CN109413735B - 基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位方法及装置，其中，方法包括：通过无人机群内每架无人机上设置的无线或光学通讯测距模块进行彼此临近感知与通讯测距，使得无人机群内四架或以上无人机实现自我定位。控制无人机群围绕至少一个基点无人机组在至少一个基点无人机组的临近空间开展双向并行的搜索、测距和定位。利用在临近空间新定位的无人机作基点无人机，以构建新的基点无人机组，并重新在新的基点无人机组的临近空间开展双向并行的搜索、测距和定位，并不断扩展直至完成无人机群所有无人机的一轮定位。根据预设时间间隔执行上述步骤，实现无人机群定位数据的动态更新。该方法有效提高定位的可靠性和适用性，简单易实现。
Description
技术领域
本发明涉及多传感融合和无人机定位技术领域，特别涉及一种基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位方法及装置。
背景技术
目前无人机群的室内、室外定位实践中，通常是每架无人机先通过外部视频、卫星、无线定位或传感信息实现其在大地坐标系或当地水平坐标系中的定位，再通过通讯与汇聚计算获得整个无人机群定位，这种方法要求每架无人机都具备在大地坐标系或当地水平坐标系中的可靠定位或被定位能力，实际应用中无人机群中常受到外界干扰或探测条件的限制，定位可靠性与精准度难以保证，特别是无人机数量达到几十架以上时，经常出现因整个无人机群或部分无人机定位失效而影响机群飞行控制的问题。
现有无线定位方法中有望能够移植到无人机群定位的包括红外线定位、超声波定位、蓝牙定位、Zigbee定位、WIFI网络定位、GSM/GPRS/CDMA移动通讯技术定位、射频标签RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)定位、超宽带无线电定位等，其中UWB(Ultra Wideband，超宽带)无线电定位不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据和测距定位，这种定位技术由于功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供接近厘米级的精确定位等优点，如果其能够采用某种方法应用到无人机群定位上则可以比较理想地解决局域内无人机相对定位问题。
但常用UWB定位系统与其它无线定位系统类似，需预先要提供几个固定基站参考点(即已知多个含无线或光学通讯测距模块[1]的基站精确位置)，通过收发待测点发出的高斯脉冲信号来计算相互距离和完成定位计算，而在无人机群定位的实际应用中，群内难有固定位置无人机或已知位置的无人机做基站参考位置点，因此必须设计出不依赖固定或已知基站参考位置信息的UWB定位方法，才可以为无人机群定位提供一种新型技术手段。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位方法，该方法可以有效提高定位的可靠性和适用性，简单易实现。
本发明的另一个目的在于提出一种基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位装置。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位方法，包括以下步骤：步骤S1：通过无人机群内每架无人机上设置的无线或光学通讯测距模块进行彼此临近感知与通讯测距，使得所述无人机群内至少四架无人机实现自我定位，且所述至少4架无人机中任何三架无人机不处于同一直线，以确定基点无人机和基点无人机组；步骤S2：控制所述无人机群围绕至少一个基点无人机组在所述至少一个基点无人机组的临近空间开展双向并行的搜索、测距和定位；步骤S3：利用在所述临近空间新定位的无人机作基点无人机，以构建新的基点无人机组，并重新在所述新的基点无人机组的临近空间开展所述步骤S2的双向并行的搜索、测距和定位，并不断扩展直至完成所述无人机群所有无人机的一轮定位；步骤S4：根据预设时间间隔执行所述步骤S1至步骤所述S4，实现所述无人机群定位数据的动态更新。
本发明实施例的基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位方法，要求每架无人机上都设置能实现彼此临近感知、通讯测距的无线或光学通讯测距模块，当无人机群内有4架以上无人机的位置可以用传统方法自我独立测得时，就可以围绕基点无人机组在其临近空间完成双向并行的搜索定位，从而不仅为无人机群定位提供了一种高效可靠的定位方法，还可以降低其对定位系统配置的要求与依赖，提高在部分无人机无法实现自我独立定位时的无人机群定位能力，进而有效提高定位的可靠性和适用性，简单易实现。
