CN108733072A - 一种无人机编队的控制系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机编队的控制系统及其方法，包括遥控器、领航无人机和若干编队无人机，所述遥控器内设置有角度调节单元、高度调节单元和第一信号传输单元，所述领航无人机内设置有第一角度控制单元、第一高度控制单元、第一定位单元，所述编队无人机内设置有第二角度控制单元、第二高度控制单元，第二定位单元和第三信号传输单元。本发明提供的无人机编队的控制系统，能够自动的实现对多个无人机的编队，并将无人机分为一个领航无人机和多个编队无人机，便于对无人机的管理，并且能够实现无人机编队的动态管理，能够根据需求实施对编队进行灵活调整，增强了无人机编队的实用性，应用范围广泛。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种无人机编队的控制系统及其方法。
背景技术
无人机是一种拥有动力装置的无人驾驶飞行系统。它具有广泛的应用，既可以用于航拍、交通巡逻等民用领域，也可以用于侦查、监控等军事领域。
目前民用领域使用的无人机一般为小型或微型无人机，且一般都是由一个遥控器来控制一个无人机，当需要在大面积场合进行勘测或巡逻等方面使用时，往往一个无人机并不够用，都需要多个无人机同时进行使用，这时普通的无人机就存在缺点，因为是一一对应遥控控制，多架无人机就需要多个人进行控制，需要增加了人力，效率也低，并且由多人控制多架无人机，在操纵过程中还容易出现操纵失误，导致无人机相碰撞。比如采用无人机完成农药喷洒人物，实际应用时为了提高效率，一片田会用到多架无人机同时工作，若由多个人分别控制多个无人机进行操作，不仅需要增加人力资源，另外在回收时还需要人为进行一架架进行回收，这些都大大增加了工作的繁琐度。因此，发明一种无人机编队的控制系统及其方法来解决上述问题很有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无人机编队的控制系统及其方法，利用无人机编队的控制系统，能够自动的实现对多个无人机的编队，并将无人机分为一个领航无人机和多个编队无人机，便于对无人机的管理，并且能够实现无人机编队的动态管理，能够根据需求实施对编队进行灵活调整，以解决上述背景技术中提出的由多个人分别控制多个无人机进行操作，不仅需要增加人力资源，另外在回收时还需要人为进行一架架进行回收，这些都大大增加了工作的繁琐度问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种无人机编队的控制系统，包括遥控器、领航无人机和若干编队无人机，所述遥控器内设置有角度调节单元、高度调节单元和第一信号传输单元，所述领航无人机内设置有第一角度控制单元、第一高度控制单元、第一定位单元，所述编队无人机内设置有第二角度控制单元、第二高度控制单元，第二定位单元和第三信号传输单元，所述领航无人机和编队无人机内均设置有单片机，所述第一角度控制单元、第一高度控制单元、第一定位单元和第二角度控制单元、第二高度控制单元，第二定位单元和第三信号传输单元均与单片机电连接；
角度调节单元，用于对领航无人机和编队无人机飞行角度进行调节；
高度调节单元，用于对领航无人机和编队无人机距离起飞地面的飞行高度进行调节；
第一信号传输单元，用于将角度调节单元和高度调节单元所发出的信号传递给第二信号传输单元和第三信号传递单元；
第一角度控制单元，用于对角度调节单元所发出的指令进行接收，并且控制领航无人机的飞行角度；
第一高度控制单元，用于对高度调节单元所发出的指令进行接收，并且控制领航无人机距离地面的飞行高度；
第一定位单元，用于对领航无人机飞行所处的位置进行精确定位，实时了解领航无人机所处的位置；
第二信号传输单元，用于接收第一信号传输单元所传递的信息，并且将所述接收的信息传递给单片机，单片机对所接收的信息进行分析处理后传递给下一单元；
第二角度控制单元，用于接收角度调节单元所发出的信息，并且控制编队无人机与领航无人机飞行的角度；
第二高度控制单元，用于接收高度调节单元所发出的信息，并且控制编队无人机与领航无人机飞行的高度；
第二定位单元，用于对编队无人机飞行的位置进行实时定位；
第三信号传输单元，用于接收第二信号输出单元所传递的信息，并且将所接收的信息传递给单片机，单片机对所接收的信息进行分析处理后传递给下一单元。
优选的，所述领航无人机内设置有用于对接收的地理信号进行绘制的地图绘制单元，所述地图绘制单元设置于单片机内。
