CN113467514A - 多无人机分布式控制系统、协同控制方法、介质、无人机编队 - Google Patents

多无人机分布式控制系统、协同控制方法、介质、无人机编队 Download PDF

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CN113467514A CN202110828150.1A CN202110828150A CN113467514A CN 113467514 A CN113467514 A CN 113467514A CN 202110828150 A CN202110828150 A CN 202110828150A CN 113467514 A CN113467514 A CN 113467514A
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吴冲
王明明
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Abstract

本发明公开一种多无人机分布式控制系统、协同控制方法、介质、无人机编队，涉及无人机技术领域。机载计算机搭载的领航跟随协同控制器基于ROS的进程间发布订阅消息传递机制，以及Mavros功能包与领航无人机建立连接，并与多个跟随无人机进行通讯；当某个跟随无人机发生故障，其他跟随无人机搭载的飞行控制器继续参考领航无人机规定的飞行轨迹，并期望的速度、位置指令，驱动该跟随无人机前往指定目标点形成期望队形。本发明利用ROS、无人机、无线路由器等组件以及领航‑跟随控制方法，实现了多无人机协同飞行的功能，能够提高多无人机系统执行任务的效率，保证了任务执行的可靠性以及无人机数量的灵活拓展。

Description

多无人机分布式控制系统、协同控制方法、介质、无人机编队
技术领域
本发明属于无人机技术领域，尤其涉及一种基于ROS的多无人机分布式控制系统、协同控制方法、接收用户输入程序存储介质、无人机编队。
背景技术
目前，无人机凭借其体积小、成本低、机动性强、操作方便等优势在军事打击与侦察、电力巡检、航拍测绘、农业植保等领域得到了广泛的应用。然而，单架无人机在执行任务中存在续航时间短、载荷有限、容错率低等缺点，难以满足执行复杂的任务需求，例如大范围的侦察与监控，多目标跟踪等任务。在多无人机应用场景中，无人机需要将自身状态信息回传给地面站进行统一任务调度，例如指挥无人机形成指定队形，前往指定区域等，除此之外，多无人机间还需进行通信来实现分布式协同控制。
因此，需要搭建稳定可靠的无人机平台、多无人机数据传输链路和分布式控制架构，以保证多无人机能够安全有效的完成任务。
专利CN102768518B提出了一种多无人机平台协同控制系统，系统中使用地面控制中心接收处理无人机状态信息，并发送控制命令给无人机，是典型的集中式控制架构。专利CN106444423A提出了基于ROS的多无人机控制系统及其控制方法，但只考虑多无人机间的避碰，无法控制多无人机系统进行协同飞行。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中，多无人机系统中的控制架构多采用集中式控制方法，即单独控制中心(一般为地面站)控制多架无人机的运动，存在着可靠性差，扩展不灵活，效率低下等不足。多无人机飞行是多无人机系统执行任务的前提，方法需要复杂计算，在工程上难以实现。
因此，设计一种多无人机分布式控制系统及其控制方法是本领域亟待解决的技术问题。
解决以上问题及缺陷的意义为：本发明提出的一种基于ROS(机器人控制系统)的多无人机分布式控制系统及其控制方法，利用ROS、无人机、无线路由器等组件以及领航-跟随(Leader-Follower)控制方法，实现了多无人机协同飞行的功能，能够提高多无人机系统执行任务的效率，保证了任务执行的可靠性以及无人机数量的灵活拓展。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了一种基于ROS的多无人机分布式控制系统、协同控制方法、接收用户输入程序存储介质、无人机编队。所述技术方案如下：
根据本发明公开实施例的第一方面，提供一种基于ROS的多无人机分布式控制方法，包括：
机载计算机搭载的领航跟随协同控制器基于ROS的进程间发布订阅消息传递机制，以及Mavros功能包与领航无人机建立连接，并与多个跟随无人机进行通讯；