另外，根据本发明上述实施例的基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位方法还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S2进一步包括：根据自身定位信息使得所述每架无人机主动选择正方向或反方向参与无人机群搜索定位活动。
进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，所述正方向为每架位置已知且未作过基点无人机的无人机主动通过无线或光学通讯测距模块在其临近空间自主搜索其它3架位置已知的无人机，以组成新的基点无人机组，每个新基点无人机组的4架无人机再主动搜索临近空间中以共同发现和测距的每一架未知位置无人机，通过测量基点无人机组的4架无人机各自与每一架共同发现的未知位置无人机间距离，结合基点无人机组的4架无人机已知位置以完成每一架未知位置无人机定位计算，并将刚完成定位的每一架原来未知位置无人机改定义为已知位置且未作过基点无人机的无人机类型，以供构建更新的基点无人机组时采用；反方向为所述每架位置未知且未进入正方向定位过程的无人机主动通过所述无线或光学通讯测距模块在其临近空间自主搜索1个已构建的基点无人机组，并通过所述无线或光学通讯测距模块完成与该基点无人机组中4架无人机间距离测量，同样也通过测得的4个距离完成这架位置未知的无人机定位计算，再将刚完成定位的原来位置未知无人机改定义为已知位置且未作过基点无人机的无人机类型，以供构建更新的基点无人机组时采用。
进一步地，在本发明的一个实施例中，正方向和反方向的定位过程自发同时推进、扩展搜索、定位至完成所有无人机群的定位后，再进入下一轮的无人机群搜索定位。
进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，当所述无人机群中同时存在多个基点无人机组时，搜索、测距和定位在同一时间围绕所述多个基点无人机组相互独立地并行展开和扩展，且围绕每个基点无人机组开展的测距定位的汇总计算任务由对应基点无人机组中一架无人机或者由正在被定位的位置未知无人机完成，以实现无人机群定位的分布式并行计算。
进一步地，在本发明的一个实施例中，根据所述无线或光学通讯测距模块测得的信号强度与稳定性确定选择对象。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述无线或光学通讯测距模块包括采用超宽带无线电双程测距模块或者视频图像定位与专用无线通讯配合的模块。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位装置，包括：定位模块，用于通过无人机群内每架无人机上设置的无线或光学通讯测距模块进行彼此临近感知与通讯测距，使得所述无人机群内至少四架无人机实现自我定位，且所述至少4架无人机中任何三架无人机不处于同一直线，以确定基点无人机和基点无人机组；控制模块，用于控制所述无人机群围绕至少一个基点无人机组在所述至少一个基点无人机组的临近空间开展双向并行的搜索、测距和定位；构建模块，用于利用在所述临近空间新定位的无人机作基点无人机，以构建新的基点无人机组，并重新在所述新的基点无人机组的临近空间开展双向并行的搜索、测距和定位，并不断扩展直至完成所述无人机群所有无人机的一轮定位；更新模块，用于实现所述无人机群定位数据的动态更新。
本发明实施例的基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位装置，要求每架无人机上都设置能实现彼此临近感知、通讯测距的无线或光学通讯测距模块，当无人机群内有4架以上无人机的位置可以用传统方法自我独立测得时，就可以围绕基点无人机组在其临近空间完成双向并行的搜索定位，从而不仅为无人机群定位提供了一种高效可靠的定位方法，还可以降低其对定位系统配置的要求与依赖，提高在部分无人机无法实现自我独立定位时的无人机群定位能力，进而有效提高定位的可靠性和适用性，简单易实现。
