量静止的无人机与定位目标的距离，解算出定位目标在协同定位网络中的位置，实现定位导航。本发明适用于无卫星信号的区域定位，在室内导航定位等领域具有广阔的应用前景。

Description

一种多机协同的移动自组织网络局部定位系统和方法
技术领域
本发明涉及无线自组织网络和定位导航领域，特别涉及了一种多机协同的移动自组织网络局部定位系统和方法。
背景技术
全球卫星导航系统(GNSS)包括中国的北斗、美国的GPS、欧洲的伽利略等，利用在覆盖全球的卫星实现全球的定位与导航。但受到各种遮挡等因素，地面总有些地方无法接受到足够的卫星信号，而无法进行定位导航，如城市高楼的阻挡，高大树木的阻挡，以及室内等环境。
为了实现在无卫星信号的情况下的定位导航，有基于视觉的、测距的方法，也有基于无线传感器网络的定位方法。其中无线传感器网络有固定网络结构的，也有移动自组织结构的。
目前，随着无人机技术的发展，利用无人机搭载无线传感器建立动态的移动自组织网络结构，可以应用到更多的领域当中。基于超带宽(UWB)技术的无线传感技术，不仅可以实现通信，还可以达到仅百米距离的厘米级测距。因此，将无人机系统和无线通信技术相结合，组建多机协同的无线自组织网络局部定位系统，可以更好地解决无卫星信号区域的局部定位。
发明内容
为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种多机协同的移动自组织网络局部定位系统和方法，以无人机为移动平台，以无线传感器为通信测距传感器，建立起多机协同的移动自组合局部定位系统，实现在无卫星信号覆盖区域内的局部定位。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种多机协同的移动自组织网络局部定位系统，包括定位目标和n架无人机，n≥4，定位目标和每架无人机上均搭载了无线传感器，彼此之间既能无线通信，又能测距。
基于上述技术方案的优选方案，每架无人机上还搭载了超声波传感器并安装有吸附装置。
基于上述技术方案的优选方案，所述吸附装置为吸盘。
基于上述技术方案的优选方案，定位目标和每架无人机上搭载的无线传感器采用WUB传感器，
一种多机协同的移动自组织网络局部定位方法，在n架无人机和定位目标上均安装无线传感器，n≥4，彼此之间既能无线通信，又能测距，n架无人机之间通过各自搭载的无线传感器组成协同定位网络，当需要对定位目标进行定位时，n架无人机中的至少4架无人机静止，测量静止的无人机与定位目标的距离，解算出定位目标在协同定位网络中的位置，实现定位导航。
基于上述技术方案的优选方法，无人机的静止采用悬停的方式。
基于上述技术方案的优选方案，在每架无人机上安装超声波传感器和吸附装置，通过超声波传感器测量无人机周围的静止物体，然后通过吸附装置使无人机与吸附在该静止物体表面，从而实现无人机的静止。
基于上述技术方案的优选方案，每架无人机上的超声波传感器测量该无人机与周围各个方向的静止物体的距离，采用距离和最小的目标优化方法，确定需要静止的无人机以及无人机需要吸附的静止物体。
采用上述技术方案带来的有益效果：
本发明以无人机为移动平台，以无线传感器为通信测距传感器，建立起多机系统的移动自组合局部定位系统，实现在无卫星信号覆盖的区域内的局部定位。本发明适用于无卫星信号的区域定位，在室内导航定位等领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明的系统示意图；
图2为本发明中采用吸盘方式的无人机静止示意图；
图3为本发明中采用侧滚旋翼推力吸附示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明设计的多机协同的移动自组织网络局部定位系统如图1所示，多个无人机101(图中只画出5个)搭载无线传感器102组成一个定位网络103，每个无人机搭载一个无线传感器，相当于一个伪卫星。104为定位目标，安装有无线传感器105，实现与多个无人机的通信和测距。多个无人机之间可以通信测距，实现相互协同运动。多无人机之间通过相互测距即可建立起初始的网络定位坐标系。