当某个跟随无人机发生故障，其他跟随无人机搭载的飞行控制器继续参考领航无人机规定的飞行轨迹，并期望的速度、位置指令，驱动该跟随无人机前往指定目标点形成期望队形。
在本发明一实施例中，所述机载计算机运行ROS系统中的Mavros功能包，并以节点(node)的形式运行在ROS系统中，各个节点之间通过ROS中的发布/订阅(publish/subscribe)方式进行数据交互；
所述跟随无人机的飞行控制器控制方法包括：
采用内外环控制结构，内环负责姿态控制，由角速度控制环和角度控制环组成，外环负责位置控制，由速度控制器和位置控制器组成；
所述速度控制器和位置控制均使用PID控制器；
将外环与内环作为两个独立运行的进程，利用PX4中Nuttx系统以及uORB中间件提供的发布-订阅应用程序接口(Application Programming Interface,API)实现各控制器间的通信。
在本发明一实施例中，所述领航跟随协同控制器的协同控制方法包括：
领航无人机的领航跟随协同控制器利用ROS的发布订阅机制订阅其他跟随无人机位置信息作为位置反馈环节，根据地面控制站发送的期望的队形与跟随无人机位置反馈得到速度控制指令发送给跟随无人机的飞行控制器上，驱动跟随无人机前往指定位置，进而形成期望队形。
在本发明一实施例中，所述领航跟随协同控制器利用ROS的发布订阅机制订阅其他跟随无人机位置信息，包括：
将各个跟随无人机的之间经纬度及海拔信息转化为相对距离信息；根据半正矢公式(1)给定的经度和维度确定地球上两个点之间的最短距离；
Figure BDA0003174436630000031
其中
Figure BDA0003174436630000032
是点1和点2的纬度信息，λ1，λ2是点1和点2的经度信息，r＝6371000m，代表地球半径；
根据公式(2)计算地球上两个点之间的方位角，
Figure BDA0003174436630000033
其中
Figure BDA0003174436630000034
λ1是起始点的纬度和经度，
Figure BDA0003174436630000035
λ2是目标点的纬度和经度，Δλ是目标点与起始点经度的差；得到两跟随无人机之间的距离后，通过公式(3)将距离分别投影到北东地(NED)坐标系下：
Figure BDA0003174436630000036
其中，z1，z2分别表示跟随无人机1和跟随无人机2的海拔高度。
在本发明一实施例中，领航跟随协同控制器控制跟随无人机形成期望队形的方法，包括：
给出期望的相对偏差
Figure BDA0003174436630000041
Figure BDA0003174436630000042
代表跟随无人机在领航无人机北方向相距距离，取值1m，
Figure BDA0003174436630000043
代表在东方向相距距离，取值2m，
Figure BDA0003174436630000044
在垂向向下方向高度相同，取值为0；
得到期望的相对偏差与实际偏差后，代入到领航跟随协同控制器中，经过控制器计算得到期望的速度指令，驱动跟随无人机前往指定目标点形成期望队形。
在本发明一实施例中，所有领航无人机或跟随无人机均使用动捕系统、机载视觉系统获得领航无人机与跟随无人机之间、相邻跟随无人机之间的位置信息。
在本发明一实施例中，所述基于ROS的多无人机分布式控制方法进一步包括：
首先进行系统初始化，包括飞行控制器中定位模块、通信模块初始化；
获得经纬度以及海拔信息并且建立连接，机载计算机开机；启动Mavros节点并订阅领航无人机信息；
完成初始化后，所有无人机等待地面站发送起飞命令，在接收到起飞指令后无人机起飞，否则待命；
起飞后等待地面站发送具体协同任务，在收到任务后获得期望协同队形，作为领航跟随协同控制器的输入；同时将订阅成功的领航无人机信息反馈到跟随无人机单机的飞行控制器中，单机的飞行控制器得到控制量驱动跟随无人机跟踪领航无人机轨迹，并形成指定的期望队形；
完成协同飞行后所有无人机返航。
根据本发明公开实施例的第二方面，提供一种基于ROS的多无人机分布式控制系统，包括：
室外通讯基站、地面控制站、多个无人机，每个无人机包括机载计算机，飞行控制器，定位模块，通讯模块以及动力系统组成；
所述机载计算机，负责读取无人机状态、位置信息并发布给其他无人机，同时接收其他无人机信息与地面站指令，这些信息经过搭载在机载计算机上的领航跟随协同控制器处理后输出无人机控制指令，将控制指令发送给飞行控制器进行底层控制；
