CN109334541A - 一种车载多旋翼无人机群协同系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车载多旋翼无人机群协同系统和方法，所述系统包括车载平台系统、无人机群系统和人机交互系统，所述车载平台系统为地面移动平台，在人机交互系统的控制下用于存储、发射、回收无人机；所述人机交互系统具有显示和操作功能，用于监测、控制车载平台系统和无人机群系统；无人机群系统由相同或者不同种类的多旋翼无人机组成。本发明以车载平台为移动平台，以多旋翼无人机群为任务执行单元，建立人‑车‑机的协同机制，实现车载多旋翼无人机群的侦察、定位、通信、导航、干扰、中继、作战等任务。本发明适用于车载平台和无人机协同任务，在民用和军用领域具有广阔的应用前景。

Description

一种车载多旋翼无人机群协同系统和方法
技术领域
本发明涉及一种车载无人机系统和方法，特别涉及一种车载多旋翼无人机群协同系统和方法。
背景技术
小型多旋翼无人机以其价格便宜、飞控简单、可悬停、起降容易等优点，在消费领域蓬勃发展，在军用领域也逐渐显露出其潜在的价值。车载无人机以其机动灵活等特点也被广泛应用于军事作战中。
车载小型多旋翼无人机综合了车载和多旋翼无人机的优点，但同时也必然具有多旋翼无人机载重小、续航短等缺点。因此，车载多旋翼无人机群的协同既有无人机协同作战理论的共性特征，也具有其自身的个性特征。车载多旋翼无人机群协同需要解决众多问题，如车载平台的设计、无人机群的选择和协同，无人机在车载平台上的存放模式，多旋翼无人机在车载平台是上自主起降，以及人-车-机的协同等。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种车载多旋翼无人机群协同系统，该系统能够实现以车载为平台的多旋翼无人机群协同侦察、通信、作战等任务。
本发明的另一个目的是提供利用所述系统进行车载多旋翼无人机群协同的方法。
技术方案：本发明所述车载多旋翼无人机群协同系统，包括车载平台系统、无人机群系统和人机交互系统，所述车载平台系统为地面移动平台，在人机交互系统的控制下用于存储、发射、回收无人机；所述人机交互系统具有显示和操作功能，用于监测、控制车载平台系统和无人机群系统；无人机群系统由相同或者不同种类的多旋翼无人机组成。
所述车载平台系统车厢的内部设置有用于存放和传送无人机的仓储单元，车载平台系统车厢的顶部设置有起降平台，无人机在仓储单元和起降平台之间的传输采用传送平台实现。优选地，无人机在仓储单元和起降平台之间的传输采用自动化传输平台实现。
所述车载平台系统车厢采用仓储设计，车厢内部的中间为过道，过道两侧上下为存储单元格，每个存储单元格可存放一个无人机，优选地，较大较重的无人机存储在下部单元，较小较轻的无人机存放在上部单元。每个存储单元格底部为可左右旋转的传送带，用于与传送平台之间的无人机承接，传送平台可沿轨道在在过道内前后上下移动，且传送平台为一个可左右旋转的传送带，用于与仓储单元进行无人机的承接。车载平台系统车厢的顶部设置有起降平台，用于无人机的起飞和回收降落，传送平台可以移动到起降平台位置，从仓储单元运输过来的无人机在此起飞，降落在此的无人机被传送平台传输到指定的仓储单元。
所述车载平台有驾驶人员操作，或者，所述车载平台为无人驾驶智能操作。
所述起降平台的四个方向上设置有可移动绳索，用于调整无人机在起降平台上的位置。多旋翼无人机群协同完成任务后陆续降落到车载平台的起降平台上，并通过调整绳索精确调整无人机的位置，传送平台将降落的无人机传送到指定仓储单元。
所述车载平台系统载有用于对整个系统的数据进行分析和处理的车载数据处理终端，其服务于系统功能的实现。
所述车载平台系统载有用于实现对无人机的相对导航定位的局部定位系统。
所述车载平台系统载有用于实现对无人机的远距离通信的通信设备。
所述人机交互系统可以通过语音识别和/或动作识别实现智能化的交互。
所述无人机群由小型多旋翼无人机和/或微型多旋翼无人机组成，所述无人机根据任务不同分为侦察、定位、导航、通信、干扰、中继、作战机型。
所述无人机根据自身定位不同携带不同载荷，根据任务特点可组成多种任务队形；所述任务分为侦察、定位、导航、干扰、通信、中继、作战；所述任务特点分为单机单任务、单机多任务、多机单任务、多机多任务；所述队形分为侦察队形、通信中继队形、作战队形。
