CN108334108A - 基于软差分的无人机编队表演控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于软差分的无人机编队表演控制系统，包括地面站控制器、无人机编队，所述地面站控制器与所述无人机编队无线信号连接，本发明的有益效果在于：得到可控位置的算法更加有效；算法用时更短，更有效率；在控制无人机编队时更容易操作；通过精确的位置控制更容易实现无人机编队的阵型变换。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种无人机技术领域，尤其涉及一种基于软差分的无人机编队表演控制系统。
【背景技术】
在现代社会中，无人机编队不仅仅被用来执行相关任务，还被用来进行无人机编队表演。无人机的编队表演从2015年开始逐步进入市场。2015年11月，Intel公司首先开启了编队表演的先河。100架装备灯光的无人机在德国汉堡的夜空中舞动，它们按照设计好的路线飞行七分钟，最后组成一个250米宽的英特尔Logo。2016年8月1日，深圳大漠大智控技术有限公司在江西于都表演了80架无人机编队的灯光秀，纪念长征胜利80周年。这是在国内首次的多无人机编队表演，打开了国内无人机编队表演的大门。80架无人机在夜空中随着音乐闪烁，并且变换成“中国长征”字样，无人机从十到一的倒数开启了整个表演的高潮部分，整个表演在国内引起了巨大反响。自此之后，大规模无人机编队表演在国内开始盛行，因此，研究无人机编队表演的控制也愈发重要。
【发明内容】
本发明目的在于解决从GPS得到的无人机位置信息到控制坐标系的位置信息并且可以进行控制的问题；解决无人机编队阵型变换中静态阵型的控制问题；解决无人机编队表演过程中发生碰撞的问题；解决无人机编队方阵可以根据情况改变朝向的问题；解决无人机编队的不足而提供的一种新型基于软差分的无人机编队表演控制系统。
本发明是通过以下技术方案来实现的：一种基于软差分的无人机编队表演控制系统，包括地面站控制器、无人机编队，所述地面站控制器与所述无人机编队无线信号连接。
进一步地，所述无人机编队包括若干个可分别与地面站控制器进行无线通讯的无人机。
进一步地，所述无人机包括无人机壳体、电池、电路板，所述电池、电路板位于所述无人机壳体内部，所述无人机壳体上还设有若干无人机飞行模块，所述电路板包括无线信号接收模块、无线信号发射模块、处理器、GPS定位模块、障碍物探测模块，所述无线信号接收模块、无线信号发射模块、GPS定位模块、障碍物探测模块均与所述处理器信号连接，所述无人机飞行模块与所述处理器信号连接。
进一步地，所述地面站控制器包括控制器信号发射模块、控制器信号接收模块、控制器处理器，所述控制器信号发射模块、控制器信号接收模块均与所述控制器处理器信号连接，所述控制器信号接收模块接收无人机无线信号发射模块发射过来的根据GPS定位模块定位的无人机位置信息。
一种基于软差分的无人机编队表演控制系统，包括如下步骤：
(1)设定基点，建立控制坐标系；
(2)获取无人机、基点的GPS位置(即WGS格式位置)；
(3)将无人机、基点的WGS格式位置转为UTM格式位置；
(4)将无人机、基点的UTM格式位置转为控制坐标系下的位置；
(5)验证是否得到编队中每一架无人机的控制坐标系下的位置；
(6)在控制坐标系中设置每一架无人机的坐标；
(7)设置安全距离，避免碰撞；
(8)设置、控制整个无人机编队。
进一步地，所述设定基点，建立控制坐标系；基点一般表示起飞地点的任意位置，作为原点，对整个无人机编队预先设定朝向，即X方向和Y方向，建立控制坐标系；
进一步地，获取无人机、基点的GPS位置；所述GPS位置为WGS格式位置，通过无人机搭载的GPS获取无人机以及基点的位置信息，也就是WGS格式的位置信息。
进一步地，将无人机、基点的WGS格式位置转为UTM格式位置；通过坐标变换的方式将已经得到的GPS位置信息转换为UTM格式的位置信息。
进一步地，将无人机、基点的UTM格式位置转为控制坐标系下的位置；对已经得到的位置信息做差分，得到无人机在以基点为原点的东北天坐标系下的位置，根据预设朝向和北的差值，可得到无人机在控制坐标系下的位置；
验证是否得到编队中每一架无人机的控制坐标系下的位置；验证在无人机编队阵列中，是否每一架无人机都得到了控制坐标系下的位置信息，如果没有，则返回到权利要求7，重新用软差分的方法进行位置信息的转换；如果都得到了控制坐标系下的位置，则进行权利要求10；
进一步地，在控制坐标系中设置每一架无人机的坐标；基于原点的情况下，在控制坐标系中将每一架无人机的位置表示出来；