另外，根据本发明上述实施例的基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位装置还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S1进一步包括：所述无人机群内至少四架无人机通过相对地面坐标系下的自我定位，或通过带有的高度传感器判断自身距地面高度实现自我定位。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制模块进一步用于根据自身定位信息使得所述每架无人机主动选择正方向或反方向参与无人机群搜索定位活动。
进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，所述正方向为每架位置已知且未作过基点无人机的无人机主动通过无线或光学通讯测距模块在其临近空间自主搜索其它3架位置已知的无人机，以组成新的基点无人机组，每个新基点无人机组的4架无人机再主动搜索临近空间中以共同发现和测距的每一架未知位置无人机，通过测量基点无人机组的4架无人机各自与每一架共同发现的未知位置无人机间距离，结合基点无人机组的4架无人机已知位置以完成每一架未知位置无人机定位计算，并将刚完成定位的每一架原来未知位置无人机改定义为已知位置且未作过基点无人机的无人机类型，以供构建更新的基点无人机组时采用；反方向为所述每架位置未知且未进入正方向定位过程的无人机主动通过所述无线或光学通讯测距模块在其临近空间自主搜索1个已构建的基点无人机组，并通过所述无线或光学通讯测距模块完成与该基点无人机组中4架无人机间距离测量，同样也通过测得的4个距离完成这架位置未知的无人机定位计算，再将刚完成定位的原来位置未知无人机改定义为已知位置且未作过基点无人机的无人机类型，以供构建更新的基点无人机组时采用。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位方法的流程图；
图2为根据本发明一个实施例的三个基点无人机组的62架旋翼无人机群双向并行搜索定位原理示例图；
图3为根据本发明一个实施例的固定翼和旋翼无人机10架混编双向并行搜索定位原理示例图示意图；
图4为根据本发明一个实施例的基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位装置的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位方法。
图1是本发明一个实施例的基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位方法的流程图。
如图1所示，该基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位方法包括以下步骤：
步骤S1：通过无人机群内每架无人机上设置的无线或光学通讯测距模块进行彼此临近感知与通讯测距，使得无人机群内至少四架无人机实现自我定位，且至少4架无人机中任何三架无人机不处于同一直线，以确定基点无人机和基点无人机组。
可以理解的是，要求无人机群内每架无人机上都设有能够实现彼此临近感知与通讯测距的无线或光学通讯测距模块，无人机群内至少有4架能够实现自我定位的位置已知无人机，且它们中没有任何3架处于同一直线上，满足这些的无人机称为基点无人机，4架基点无人机合称为基点无人机组。
进一步地，在本发明的一个实施例中，步骤S1进一步包括：无人机群内至少四架无人机通过相对地面坐标系下的自我定位，或通过带有的高度传感器判断自身距地面高度实现自我定位。
可以理解的是，S1的基点无人机的满足条件中，如果无人机群内没有4架或以上能够实现相对地面坐标系下的自我定位时，此时，无人机组中需有四架或以上可以通过其带有的高度传感器判断自身距地面高度，从而继续以此4架可判断高度的无人机为基点无人机组进行接下来的同样的步骤。这时无人机群仍可以保持无人机间相对位置及机群高度，不会坠落。
步骤S2：控制无人机群围绕至少一个基点无人机组在至少一个基点无人机组的临近空间开展双向并行的搜索、测距和定位。
可以理解的是，无人机群围绕一个、两个或多个同时存在的基点无人机组在其临近空间开展双向并行的搜索、测距和定位。
进一步地，在本发明的一个实施例中，步骤S2进一步包括：根据自身定位信息使得每架无人机主动选择正方向或反方向参与无人机群搜索定位活动。