无人机根据任务特点自动组成编队，传送平台将对应的无人机传输到起飞平台起飞，车载平台通过定位、通信等设备实现对无人机的导航定位和通信传输，无人机群起飞后排成编队队形执行任务。无人机群协同完成任务后陆续降落到车载平台的起降平台上，并通过调整绳索精确调整无人机的位置，传送平台将降落的无人机传送到指定仓储单元。
本发明以车载平台为移动平台，实现多旋翼无人机群仓储和自主起降；通过人机交互系统，自动化智能化实现无人机自主编队、执行任务；通过人-车-机的协同交互实现基于车载平台的多旋翼无人机群的定位、导航、干扰、通信、侦察、中继、作战等任务，适用于战场环境下的无人化、智能化和精准化发展。
利用所述的系统进行车载多旋翼无人机群协同的方法，包括使用人机交互系统监测、控制车载平台系统和无人机群系统，车载平台系统在人机交互系统的控制下存储、发射、回收无人机，利用人-车-机的协同交互实现基于车载平台的多旋翼无人机群的定位、导航、通信、侦察、干扰、中继、作战任务。
无人机群飞行路径的实现方法为：根据地形环境和任务类型，自主组建编队，包括机型和数量的选择，并自主生成路径，路径规划包括起飞路径、编队生成路径、任务执行路径和编队收缩降落路径，所述导航采用组合导航方法实现，包括传统的GPS导航、视觉导航、采用基于UWB的定位导航和基于深度学习的智能导航。
有益效果：本发明以车载平台为移动平台，以多旋翼无人机群为任务执行单元，建立人-车-机的协同机制，实现车载多旋翼无人机群的侦察、定位、通信、导航、干扰、中继作战等任务。本发明适用于车载平台和无人机协同任务，在民用和军用领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为人-车-机协同系统示意图；
图2为多旋翼无人机车载仓储示意图；
图3为车载多旋翼无人机传送示意图；
图4为车载平台顶部的起降平台示意图；
图5为车载多旋翼无人机群协同执行任务示意图；
图6为车载多旋翼无人机群协同任务执行流程图。
具体实施方式
下面结合附图来详细说明本发明的具体实施方式。
如图1，一种车载多旋翼无人机系统，包括车载平台102、多旋翼无人机103和人机交互系统104，整个系统由操作人员101进行操作监视。车载平台102为移动平台，作为多旋翼无人机群的地面“移动航母”；无人机103为多旋翼无人机，可根据任务需求搭载不同载荷，进行侦察、定位、导航、通信、中继、干扰，甚至作战；操作人员101通过人机交互系统104实现对车载平台和无人机群的监测和控制；人机交互系统104可以实现对车辆的操作控制，同时通过屏幕显示呈现车辆和无人机群的状态，并通过按键、旋钮、触屏、语音和手势进行智能交互，对无人机群下达任务和控制指令。
车载平台102载有用于对整个系统的数据进行分析和处理的车载数据处理终端、用于实现对无人机的相对导航定位的局部定位系统，以及用于实现对无人机的远距离通信的通信设备。
如图2，多旋翼无人机群在车载平台内采用仓储模式存放。多旋翼无人机根据承担的任务分为侦察型、定位型、导航型、中继型、通信型、干扰型和作战型，不同类型的无人机搭载不同的载荷，较重较大的无人机如作战无人机存放在下部，较小较轻的无人机存放在上部，如通信或中继无人机。车厢内中间为过道，传动平台在此空间传送运动，两侧为存放无人机的单元格，如图3所示，无人机302存储在单元格301内，传送平台303可沿着垂直轨道304和水平轨道305在过道内上下左右移动。传送平台表面为传送带，可以左右连续转动，每个存储单元格底部也是一个可以左右连续转动的传送带306。
传送平台303根据人机交互系统下达的任务命令，运动到对应的存储单元格，存储单元格内的传送带306将无人机传送到传送平台303上，传送平台303沿着轨道(304、305)将无人机传送到车载平台顶部的起降平台(图4)。当无人机回收时，传送平台303将降落到起降平台的无人机传送回对应的存储单元格。
车载平台的顶部401设置有两个无人机的起降平台402和403，如图4所示，以达到起降的高效性。起降平台为车厢过道位置对应的可伸缩打开的天窗，传送平台303可直接运动到该位置，无人机在此直接起降。在起降平台四周各有一条可移动的调整索404，用于调整无人机降落后的位置，以确保传送平台可以精确的将无人机传送到存储单元格。
车载多旋翼无人机群执行任务的过程如图5所示，无人机由传送平台303将其从存储单元格301运输到起降平台402(或403)，从车载平台501上进行编队起飞502，然后进行编队布设503，到达指定位置之后执行任务504，任务完成之后进行编队回收505，然后编队在车载起降平台上降落506，随后由传送平台303将无人机运输到指定的存储单元格。