设置安全距离，避免碰撞；根据GPS系统的定位精度，设置无人机之间的安全距离最大定位精度的2倍；设置控制坐标系下的静态差分位置即每一帧时，保证所有无人机间的距离都大于安全间距；无人机在相邻帧间移动轨迹为直线，保证相邻帧间无人机的轨迹间距大于安全距离。
本发明的有益效果在于：
(1)得到可控位置的算法更加有效；利用软差分的方法，将GPS得到的无人机位置信息转换为可以进行控制的控制坐标系中的无人机位置信息，并将其设置为目标位置可控制无人机位置，这种方法更加简单有效；
(2)算法用时更短，更有效率；利用软差分的方法，在坐标变换之后进行无人机位置的控制，相比以往的技术，所用时间更短，整个过程更加有效率。
(3)在控制无人机编队时更容易操作；在控制坐标系中设置每一架无人机的坐标，可以设置、控制整个无人机编队；
(4)通过精确的位置控制更容易实现无人机编队的阵型变换；软差分的控制方式能设置静态位置、阵型，每个静态阵型作为一帧，设置、控制无人机编队形成连续多个帧可实现阵型的变换。
【附图说明】
图1为本发明基于软差分的无人机编队表演控制系统示意图；
图2为本发明无人机结构示意图；
图3为本发明场地地面站控制器示意图；
图4为本发明WGS坐标系示意图；
图5为本发明UTM投影坐标系示意图；
图6为本发明控制坐标系示意图；
图7为本发明基于软差分的无人机编队表演控制流程图示意图；
附图标记：1、地面站控制器；11、控制器信号发射模块；12、控制器信号接收模块；13、控制器处理器；2、无人机编队；21、无人机；210、无人机壳体；211、电池；212、电路板；2120、无线信号接收模块；2121、无线信号发射模块；2122、处理器；2123、GPS定位模块；2124、障碍物探测模块；213、无人机飞行模块。
【具体实施方式】
下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步描述：
如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，一种基于软差分的无人机编队表演控制系统，包括地面站控制器1、无人机编队2，所述地面站控制器1与所述无人机编队2无线信号连接。
优选地，所述无人机编队2包括若干个可分别与地面站控制器进行无线通讯的无人机21。
优选地，所述无人机21包括无人机壳体210、电池211、电路板212，所述电池211、电路板212位于所述无人机壳体210内部，所述无人机壳体210上还设有若干无人机飞行模块213，所述电路板212包括无线信号接收模块2120、无线信号发射模块2121、处理器2122、GPS定位模块2123、障碍物探测模块2124，所述无线信号接收模块2120、无线信号发射模块2121、GPS定位模块2123、障碍物探测模块2124均与所述处理器2122信号连接，所述无人机飞行模块213与所述处理器2122信号连接。
优选地，所述地面站控制器1包括控制器信号发射模块11、控制器信号接收模块12、控制器处理器13，所述控制器信号发射模块11、控制器信号接收模块12均与所述控制器处理器13信号连接，所述控制器信号接收模块12接收无人机无线信号发射模块发射11过来的根据GPS定位模块2123定位的无人机21位置信息。
一种基于软差分的无人机编队表演控制系统，包括如下步骤：
(1)设定基点，建立控制坐标系；
(2)获取无人机、基点的GPS位置(即WGS格式位置)；
(3)将无人机、基点的WGS格式位置转为UTM格式位置；
(4)将无人机、基点的UTM格式位置转为控制坐标系下的位置；
(5)验证是否得到编队中每一架无人机的控制坐标系下的位置；
(6)在控制坐标系中设置每一架无人机的坐标；
(7)设置安全距离，避免碰撞；
(8)设置、控制整个无人机编队。
优选地，所述设定基点，建立控制坐标系；基点一般表示起飞地点的任意位置，作为原点，对整个无人机编队预先设定朝向，即X方向和Y方向，建立控制坐标系；
优选地，获取无人机、基点的GPS位置；所述GPS位置为WGS格式位置，通过无人机搭载的GPS获取无人机以及基点的位置信息，也就是WGS格式的位置信息。
优选地，将无人机、基点的WGS格式位置转为UTM格式位置；通过坐标变换的方式将已经得到的GPS位置信息转换为UTM格式的位置信息。
优选地，将无人机、基点的UTM格式位置转为控制坐标系下的位置；对已经得到的位置信息做差分，得到无人机在以基点为原点的东北天坐标系下的位置，根据预设朝向和北的差值，可得到无人机在控制坐标系下的位置；