所述飞行控制器采用基于嵌入式飞控硬件，用于接收机载计算机的控制指令，控制无人机的位置、速度、加速度以及航向；
所述定位模块为飞行控制器提供高精度的经度、纬度和高度信息；
所述动力系统包括电池、电子调速器(ESC)，无刷电机与螺旋桨；
所述室外通讯站基站为无线路由器，负责整个系统的通讯链路，各跟随无人机之间或领航无人机通过自身通讯模块与室外通讯基站连接进行通讯，地面控制站通过室外通讯基站与各跟随无人机或领航无人机连接；
所述地面控制站负责监控跟随无人机之间或领航无人机状态，并为跟随无人机之间或领航无人机下发起飞、降落指令。
根据本发明公开实施例的第三方面，提供一种接收用户输入程序存储介质，所存储的计算机程序使电子设备执行所述基于ROS的多无人机分布式控制方法。
根据本发明公开实施例的第四方面，提供一种无人机编队，所述无人机编队执行所述基于ROS的多无人机分布式控制方法。
本发明公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
当前多无人机系统多采用集中式控制架构，即将各无人机信息发送至控制中心统一处理，控制中心可以是多无人机系统中的某架无人机、地面站等，然后由控制中心进行处理，经过任务规划、控制决策等环节，再将控制指令发送到每架无人机，无人机自身只具备底层控制能力，因此一旦控制中心发生故障，整个系统都无法正常工作。而本发明中，多无人机组成了分布式控制架构，各无人机具有一定的自主控制能力，能够根据通信链路与其他无人机进行信息交互，通过设计控制器对无人机协同飞行进行控制，当某架无人机发生故障时，其他无人机仍可以正常完成任务，解决了集中式控制系统中对于控制中心的过度依赖问题，增加了系统的可扩展性，提高了控制系统的智能程度。
当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是本发明实施例提供的基于ROS的多无人机分布式控制系统示意图。
图中：1、室外通讯基站；2、地面控制站；3、无人机；4、机载计算机；5、飞行控制器；6、定位模块；7、通讯模块；8、动力系统。
图2是本发明实施例提供的无人机单机控制原理图。
图3是本发明实施例提供的领航跟随协同控制器控制原理图。
图中：4-1、领航跟随协同控制器。
图4是本发明实施例提供的领航跟随协同控制器控制流程图。
图5是本发明实施例提供的基于ROS的多无人机分布式协同控制方法流程图。
图6是本发明实施例提供的多无人机队形跟踪控制仿真图。
图7是本发明实施例提供的多无人机队形跟踪控制误差曲线图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
如图1所示，本发明公开实施例所提供的基于ROS的多无人机分布式控制系统包括室外通讯基站1、地面控制站2、多个无人机3，每个无人机包括机载计算机4，飞行控制器5，定位模块6，通讯模块7以及动力系统8组成。
在每架无人机中，采用单板计算机(Single-Board Computer，SBC)作为机载计算机4，负责读取无人机状态、位置信息并发布给其他无人机，同时接收其他无人机信息与地面站指令，这些信息经过搭载在机载计算机4上的领航跟随协同控制器4-1处理后输出无人机控制指令，将控制指令发送给飞行控制器5进行底层控制。
飞行控制器5采用基于嵌入式飞控硬件，用于接收机载计算机的控制指令，控制无人机3的位置、速度、加速度以及航向。
定位模块6为飞行控制器5提供高精度的经度、纬度和高度信息。
动力系统8包括电池、电子调速器(ESC)，无刷电机与螺旋桨。
室外通讯站基站1为无线路由器，负责整个系统的通讯链路，各无人机3之间通过自身通讯模块7与室外通讯基站1连接进行通讯，地面控制站2通过室外通讯基站1与各无人机3连接。
地面控制站2负责监控所有无人机3状态，保证无人机3状态安全，同时为所有无人机3下发起飞、降落等指令，但不参与无人机3的其他控制。
在本发明一优选实施例中，ROS是专门为机器人开发所设计的开源操作系统，提供类操作系统的服务，包括硬件抽象描述、底层驱动程序管理、进程间消息传递等。ROS基于图装架构，不同节点的进展可以彼此传输各种信息。MAVLink协议是一种非常轻量级的消息传输协议，用于地面控制站2与无人机3之间进行通讯。Mavros是一个ROS中的一个程序包，它可以为启用MAVLink协议的任意飞行控制器、地面站或者外围设备，在运行ROS的计算机之前实现MAVLink通信。本发明主要使用其的进程间通讯功能以及Mavros功能包来实现多无人机3之间通信，以及机载计算机4与飞行控制器5之间的通信。机载计算机4运行ROS系统中的Mavros功能包，每个机载计算机4以节点(node)的形式运行在ROS系统中，各个节点之间通过ROS中的“发布/订阅(publish/subscribe)”方式进行数据交互。