在本发明的一个实施例中，其中，正方向为每架位置已知且未作过基点无人机的无人机主动通过无线或光学通讯测距模块在其临近空间自主搜索其它3架位置已知的无人机，以组成新的基点无人机组，每个新基点无人机组的4架无人机再主动搜索临近空间中以共同发现和测距的每一架未知位置无人机，通过测量基点无人机组的4架无人机各自与每一架共同发现的未知位置无人机间距离，结合基点无人机组的4架无人机已知位置以完成每一架未知位置无人机定位计算，并将刚完成定位的每一架原来未知位置无人机改定义为已知位置且未作过基点无人机的无人机类型，以供构建更新的基点无人机组时采用；反方向为每架位置未知且未进入正方向定位过程的无人机主动通过无线或光学通讯测距模块在其临近空间自主搜索1个已构建的基点无人机组，并通过无线或光学通讯测距模块完成与该基点无人机组中4架无人机间距离测量，同样也通过测得的4个距离完成这架位置未知的无人机定位计算，再将刚完成定位的原来位置未知无人机改定义为已知位置且未作过基点无人机的无人机类型，以供构建更新的基点无人机组时采用。
进一步地，在本发明的一个实施例中，正方向和反方向的定位过程自发同时推进、扩展搜索、定位至完成所有无人机群的定位后，再进入下一轮的无人机群搜索定位。
可以理解的是，在于S2的搜索、测距和定位是双向扩展推进的，即每个无人机根据自身定位的情况主动选择从下面两个方向之一参与无人机群搜索定位活动：
正方向是每架位置已知且未作过基点无人机的无人机主动通过无线或光学通讯测距模块在其临近空间自主搜索其它3架位置已知的无人机(优先选择临近位置已知但未作过基点无人机的无人机)，组成新的基点无人机组，每个新基点无人机组的4架无人机再主动搜索临近空间中可以共同发现和测距的每一架未知位置无人机，通过测量基点无人机组的4架无人机各自与每一架共同发现的未知位置无人机间距离，结合基点无人机组的4架无人机已知位置来就可以完成每一架未知位置无人机定位计算，并将刚完成定位的每一架原来未知位置无人机改定义为已知位置且未作过基点无人机的无人机类型，供构建更新的基点无人机组时采用；
反方向是每架位置未知且未进入正方向定位过程的无人机主动通过无线或光学通讯测距模块在其临近空间自主搜索1个已构建的基点无人机组，并通过无线或光学通讯测距模块完成与该基点无人机组中4架无人机间距离测量，同样也通过测得的4个距离完成这架位置未知的无人机定位计算，再将刚完成定位的这架原来位置未知无人机改定义为已知位置且未作过基点无人机的无人机类型，供构建更新的基点无人机组时采用，上述正反两个方向的定位过程自发同时推进，扩展搜索、定位至完成本轮所有无人机群的定位后，再进入下一轮的无人机群搜索定位。
进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，当无人机群中同时存在多个基点无人机组时，搜索、测距和定位在同一时间围绕多个基点无人机组相互独立地并行展开和扩展，且围绕每个基点无人机组开展的测距定位的汇总计算任务由对应基点无人机组中一架无人机或者由正在被定位的位置未知无人机完成，以实现无人机群定位的分布式并行计算。
可以理解的是，S2的搜索、测距和定位可以是并行发生的，即所谓并行定位和分布式计算是指定位活动并行发生，当无人机群中同时存在多个基点无人机组时，搜索定位在同一时间可以围绕多个基点无人机组相互独立地并行开展，且围绕每个基点无人机组开展的搜索定位计算任务由该基点无人机组中一架无人机或者由正在被定位的位置未知无人机完成，从而实现无人机群定位的分布式并行计算，减少计算时间。
进一步地，在本发明的一个实施例中，根据无线或光学通讯测距模块测得的信号强度与稳定性确定选择对象。
可以理解的是，S2的搜索中，在通过无线或光学通讯测距模块搜索构建新基点无人机组、正方向搜索共同发现的未知位置无人机、或反方向搜索基点无人机组时，可能同时面临多个选者对象，选择的依据是优先选择无线或光学通讯测距模块测得的信号强度与稳定性较好的对象。本发明实施例不仅适用于装有无线或光学通讯测距模块的无人机群定位，还可以运用到装有无线或光学通讯测距模块的地面移动平台群或空地混合移动平台群的定位。
也就是说，为了优先完成临近空间无人机的可靠定位，在通过无线或光学通讯测距模块构建基点无人机组、基点无人机组搜索共同发现的未知位置无人机和选择基点无人机组时，选择依据是优先选择无线或光学通讯测距模块信号强度、稳定性较好的无人机。
进一步地，在本发明的一个实施例中，无线或光学通讯测距模块包括采用超宽带无线电双程测距模块或者视频图像定位与专用无线通讯配合的模块。
可以理解的是，经过比较，上述无线或光学通讯测距模块可采用超宽带无线电双程测距模块实现，这是一种精度和可靠性都较好的选择。该方法不仅为无人机群定位提供了一种高效、可靠的技术途径，可以降低其对无人机定位系统配置的要求和依赖，还可以运用到装有无线或光学通讯测距模块的地面移动平台群或空地混合移动平台群的定位。上述无线或光学通讯测距模块也可以采用视频图像定位与专用无线通讯配合的模块实现。