验证是否得到编队中每一架无人机的控制坐标系下的位置；验证在无人机编队阵列中，是否每一架无人机都得到了控制坐标系下的位置信息，如果没有，则返回到权利要求7，重新用软差分的方法进行位置信息的转换；如果都得到了控制坐标系下的位置，则进行权利要求10；
优选地，在控制坐标系中设置每一架无人机的坐标；基于原点的情况下，在控制坐标系中将每一架无人机的位置表示出来；
设置安全距离，避免碰撞；根据GPS系统的定位精度，设置无人机之间的安全距离最大定位精度的2倍；设置控制坐标系下的静态差分位置即每一帧时，保证所有无人机间的距离都大于安全间距；无人机在相邻帧间移动轨迹为直线，保证相邻帧间无人机的轨迹间距大于安全距离。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种基于软差分的无人机编队表演控制系统，其特征在于：包括地面站控制器、无人机编队，所述地面站控制器与所述无人机编队无线信号连接。
2.根据权利要求1所述基于软差分的无人机编队表演控制系统，其特征在于：所述无人机编队包括若干个可分别与地面站控制器进行无线通讯的无人机。
3.根据权利要求2所述基于软差分的无人机编队表演控制系统，其特征在于：所述无人机包括无人机壳体、电池、电路板，所述电池、电路板位于所述无人机壳体内部，所述无人机壳体上还设有若干无人机飞行模块，所述电路板包括无线信号接收模块、无线信号发射模块、处理器、GPS定位模块、障碍物探测模块，所述无线信号接收模块、无线信号发射模块、GPS定位模块、障碍物探测模块均与所述处理器信号连接，所述无人机飞行模块与所述处理器信号连接。
4.根据权利要求1所述基于软差分的无人机编队表演控制系统，其特征在于：所述地面站控制器包括控制器信号发射模块、控制器信号接收模块、控制器处理器，所述控制器信号发射模块、控制器信号接收模块均与所述控制器处理器信号连接，所述控制器信号接收模块接收无人机无线信号发射模块发射过来的根据GPS定位模块定位的无人机位置信息。
5.根据权利要求1所述基于软差分的无人机编队表演控制系统，其特征在于，包括如下步骤：
(1)设定基点，建立控制坐标系；
(2)获取无人机、基点的GPS位置(即WGS格式位置)；
(3)将无人机、基点的WGS格式位置转为UTM格式位置；
(4)将无人机、基点的UTM格式位置转为控制坐标系下的位置；
(5)验证是否得到编队中每一架无人机的控制坐标系下的位置；
(6)在控制坐标系中设置每一架无人机的坐标；
(7)设置安全距离，避免碰撞；
(8)设置、控制整个无人机编队。
6.根据权利要求5所述无人机编队阵型变换时的轨迹平滑控制系统，其特征在于：所述设定基点，建立控制坐标系；基点一般表示起飞地点的任意位置，作为原点，对整个无人机编队预先设定朝向，即X方向和Y方向，建立控制坐标系。
7.根据权利要求5所述无人机编队阵型变换时的轨迹平滑控制系统，其特征在于：获取无人机、基点的GPS位置；所述GPS位置为WGS格式位置，通过无人机搭载的GPS获取无人机以及基点的位置信息，也就是WGS格式的位置信息。
8.根据权利要求5所述无人机编队阵型变换时的轨迹平滑控制系统，其特征在于：将无人机、基点的WGS格式位置转为UTM格式位置；通过坐标变换的方式将已经得到的GPS位置信息转换为UTM格式的位置信息。
9.根据权利要求5所述无人机编队阵型变换时的轨迹平滑控制系统，其特征在于：将无人机、基点的UTM格式位置转为控制坐标系下的位置；对已经得到的位置信息做差分，得到无人机在以基点为原点的东北天坐标系下的位置，根据预设朝向和北的差值，可得到无人机在控制坐标系下的位置；
验证是否得到编队中每一架无人机的控制坐标系下的位置；验证在无人机编队阵列中，是否每一架无人机都得到了控制坐标系下的位置信息，如果没有，则返回到权利要求7，重新用软差分的方法进行位置信息的转换；如果都得到了控制坐标系下的位置，则进行权利要求10。
10.根据权利要求5所述无人机编队阵型变换时的轨迹平滑控制系统，其特征在于：在控制坐标系中设置每一架无人机的坐标；基于原点的情况下，在控制坐标系中将每一架无人机的位置表示出来；
设置安全距离，避免碰撞；根据GPS系统的定位精度，设置无人机之间的安全距离最大定位精度的2倍；设置控制坐标系下的静态差分位置即每一帧时，保证所有无人机间的距离都大于安全间距；无人机在相邻帧间移动轨迹为直线，保证相邻帧间无人机的轨迹间距大于安全距离。
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