在本发明一优选实施例中，如图2所示，针对四旋翼无人机的单机控制问题，本发明采用了内外环控制结构，内环负责姿态控制，由角速度控制环和角度控制环组成，外环负责位置控制，由速度控制器和位置控制器组成，以上速度控制器和位置控制均使用PID控制器。从软件实现角度上，本发明将外环与内环作为两个独立运行的进程实现，利用PX4中Nuttx系统以及uORB中间件提供的发布-订阅应用程序接口(Application ProgrammingInterface,API)来实现各控制器间的通信，例如速度环控制器将输出传递给角度环控制器，并作为其输入值。
在本发明一优选实施例中，如图3所示，多无人机分布式控制系统的协同控制需要地面控制站2发送期望的队形，领航跟随协同控制器4-1实时运行在机载计算机4上，同时机载计算机4利用ROS的发布订阅机制订阅其他无人机3位置信息作为位置反馈环节，根据期望队形与位置反馈得到速度控制指令发送给单机的飞行控制器5上，驱动无人机3前往指定位置，进而形成期望队形。
在本发明中，使用基于领航-跟随的协同控制方法进行协同控制。它的基本思想是指定多无人机系统中某架无人机(通常是第一架)作为领航者，其余无人机为跟随者。在协同飞行过程中，领航者根据任务需求按规定航迹飞行，而其他跟随者参考领航者的相对位置进行飞行。
本发明基于领航-跟随的协同控制方法简化了控制律的设计，工程上容易实现。
由于无人机3中搭载的定位模块6提供的是世界坐标系下的经纬度以及海拔信息，需要将各个无人机3的之间经纬度及海拔信息转化为相对距离信息，便于进行处理和计算。根据半正矢公式(1)(Haversine formula)根据给定的经度和维度确定地球上两个点之间的最短距离，
Figure BDA0003174436630000091
其中
Figure BDA0003174436630000092
是点1和点2的纬度信息，λ1，λ2是点1和点2的经度信息，r＝6371000m，代表地球半径。
根据公式(2)计算地球上两个点之间的方位角，
Figure BDA0003174436630000093
其中
Figure BDA0003174436630000094
λ1是起始点的纬度和经度，
Figure BDA0003174436630000095
λ2是目标点的纬度和经度，Δλ是目标点与起始点经度的差。得到两无人机之间的距离后，通过公式(3)将距离分别投影到北东地(NED)坐标系下：
Figure BDA0003174436630000096
其中，z1，z2分别表示无人机1和无人机2的海拔高度。
在本发明一优选实施例中，如图4领航跟随协同控制器控制原理所示，给出期望的相对偏差
Figure BDA0003174436630000097
例如(1，2，0)，代表跟随无人机在领航无人机北方向相距1m，在东方向相距2m，在垂向向下方向高度相同。将期望的相对偏差与实际偏差得到后，代入到PID控制器中，得到期望的速度指令，驱动无人机前往指定目标点形成期望队形。
在本发明一优选实施例中，如图5所述，本发明提供的基于ROS的多无人机分布式协同控制方法包括：
首先进行系统初始化，包括飞行控制器中定位模块、通信模块初始化；获得经纬度以及海拔信息并且建立连接，机载计算机开机；启动Mavros节点并订阅领航无人机信息。
完成初始化后，所有无人机等待地面站发送起飞命令，在接收到起飞指令后无人机起飞，否则待命。
起飞后等待地面站发送具体协同任务，在收到任务后获得期望协同队形，作为领航跟随协同控制器的输入，同时将订阅成功的领航无人机信息反馈到单机的飞行控制器中，单机的飞行控制器得到控制量驱动跟随无人机跟踪领航无人机轨迹，并形成指定的期望队形。在完成协同飞行后无人机返航。
在本发明一优选实施例中，使用其他的传感器获得无人机的位置信息，如动捕系统、机载视觉系统等。
下面结合积极效果对本发明技术方案作进一步描述。
本发明对现有技术进行改进，技术创新点有：
本发明提供一种基于ROS的多无人机分布式控制系统，系统中机载计算机基于ROS的进程间发布订阅消息传递机制以及Mavros功能包与无人机建立连接并与其他无人机通讯，分布式控制结构增加了系统鲁棒性、可扩展性与智能性；基于领航-跟随的协同控制器嵌在机载。