步骤S3：利用在临近空间新定位的无人机作基点无人机，以构建新的基点无人机组，并重新在新的基点无人机组的临近空间开展步骤S2的双向并行的搜索、测距和定位，并不断扩展直至完成无人机群所有无人机的一轮定位。
可以理解的是，本发明实施例可以利用在临近空间新定位的无人机作基点无人机构建新的基点无人机组，重新在其临近空间开展S2过程的双向并行的搜索、测距和定位，并不断扩展直至完成整个无人机群所有无人机的一轮定位。
需要说明的是，上述搜索、测距和定位过程中，除了传感器自身测量误差外，该方法带来的定位误差主要源于两个时间差：首先，如果该方法S2过程中采用的基点无人机静止不动，那定位误差主要来源于无线或光学通讯测距模块[1]的传感器自身测量误差，但实际S2过程中无人机群中每一架无人机都在飞行运动，而基点无人机组的4架无人机与未知位置无人机间4个定位测量时间有先后顺序的时间误差，为了减小因该时间误差带来的定位误差，需要S2过程中基点无人机组顺序完成的4个距离测量时间总和要尽可能短；其次，即使S2过程中围绕每一个基点无人机组[3]的未知位置无人机定位精度足够，如果整个无人机群S3过程的一轮定位时间过长，也会因无人机群不同部分的定位时间误差较大而不能实现对整个无人机群的准确定位，因此需要整个无人机群无人机完成S3过程的一轮定位时间也要尽可能短。为缩短上述两个时间误差和控制无人机群定位误差，本发明实施例需要从双向搜索、并行定位和分布式计算这三个方面来实施，其中，所谓双向搜索是指每个无人机根据自身定位的情况主动选择从正方向和反方向两个方向之一参与无人机群搜索定位活动。
步骤S4：根据预设时间间隔执行步骤S1至步骤S4，实现无人机群定位数据的动态更新。
可以理解的是，上述过程按设定的时间间隔重复进行，就能实现无人机群定位数据的动态更新。
下面将结合具体实施例的对基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位方法进行进一步地阐述。
在本发明的第一个具体实施例中，如图2所示，无人机群由62架同构无人机组成，无线或光学通讯测距模块[1]采用超宽带无线电双程测距模块。无人机群中有12架无人机的GPS能够较好地接受卫星信号实现定位，它们自发临近搜索组成分别包含4架不同无人机的3个基点无人机组[3]：K、L、M。需要说明的是，图中数字[1]为无线或光学通讯测距模块、[2]为基点无人机、[3]为基点无人机组。
在图2中，K表示第K个基点无人机组(其中含4个基点无人机K1、K2、K3、K4)、K01表示第K个基点无人机组正方向搜索定位的第1个无人机、K02表示第K个基点无人机组正方向搜索定位的第2个无人机、K001表示第K个基点无人机组反方向搜索定位的第1个无人机、K002表示第K个基点无人机组反方向搜索定位的第2个无人机。同样，L表示第L个基点无人机组(其中含4个基点无人机L1、L2、L3、L4)、L01表示第L个基点无人机组正方向搜索定位的第1个无人机、L02表示第L个基点无人机组正方向搜索定位的第2个无人机、L001表示第L个基点无人机组反方向搜索定位的第1个无人机、L002表示第L个基点无人机组反方向搜索定位的第2个无人机。M表示第M个基点无人机组。
然后分别围绕这3个基点无人机组[3]自发展开正方向、反方向的并行定位搜索：以第K个基点无人机组为例，正方向是4个基点无人机K1、K2、K3、K4其临近空间自主搜索共同发现的K01、K02无人机，再利用超宽带无线电双程测距原理分别完成与被发现的K01、K02无人机间的4个距离测定，再结合基点无人机[2]K1、K2、K3、K4已知位置来完成K01、K02无人机的定位计算，并将刚完成定位的K01、K02无人机改定义为已知位置且未作过基点无人机[1]的无人机类型；反方向是位置未知且未进入正方向定位过程的无人机K001、K002无人机主动通过无线或光学通讯测距模块[1]在其临近空间自主搜索已构建的基点第K个基点无人机组[3]，并通过无线或光学通讯测距模块[1]完成与第K个基点无人机组中4架无人机间距离测量，再同样通过测得的4个距离完成K001、K002无人机定位计算，并将K001、K002无人机改定义为已知位置且未作过基点无人机的无人机类型。围绕K、L、M这3个基点无人机组[3]的正反两个方向的定位过程继续同时进行，扩展搜索、定位至完成本轮所有无人机群的定位。