车载多旋翼无人机群的任务执行实例如图6所示，车载平台601通过人机交互系统、车载数据处理终端、局部定位系统和通信设备对无人机群编队进行监测控制，无人机编队一般包括通信中继无人机602、侦察监测无人机603和任务执行无人机604，在感兴趣区域605上空进行侦察、定位、导航、通信、中继、干扰、作战等任务。
该系统中，无人机群飞行路径的实现方法为：根据地形环境和任务类型，自主组建编队，包括机型和数量的选择，并自主生成路径，路径规划包括起飞路径、编队生成路径、任务执行路径和编队收缩降落路径。导航采用组合导航方法实现：传统的GPS导航+视觉导航+采用基于UWB的定位导航+基于深度学习的智能导航。其他的指令的传输、装置的移动控制、无人机的控制等均可以通过现有技术实现。

Claims (10)

1.一种车载多旋翼无人机群协同系统，其特征在于，包括车载平台系统、无人机群系统和人机交互系统，所述车载平台系统为地面移动平台，在人机交互系统的控制下用于存储、发射、回收无人机；所述人机交互系统具有显示和操作功能，用于监测、控制车载平台系统和无人机群系统；所述无人机群系统由相同或者不同种类的多旋翼无人机组成。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述车载平台系统车厢的内部设置有用于存放和传送无人机的仓储单元，车载平台系统车厢的顶部设置有起降平台，无人机在仓储单元和起降平台之间的传输采用传送平台实现。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述起降平台的四个方向上设置有可移动绳索。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述车载平台系统车厢内部的中间为过道，过道两侧上下为存储单元格，每个存储单元格可存放一个无人机，每个存储单元格底部为可左右旋转的传送带，传送平台可沿轨道在在过道内前后上下移动，且传送平台为一个可左右旋转的传送带，车载平台系统车厢的顶部设置有起降平台，传送平台可以移动到起降平台位置。
5.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述车载平台系统载有用于对整个系统的数据进行分析和处理的车载数据处理终端；所述车载平台系统载有用于实现对无人机的相对导航定位的局部定位系统；所述车载平台系统载有用于实现对无人机的远距离通信的通信设备。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述人机交互系统可以通过语音识别和/或动作识别实现智能化的交互。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无人机群由小型多旋翼无人机和/或微型多旋翼无人机组成，所述无人机根据任务不同分为侦察、定位、导航、通信、干扰、中继、作战机型。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无人机根据自身定位不同携带不同载荷，根据任务特点可组成多种任务队形；所述任务分为侦察、定位、导航、干扰、通信、中继、作战；所述任务特点分为单机单任务、单机多任务、多机单任务、多机多任务；所述队形分为侦察队形、通信中继队形、作战队形。
9.利用权利要求1～8任意一项所述的系统进行车载多旋翼无人机群协同的方法，其特征在于，包括使用人机交互系统监测、控制车载平台系统和无人机群系统，车载平台系统在人机交互系统的控制下存储、发射、回收无人机，利用人-车-机的协同交互实现基于车载平台的多旋翼无人机群的定位、导航、通信、侦察、干扰、中继、作战任务。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述无人机群飞行路径的实现方法为：根据地形环境和任务类型，自主组建编队，包括机型和数量的选择，并自主生成路径，路径规划包括起飞路径、编队生成路径、任务执行路径和编队收缩降落路径，所述导航采用组合导航方法实现，包括传统的GPS导航、视觉导航、采用基于UWB的定位导航和基于深度学习的智能导航。
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