通过上述技术创新，本发明带来的效果有：
本发明通过设计基于ROS的分布式控制架构，每架无人机都搭载机载计算机，解决了传统集中式控制中对于控制中心节点的依赖，当某个无人机发生故障时不会影响其他无人机工作，增加了系统的鲁棒性，同时由于协同控制器运行于每架无人机之上增加了系统的智能程度。在分布式控制系统中，可以随意的增加或者减少无人机个数，因此系统的可拓展性更强。采用领航-跟随协同控制方法，可以保证多无人机组成任意协同队形，同时工程上易于实现。
下面结合具体实验或仿真对本发明的效果作进一步描述。
本发明进行多无人机队形协同控制实验，包括队形1—三角形布置。队形2---平行布置；对形3---前、中、后布置。通过上述布置后，进行多无人机队形跟踪控制，仿真图如图6。
多无人机队形跟踪控制误差曲线(误差为期望位置与实际位置之差)如图7所示。
实验表明：本发明多无人机队形跟踪中，领航与跟随无人机，即使经很长时间仍能保持期望的队形；本发明多无人机队形跟踪控制误差接近0。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围应由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种基于ROS的多无人机分布式控制方法，其特征在于，所述基于ROS的多无人机分布式控制方法包括：
机载计算机搭载的领航跟随协同控制器基于ROS的进程间发布订阅消息传递机制，以及Mavros功能包与领航无人机建立连接，并与多个跟随无人机进行通讯；
当某个跟随无人机发生故障，其他跟随无人机搭载的飞行控制器继续参考领航无人机规定的飞行轨迹，并期望的速度、位置指令，驱动该跟随无人机前往指定目标点形成期望队形。
2.根据权利要求1所述的基于ROS的多无人机分布式控制方法，其特征在于，所述机载计算机运行ROS系统中的Mavros功能包，并以节点(node)的形式运行在ROS系统中，各个节点之间通过ROS中的发布/订阅(publish/subscribe)方式进行数据交互；
所述跟随无人机的飞行控制器控制方法包括：
采用内外环控制结构，内环负责姿态控制，由角速度控制环和角度控制环组成，外环负责位置控制，由速度控制器和位置控制器组成；
所述速度控制器和位置控制均使用PID控制器；
将外环与内环作为两个独立运行的进程，利用PX4中Nuttx系统以及uORB中间件提供的发布-订阅应用程序接口(Application Programming Interface,API)实现各控制器间的通信。
3.根据权利要求1所述的基于ROS的多无人机分布式控制方法，其特征在于，所述领航跟随协同控制器的协同控制方法包括：
领航无人机的领航跟随协同控制器利用ROS的发布订阅机制订阅其他跟随无人机位置信息作为位置反馈环节，根据地面控制站发送的期望的队形与跟随无人机位置反馈得到速度控制指令发送给跟随无人机的飞行控制器上，驱动跟随无人机前往指定位置，进而形成期望队形。
4.根据权利要求3所述的基于ROS的多无人机分布式控制方法，其特征在于，所述领航跟随协同控制器利用ROS的发布订阅机制订阅其他跟随无人机位置信息，包括：
将各个跟随无人机的之间经纬度及海拔信息转化为相对距离信息；根据半正矢公式(1)给定的经度和维度确定地球上两个点之间的最短距离；
Figure FDA0003174436620000021
其中
Figure FDA0003174436620000022
是点1和点2的纬度信息，λ1，λ2是点1和点2的经度信息，r＝6371000m，代表地球半径；
根据公式(2)计算地球上两个点之间的方位角，
Figure FDA0003174436620000023
其中
Figure FDA0003174436620000024
λ1是起始点的纬度和经度，
Figure FDA0003174436620000025
λ2是目标点的纬度和经度，Δλ是目标点与起始点经度的差；得到两跟随无人机之间的距离后，通过公式(3)将距离分别投影到北东地(NED)坐标系下：
Figure FDA0003174436620000026
其中，z1，z2分别表示跟随无人机1和跟随无人机2的海拔高度。
5.根据权利要求3所述的基于ROS的多无人机分布式控制方法，其特征在于，领航跟随协同控制器控制跟随无人机形成期望队形的方法，包括：
给出期望的相对偏差