优选的，所述领航无人机连接端设置有高清摄像头，所述高清摄像头内设置有线性传输单元，所述线性传输单元与第二信号传输单元进行连接。
优选的，所述第一信号传输单元、第二信号传输单元和第三信号传输单元均设置为蓝牙模块，且相互通过无线网络的方式间连接，所述线性传输单元设置为光纤。
优选的，所述编队无人机连接端设置有用于测量编队无人机与领航无人机之间距离的距离传感器，所述距离传感器通过RS-232串行口接口与单片机进行连接。
优选的，所述遥控器连接端设置有显示屏，所述第一信号传输单元与显示屏通过RS-232接口、RCA接口、SATA接口、HDMI接口、VGA接口和USB接口中的一种或多种进行连接。
优选的，所述角度调节单元包括领航无人机角度调节单元和编队无人机角度调节单元，所述高度调节单元包括领航无人机高度调节单元和编队无人机高度调节单元。
本发明还提供了一种无人机编队的控制方法，包括以下具体步骤：
步骤一：根据无人机编队飞行的需要，先通过遥控器控制领航无人机和编队无人机飞行至距离地面H1高度处，并且编队无人机与领航无人机飞行方向呈水平设置或者垂直设置，当编队无人机与领航无人机飞行方向呈水平设置时，领航无人机位于编队无人机正前方，当编队无人机与领航无人机飞行方向呈垂直设置时，编队无人机位于领航无人机两侧；
步骤二：当需要编队无人机向领航无人机两侧飞行时，在编队无人机角度调节单元中输入飞行角度θ或-θ，并且第一信号传输单元将信号传递给第二信号传输单元，并且经过单片机分析处理后通过第二信号传输单元传输给第三信号传输单元，单片机对第三信号传输单元所接收的信息进行分析处理后，利用第二角度控制单元控制编队无人机进行θ或-θ角度飞行，即：
L2或-L2＝V2*T2*tanθ或V2*T2*tan(-θ)；
式中：L2或-L2是指编队无人机与领航无人机水平距离，V2是指领航无人机飞行速度，T2是指领航无人机飞行时间；
步骤三：当需要编队无人机向领航无人机顶端或者底端飞行时，在编队无人机高度调节单元中输入飞行角度β或-β，并且第一信号传输单元将信号传递给第二信号传输单元，并且经过单片机分析处理后通过第二信号传输单元传输给第三信号传输单元，单片机对第三信号传输单元所接收的信息进行分析处理后，利用第二高度控制单元控制编队无人机进行β或-β角度飞行，即：H3或-H3＝V3*T3*tanβ或V3*T3*tan(-β)；
式中：H3或-H3是指编队无人机与领航无人机竖直距离，V3是指领航无人机飞行速度，T3是指领航无人机飞行时间。
优选的，所述领航无人机和编队无人机飞行速度相同。
本发明的技术效果和优点：
1、本发明提供的无人机编队的控制系统，能够自动的实现对多个无人机的编队，并将无人机分为一个领航无人机和多个编队无人机，便于对无人机的管理，并且能够实现无人机编队的动态管理，能够根据需求实施对编队进行灵活调整，增强了无人机编队的实用性，应用范围广泛；
2、本发明提供了无人机编队的控制方法，能够实现无人机上下左右运行进行灵活操作，并且通过编队无人机以领航无人机为参照点，实现编队无人机上下左右的飞行，减少了编队无人机和领航无人机相互碰撞的概率。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图。
图2为本发明领航无人机与编队无人机水平方向飞行角度示意图。
图3为本发明领航无人机与编队无人机竖直方向飞行角度示意图
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
根据图1所示的一种无人机编队的控制系统，包括遥控器、领航无人机和若干编队无人机，所述遥控器内设置有角度调节单元、高度调节单元和第一信号传输单元，所述领航无人机内设置有第一角度控制单元、第一高度控制单元、第一定位单元，所述编队无人机内设置有第二角度控制单元、第二高度控制单元，第二定位单元和第三信号传输单元，所述领航无人机和编队无人机内均设置有单片机，所述第一角度控制单元、第一高度控制单元、第一定位单元和第二角度控制单元、第二高度控制单元，第二定位单元和第三信号传输单元均与单片机电连接；
角度调节单元，用于对领航无人机和编队无人机飞行角度进行调节；
高度调节单元，用于对领航无人机和编队无人机距离起飞地面的飞行高度进行调节；
第一信号传输单元，用于将角度调节单元和高度调节单元所发出的信号传递给第二信号传输单元和第三信号传递单元；
第一角度控制单元，用于对角度调节单元所发出的指令进行接收，并且控制领航无人机的飞行角度；