所用无人机可以为适合大范围、高空飞行的大型无人机，如战场，也可以为适合小环境的小型无人机，如城市、山谷等，还可以为适合室内环境使用的微型无人机。所搭载的无线传感器不仅可以通信，还可以进行相互间的测距，如基于WUB技术的传感器。定位目标可以为地面车辆、行人、机器人，或者飞行的无人机等。
为实现三维定位，至少需要四个静止伪卫星，与目标进行测距，目标与每个伪卫星的测距值即可解算出目标在网络系统中的位置，进而进行定位导航。当至少有四个无人机悬停时，另外的无人机则可以移动飞行到新的位置，并通过静止悬停的无人机进行导航定位。这样通过改变网络结构，进而扩展网络覆盖的区域范围。当导航定位的目标是大范围移动的目标时，通过不断改变网络结构，不断延伸，从而为定位目标进行导航定位。定位目标也可以静止和移动，在移动时通过无人机伪卫星网络进行通信定位，在静止时，也可以作为一颗伪卫星辅助移动无人机和其他移动目标的定位。
无人机作为伪卫星，作为测距定位的基准，需要处于静止状态。实现静止状态的最直接方法就是悬停。但无人机长时间的悬停会耗费大量的能量。如果能够实现无人机的吸附悬挂到静止的物体上，则可以节省大量的能量。如图2所示，在无人机201等顶部中间安装有吸盘202，当无人机悬停的区域顶部有静止的平面物体，即可通过升力挤压，吸附在静止物体的表面，如室内导航的天花板等。另外也可以将吸盘固定在无人机的侧面，同样吸附在静止的竖直平面，如墙面等。
无人机的悬停效果跟无人机的控制方法有关，如果悬停有漂移，则会造成测距的不准确，进而造成定位导航误差。因此，希望无人机悬停的位置的静止不变的。而无人机螺旋桨的旋转，可以排除大量空气，因此当无人机贴近一个物体表面飞行时，可以利用螺旋桨的旋转，形成推力固定在物体表面。如图3所示，301为一墙面，当螺旋桨302的旋转时，可以将无人机与墙面之间空气排出，这样就可以形成一个低压区，将无人机吸附在表面不动。目前的无人机可以做翻滚动作，因此墙面301也可以不是水平的，甚至可以是垂直的墙面，无人机通过翻滚之后吸附在墙面，静止不动。这样定位目标便可得到更精确的测距，精度更高定位。
为了使无人机能够找到周围的吸附物体，在每架无人机上搭载超声波传感器，每架无人机上的超声波传感器测量该无人机与周围各个方向的静止物体的距离，采用距离和最小的目标优化方法，确定需要静止的无人机以及无人机需要吸附的静止物体。这样能够使无人机能够最快速地进行吸附静止，提高定位的实时性，
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多机协同的移动自组织网络局部定位系统，其特征在于：包括定位目标和n架无人机，n≥4，定位目标和每架无人机上均搭载了无线传感器，彼此之间既能无线通信，又能测距。
2.根据权利要求1所述多机协同的移动自组织网络局部定位系统，其特征在于：每架无人机上还搭载了超声波传感器并安装有吸附装置。
3.根据权利要求2所述多机协同的移动自组织网络局部定位系统，其特征在于：所述吸附装置为吸盘。
4.根据权利要求1所述多机协同的移动自组织网络局部定位系统，其特征在于：定位目标和每架无人机上搭载的无线传感器采用WUB传感器。
5.一种多机协同的移动自组织网络局部定位方法，其特征在于：在n架无人机和定位目标上均安装无线传感器，n≥4，彼此之间既能无线通信，又能测距，n架无人机之间通过各自搭载的无线传感器组成协同定位网络，当需要对定位目标进行定位时，n架无人机中的至少4架无人机静止，测量静止的无人机与定位目标的距离，解算出定位目标在协同定位网络中的位置，实现定位导航。
6.根据权利要求5所述多机协同的移动自组织网络局部定位方法，其特征在于：无人机的静止采用悬停的方式。
7.根据权利要求5所述多机协同的移动自组织网络局部定位方法，其特征在于：在每架无人机上安装超声波传感器和吸附装置，通过超声波传感器测量无人机周围的静止物体，然后通过吸附装置使无人机与吸附在该静止物体表面，从而实现无人机的静止。
8.根据权利要求7所述多机协同的移动自组织网络局部定位方法，其特征在于：每架无人机上的超声波传感器测量该无人机与周围各个方向的静止物体的距离，采用距离和最小的目标优化方法，确定需要静止的无人机以及无人机需要吸附的静止物体。
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