为了进一步提高定位速度和减小时间误差，在该无人机群中同时存在3个基点无人机组[3]：K、L、M，，搜索定位在同一时间围绕3个基点无人机组[3]相互独立地并行开展，且围绕每个基点无人机组[3]开展的搜索定位计算任务由该基点无人机组[3]中一架无人机或者由正在被定位的位置未知无人机完成，从而实现无人机群定位的分布式并行计算，减少计算时间。
上述过程中，在通过无线或光学通讯测距模块[1]构建K、L、M基点无人机组[3]、基点无人机组[3]正方向搜索共同发现的未知位置无人机和反方向选择基点无人机组[3]时，选择依据都是优先选择无线或光学通讯测距模块[1]信号强度、稳定性较好的无人机。
在本发明的第二具体实施例中，如图3所示，其中，i是第i架无人机序号、j是第j架无人机序号、Dij(i≠j)是第i架无人机与第j架无人机之间距离、图2与图3中虚直线表示超宽带无线通讯链路。
本发明实施例是固定翼与旋翼无人机混编的无人机群，无人机群由10架异构无人机组成，其中无线或光学通讯测距模块[1]采用立体视觉定位原理的双摄像头与2.4G通讯相结合的方案,实现视觉范围内的无人机间通讯定位。该无人机群中有4架无人机的GPS能够较好地接受卫星信号实现定位，它们自发临近搜索组成分别包含4架不同无人机的1个基点无人机组[3]。与实施例1不同的是采取了立体视觉图像测量的无人机不需要测量距离，就可以通过立体视觉双图像交汇计算确定视野中其它无人机的相对位置，再通过2.4G通讯传输来结合基点无人机组[3]的已知位置，就可以正方向或反方向计算确定未知位置无人机的位置。被确定了位置的无人机再参与重新构建基点无人机组[3]，扩展开来就可以完成整个无人机群的定位。
此过程中，在通过双摄像头构建新的基点无人机组[3]、基点无人机组[3]正方向搜索共同发现的未知位置无人机和反方向选择基点无人机组[3]时，选择依据都是优先视野范围内图像清晰、距离相对较近的无人机。为了提高图像搜索、处理的速度与可靠性，还在每架无人机上增设了彩球和彩灯。
综上，本发明实施例的方法要求无人机群内每架无人机上都设置能够实现彼此临近感知、通讯与测距的无线或光学通讯测距模块、无人机群内至少有4架位置已知的无人机且它们中没有任何3架处于同一直线上，满足这两个条件的无人机称为基点无人机，满足这两个条件的4架无人机合称为基点无人机组，无人机群围绕一个、两个或多个同时存在的基点无人机组在其临近空间开展双向并行的搜索、测距和定位，即通过无线或光学通讯测距模块在临近空间逐一测量4架已知位置无人机与某架未知位置无人机的距离来计算其位置。此外，本发明实施例还从双向搜索、并行定位和分布式计算这几个方面入手来控制无人机群定位误差，从而有效解决了难以做到每架无人机都能够独立自我定位时的无人机群定位的问题，并且其结构简单、可靠性高，降低了对每架无人机定位系统配置的要求，适合于大规模的无人机群应用。
根据本发明实施例提出的基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位方法，要求每架无人机上都设置能实现彼此临近感知、通讯测距的无线或光学通讯测距模块，当无人机群内有4架以上无人机的位置可以用传统方法自我独立测得时，就可以围绕基点无人机组在其临近空间完成双向并行的搜索定位，从而不仅为无人机群定位提供了一种高效可靠的定位方法，还可以降低其对定位系统配置的要求与依赖，提高在部分无人机无法实现自我独立定位时的无人机群定位能力，进而有效提高定位的可靠性和适用性，简单易实现。
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位装置。
图4是本发明一个实施例的基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位装置的结构示意图。
如图4所示，该基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位装置10包括：定位模块100、控制模块200、构建模块300和更新模块400。
其中。定位模块100用于通过无人机群内每架无人机上设置的无线或光学通讯测距模块进行彼此临近感知与通讯测距，使得无人机群内至少四架无人机实现自我定位，且至少4架无人机中任何三架无人机不处于同一直线，以确定基点无人机和基点无人机组。控制模块200用于控制无人机群围绕至少一个基点无人机组在至少一个基点无人机组的临近空间开展双向并行的搜索、测距和定位。构建模块300用于利用在临近空间新定位的无人机作基点无人机，以构建新的基点无人机组，并重新在新的基点无人机组的临近空间开展双向并行的搜索、测距和定位，并不断扩展直至完成无人机群所有无人机的一轮定位。更新模块400用于实现无人机群定位数据的动态更新。本发明实施例的装置10不仅为无人机群定位提供了一种高效可靠的定位方法，还可以降低其对定位系统配置的要求与依赖，提高在部分无人机无法实现自我独立定位时的无人机群定位能力，进而有效提高定位的可靠性和适用性，简单易实现。