第一高度控制单元，用于对高度调节单元所发出的指令进行接收，并且控制领航无人机距离地面的飞行高度；
第一定位单元，用于对领航无人机飞行所处的位置进行精确定位，实时了解领航无人机所处的位置；
第二信号传输单元，用于接收第一信号传输单元所传递的信息，并且将所述接收的信息传递给单片机，单片机对所接收的信息进行分析处理后传递给下一单元；
第二角度控制单元，用于接收角度调节单元所发出的信息，并且控制编队无人机与领航无人机飞行的角度；
第二高度控制单元，用于接收高度调节单元所发出的信息，并且控制编队无人机与领航无人机飞行的高度；
第二定位单元，用于对编队无人机飞行的位置进行实时定位；
第三信号传输单元，用于接收第二信号输出单元所传递的信息，并且将所接收的信息传递给单片机，单片机对所接收的信息进行分析处理后传递给下一单元。
实施例2
与实施例1不同的是：
所述领航无人机内设置有用于对接收的地理信号进行绘制的地图绘制单元，所述地图绘制单元设置于单片机内；
所述领航无人机连接端设置有高清摄像头，所述高清摄像头内设置有线性传输单元，所述线性传输单元与第二信号传输单元进行连接，有利于对领航无人机飞行的地理位置进行录制，并且通过单片机绘制成地图显示在显示屏上，便于操作者对无人机飞行的地理位置进行观察；
所述第一信号传输单元、第二信号传输单元和第三信号传输单元均设置为蓝牙模块，且相互通过无线网络的方式间连接，所述线性传输单元设置为光纤；
所述编队无人机连接端设置有用于测量编队无人机与领航无人机之间距离的距离传感器，所述距离传感器通过RS-232串行口接口与单片机进行连接；
所述遥控器连接端设置有显示屏，所述第一信号传输单元与显示屏通过RS-232接口、RCA接口、SATA接口、HDMI接口、VGA接口和USB接口中的一种或多种进行连接；
所述角度调节单元包括领航无人机角度调节单元和编队无人机角度调节单元，所述高度调节单元包括领航无人机高度调节单元和编队无人机高度调节单元。
实施例3
本发明好提供了一种无人机编队的控制方法，包括以下具体步骤：
步骤一：根据无人机编队飞行的需要，先通过遥控器控制领航无人机和编队无人机飞行至距离地面H1高度处，并且编队无人机与领航无人机飞行方向呈水平设置或者垂直设置，同时保持领航无人机和编队无人机飞行速度相同，当编队无人机与领航无人机飞行方向呈水平设置时，领航无人机位于编队无人机正前方，当编队无人机与领航无人机飞行方向呈垂直设置时，编队无人机位于领航无人机两侧；
步骤二：参照图3：当需要编队无人机向领航无人机两侧飞行时，在编队无人机角度调节单元中输入飞行角度θ或-θ，并且第一信号传输单元将信号传递给第二信号传输单元，并且经过单片机分析处理后通过第二信号传输单元传输给第三信号传输单元，单片机对第三信号传输单元所接收的信息进行分析处理后，利用第二角度控制单元控制编队无人机进行θ或-θ角度飞行，即：
L2或-L2＝V2*T2*tanθ或V2*T2*tan(-θ)；
式中：L2或-L2是指编队无人机与领航无人机水平距离，V2是指领航无人机飞行速度，T2是指领航无人机飞行时间；
步骤三：参照图2：当需要编队无人机向领航无人机顶端或者底端飞行时，在编队无人机高度调节单元中输入飞行角度β或-β，并且第一信号传输单元将信号传递给第二信号传输单元，并且经过单片机分析处理后通过第二信号传输单元传输给第三信号传输单元，单片机对第三信号传输单元所接收的信息进行分析处理后，利用第二高度控制单元控制编队无人机进行β或-β角度飞行，即：H3或-H3＝V3*T3*tanβ或V3*T3*tan(-β)；
式中：H3或-H3是指编队无人机与领航无人机竖直距离，V3是指领航无人机飞行速度，T3是指领航无人机飞行时间。
最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (9)
1.一种无人机编队的控制系统，包括遥控器、领航无人机和若干编队无人机，其特征在于：所述遥控器内设置有角度调节单元、高度调节单元和第一信号传输单元，所述领航无人机内设置有第一角度控制单元、第一高度控制单元、第一定位单元，所述编队无人机内设置有第二角度控制单元、第二高度控制单元，第二定位单元和第三信号传输单元，所述领航无人机和编队无人机内均设置有单片机，所述第一角度控制单元、第一高度控制单元、第一定位单元和第二角度控制单元、第二高度控制单元，第二定位单元和第三信号传输单元均与单片机电连接；
角度调节单元，用于对领航无人机和编队无人机飞行角度进行调节；