进一步地，在本发明的一个实施例中，控制模块200进一步用于根据自身定位信息使得每架无人机主动选择正方向或反方向参与无人机群搜索定位活动。
进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，正方向为每架位置已知且未作过基点无人机的无人机主动通过无线或光学通讯测距模块在其临近空间自主搜索其它3架位置已知的无人机，以组成新的基点无人机组，每个新基点无人机组的4架无人机再主动搜索临近空间中以共同发现和测距的每一架未知位置无人机，通过测量基点无人机组的4架无人机各自与每一架共同发现的未知位置无人机间距离，结合基点无人机组的4架无人机已知位置以完成每一架未知位置无人机定位计算，并将刚完成定位的每一架原来未知位置无人机改定义为已知位置且未作过基点无人机的无人机类型，以供构建更新的基点无人机组时采用；反方向为每架位置未知且未进入正方向定位过程的无人机主动通过无线或光学通讯测距模块在其临近空间自主搜索1个已构建的基点无人机组，并通过无线或光学通讯测距模块完成与该基点无人机组中4架无人机间距离测量，同样也通过测得的4个距离完成这架位置未知的无人机定位计算，再将刚完成定位的原来位置未知无人机改定义为已知位置且未作过基点无人机的无人机类型，以供构建更新的基点无人机组时采用。
需要说明的是，前述对基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位方法实施例的解释说明也适用于该实施例的基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位装置，此处不再赘述。
根据本发明实施例提出的基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位装置，要求每架无人机上都设置能实现彼此临近感知、通讯测距的无线或光学通讯测距模块，当无人机群内有4架以上无人机的位置可以用传统方法自我独立测得时，就可以围绕基点无人机组在其临近空间完成双向并行的搜索定位，从而不仅为无人机群定位提供了一种高效可靠的定位方法，还可以降低其对定位系统配置的要求与依赖，提高在部分无人机无法实现自我独立定位时的无人机群定位能力，进而有效提高定位的可靠性和适用性，简单易实现。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
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 (8)
1.一种基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：通过无人机群内每架无人机上设置的无线或光学通讯测距模块进行彼此临近感知与通讯测距，使得所述无人机群内至少四架无人机实现自我定位，且所述至少4架无人机中任何三架无人机不处于同一直线，以确定基点无人机和基点无人机组；
步骤S2：控制所述无人机群围绕至少一个基点无人机组在所述至少一个基点无人机组的临近空间开展双向并行的搜索、测距和定位，所述步骤S2进一步包括：根据自身定位信息使得所述每架无人机主动选择正方向或反方向参与无人机群搜索定位活动，其中，所述正方向为每架位置已知且未作过基点无人机的无人机主动通过无线或光学通讯测距模块在其临近空间自主搜索其它3架位置已知的无人机，以组成新的基点无人机组，每个新基点无人机组的4架无人机再主动搜索临近空间中以共同发现和测距的每一架未知位置无人机，通过测量基点无人机组的4架无人机各自与每一架共同发现的未知位置无人机间距离，结合基点无人机组的4架无人机已知位置以完成每一架未知位置无人机定位计算，并将刚完成定位的每一架原来未知位置无人机改定义为已知位置且未作过基点无人机的无人机类型，以供构建更新的基点无人机组时采用；反方向为所述每架位置未知且未进入正方向定位过程的无人机主动通过所述无线或光学通讯测距模块在其临近空间自主搜索1个已构建的基点无人机组，并通过所述无线或光学通讯测距模块完成与该基点无人机组中4架无人机间距离测量，同样也通过测得的4个距离完成这架位置未知的无人机定位计算，再将刚完成定位的原来位置未知无人机改定义为已知位置且未作过基点无人机的无人机类型，以供构建更新的基点无人机组时采用；
步骤S3：利用在所述临近空间新定位的无人机作基点无人机，以构建新的基点无人机组，并重新在所述新的基点无人机组的临近空间开展所述步骤S2的双向并行的搜索、测距和定位，并不断扩展直至完成所述无人机群所有无人机的一轮定位；
步骤S4：根据预设时间间隔执行所述步骤S1至步骤所述S4，实现所述无人机群定位数据的动态更新。
2.根据权利要求1所述的基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位方法，其特征在于，所述步骤S1进一步包括：
所述无人机群内至少四架无人机通过相对地面坐标系下的自我定位，或通过带有的高度传感器判断自身距地面高度实现自我定位。
3.根据权利要求1所述的基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位方法，其特征在于，正方向和反方向的定位过程自发同时推进、扩展搜索、定位至完成所有无人机群的定位后，再进入下一轮的无人机群搜索定位。
4.根据权利要求3所述的基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位方法，其特征在于，其中，当所述无人机群中同时存在多个基点无人机组时，搜索、测距和定位在同一时间围绕所述多个基点无人机组相互独立地并行展开和扩展，且围绕每个基点无人机组开展的测距定位的汇总计算任务由对应基点无人机组中一架无人机或者由正在被定位的位置未知无人机完成，以实现无人机群定位的分布式并行计算。
5.根据权利要求1所述的基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位方法，其特征在于，根据所述无线或光学通讯测距模块测得的信号强度与稳定性确定选择对象。
6.根据权利要求1所述的基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位方法，其特征在于，所述无线或光学通讯测距模块包括采用超宽带无线电双程测距模块或者视频图像定位与专用无线通讯配合的模块。
7.一种基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位装置，其特征在于，包括：
定位模块，用于通过无人机群内每架无人机上设置的无线或光学通讯测距模块进行彼此临近感知与通讯测距，使得所述无人机群内至少四架无人机实现自我定位，且所述至少4架无人机中任何三架无人机不处于同一直线，以确定基点无人机和基点无人机组；
控制模块，用于控制所述无人机群围绕至少一个基点无人机组在所述至少一个基点无人机组的临近空间开展双向并行的搜索、测距和定位，根据自身定位信息使得所述每架无人机主动选择正方向或反方向参与无人机群搜索定位活动，其中，所述正方向为每架位置已知且未作过基点无人机的无人机主动通过无线或光学通讯测距模块在其临近空间自主搜索其它3架位置已知的无人机，以组成新的基点无人机组，每个新基点无人机组的4架无人机再主动搜索临近空间中以共同发现和测距的每一架未知位置无人机，通过测量基点无人机组的4架无人机各自与每一架共同发现的未知位置无人机间距离，结合基点无人机组的4架无人机已知位置以完成每一架未知位置无人机定位计算，并将刚完成定位的每一架原来未知位置无人机改定义为已知位置且未作过基点无人机的无人机类型，以供构建更新的基点无人机组时采用；反方向为所述每架位置未知且未进入正方向定位过程的无人机主动通过所述无线或光学通讯测距模块在其临近空间自主搜索1个已构建的基点无人机组，并通过所述无线或光学通讯测距模块完成与该基点无人机组中4架无人机间距离测量，同样也通过测得的4个距离完成这架位置未知的无人机定位计算，再将刚完成定位的原来位置未知无人机改定义为已知位置且未作过基点无人机的无人机类型，以供构建更新的基点无人机组时采用；
构建模块，用于利用在所述临近空间新定位的无人机作基点无人机，以构建新的基点无人机组，并重新在所述新的基点无人机组的临近空间开展双向并行的搜索、测距和定位，并不断扩展直至完成所述无人机群所有无人机的一轮定位；以及
更新模块，用于实现所述无人机群定位数据的动态更新。
8.根据权利要求7所述的基于临近感知的无人机群双向并行搜索定位装置，其特征在于，所述控制模块进一步用于根据自身定位信息使得所述每架无人机主动选择正方向或反方向参与无人机群搜索定位活动。
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