高度调节单元，用于对领航无人机和编队无人机距离起飞地面的飞行高度进行调节；
第一信号传输单元，用于将角度调节单元和高度调节单元所发出的信号传递给第二信号传输单元和第三信号传递单元；
第一角度控制单元，用于对角度调节单元所发出的指令进行接收，并且控制领航无人机的飞行角度；
第一高度控制单元，用于对高度调节单元所发出的指令进行接收，并且控制领航无人机距离地面的飞行高度；
第一定位单元，用于对领航无人机飞行所处的位置进行精确定位，实时了解领航无人机所处的位置；
第二信号传输单元，用于接收第一信号传输单元所传递的信息，并且将所述接收的信息传递给单片机，单片机对所接收的信息进行分析处理后传递给下一单元；
第二角度控制单元，用于接收角度调节单元所发出的信息，并且控制编队无人机与领航无人机飞行的角度；
第二高度控制单元，用于接收高度调节单元所发出的信息，并且控制编队无人机与领航无人机飞行的高度；
第二定位单元，用于对编队无人机飞行的位置进行实时定位；
第三信号传输单元，用于接收第二信号输出单元所传递的信息，并且将所接收的信息传递给单片机，单片机对所接收的信息进行分析处理后传递给下一单元。
2.根据权利要求1所述的一种无人机编队的控制系统，其特征在于：所述领航无人机内设置有用于对接收的地理信号进行绘制的地图绘制单元，所述地图绘制单元设置于单片机内。
3.根据权利要求2所述的一种无人机编队的控制系统，其特征在于：所述领航无人机连接端设置有高清摄像头，所述高清摄像头内设置有线性传输单元，所述线性传输单元与第二信号传输单元进行连接。
4.根据权利要求3所述的一种无人机编队的控制系统，其特征在于：所述第一信号传输单元、第二信号传输单元和第三信号传输单元均设置为蓝牙模块，且相互通过无线网络的方式间连接，所述线性传输单元设置为光纤。
5.根据权利要求1所述的一种无人机编队的控制系统，其特征在于：所述编队无人机连接端设置有用于测量编队无人机与领航无人机之间距离的距离传感器，所述距离传感器通过RS-232串行口接口与单片机进行连接。
6.根据权利要求1所述的一种无人机编队的控制系统，其特征在于：所述遥控器连接端设置有显示屏，所述第一信号传输单元与显示屏通过RS-232接口、RCA接口、SATA接口、HDMI接口、VGA接口和USB接口中的一种或多种进行连接。
7.根据权利要求1所述的一种无人机编队的控制系统，其特征在于：所述角度调节单元包括领航无人机角度调节单元和编队无人机角度调节单元，所述高度调节单元包括领航无人机高度调节单元和编队无人机高度调节单元。
8.根据权利要求1-7所述的一种无人机编队的控制方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
步骤一：根据无人机编队飞行的需要，先通过遥控器控制领航无人机和编队无人机飞行至距离地面H1高度处，并且编队无人机与领航无人机飞行方向呈水平设置或者垂直设置，当编队无人机与领航无人机飞行方向呈水平设置时，领航无人机位于编队无人机正前方，当编队无人机与领航无人机飞行方向呈垂直设置时，编队无人机位于领航无人机两侧；
步骤二：当需要编队无人机向领航无人机两侧飞行时，在编队无人机角度调节单元中输入飞行角度θ或-θ，并且第一信号传输单元将信号传递给第二信号传输单元，并且经过单片机分析处理后通过第二信号传输单元传输给第三信号传输单元，单片机对第三信号传输单元所接收的信息进行分析处理后，利用第二角度控制单元控制编队无人机进行θ或-θ角度飞行，即：
L2或-L2＝V2*T2*tanθ或V2*T2*tan(-θ)；
式中：L2或-L2是指编队无人机与领航无人机水平距离，V2是指领航无人机飞行速度，T2是指领航无人机飞行时间；
步骤三：当需要编队无人机向领航无人机顶端或者底端飞行时，在编队无人机高度调节单元中输入飞行角度β或-β，并且第一信号传输单元将信号传递给第二信号传输单元，并且经过单片机分析处理后通过第二信号传输单元传输给第三信号传输单元，单片机对第三信号传输单元所接收的信息进行分析处理后，利用第二高度控制单元控制编队无人机进行β或-β角度飞行，即：H3或-H3＝V3*T3*tanβ或V3*T3*tan(-β)；
式中：H3或-H3是指编队无人机与领航无人机竖直距离，V3是指领航无人机飞行速度，T3是指领航无人机飞行时间。
9.根据权利要求8所述的一种无人机编队的控制方法，其特征在于：所述领航无人机和编队无人机飞行速度相同。
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