Figure FDA0003174436620000027
Figure FDA0003174436620000028
代表跟随无人机在领航无人机北方向相距距离，取值1m，
Figure FDA0003174436620000029
代表在东方向相距距离，取值2m，
Figure FDA00031744366200000210
在垂向向下方向高度相同，取值为0；
将期望的相对偏差与实际偏差得到后，代入到PID控制器中，得到期望的速度指令，驱动跟随无人机前往指定目标点形成期望队形。
6.根据权利要求3所述的基于ROS的多无人机分布式控制方法，其特征在于，所有领航无人机或跟随无人机均使用动捕系统、机载视觉系统获得领航无人机与跟随无人机之间、相邻跟随无人机之间的位置信息。
7.根据权利要求1所述的基于ROS的多无人机分布式控制方法，其特征在于，所述基于ROS的多无人机分布式控制方法进一步包括：
首先进行系统初始化，包括飞行控制器中定位模块、通信模块初始化；
获得经纬度以及海拔信息并且建立连接，机载计算机开机；启动Mavros节点并订阅领航无人机信息；
完成初始化后，所有无人机等待地面站发送起飞命令，在接收到起飞指令后无人机起飞，否则待命；
起飞后等待地面站发送具体协同任务，在收到任务后获得期望协同队形，作为领航跟随协同控制器的输入；同时将订阅成功的领航无人机信息反馈到跟随无人机单机的飞行控制器中，单机的飞行控制器得到控制量驱动跟随无人机跟踪领航无人机轨迹，并形成指定的期望队形；
完成协同飞行后所有无人机返航。
8.一种实现如权利要求1-7任意一项所述基于ROS的多无人机分布式控制方法的基于ROS的多无人机分布式控制系统，其特征在于，所述基于ROS的多无人机分布式控制系统包括：
室外通讯基站、地面控制站、多个无人机，每个无人机包括机载计算机，飞行控制器，定位模块，通讯模块以及动力系统组成；
所述机载计算机，负责读取无人机状态、位置信息并发布给其他无人机，同时接收其他无人机信息与地面站指令，这些信息经过搭载在机载计算机上的领航跟随协同控制器处理后输出无人机控制指令，将控制指令发送给飞行控制器进行底层控制；
所述飞行控制器采用基于嵌入式飞控硬件，用于接收机载计算机的控制指令，控制无人机的位置、速度、加速度以及航向；
所述定位模块为飞行控制器提供高精度的经度、纬度和高度信息；
所述动力系统包括电池、电子调速器(ESC)，无刷电机与螺旋桨；
所述室外通讯站基站为无线路由器，负责整个系统的通讯链路，各跟随无人机之间或领航无人机通过自身通讯模块与室外通讯基站连接进行通讯，地面控制站通过室外通讯基站与各跟随无人机或领航无人机连接；
所述地面控制站负责监控跟随无人机之间或领航无人机状态，并为跟随无人机之间或领航无人机下发起飞、降落指令。
9.一种接收用户输入程序存储介质，所存储的计算机程序使电子设备执行权利要求1-7任意一项所述基于ROS的多无人机分布式控制方法。
10.一种无人机编队，其特征在于，所述无人机编队执行权利要求1-7任意一项所述基于ROS的多无人机分布式控制方法。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114115356A (zh) * 2022-01-25 2022-03-01 北京神导科技股份有限公司 一种用于飞机飞行表演的编队队形参考数据计算方法
CN115061367A (zh) * 2022-07-20 2022-09-16 电子科技大学 一种基于仅方位角下Henneberg约束方式的集群控制方法
CN115328128A (zh) * 2022-08-10 2022-11-11 武汉理工大学 一种无人艇与无人机协作在线水质监测系统及方法
CN115865939A (zh) * 2022-11-08 2023-03-28 燕山大学 一种基于边云协同决策的目标检测与追踪系统及方法
CN116300989A (zh) * 2022-11-14 2023-06-23 海南大学 一种基于陆空协同的无人机自主降落控制系统
CN117250994A (zh) * 2023-11-14 2023-12-19 贵州航天智慧农业有限公司 基于无人机追踪昆虫迁飞轨迹的方法及系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101943580A (zh) * 2009-07-07 2011-01-12 宏达国际电子股份有限公司 目标物距离检测方法与装置及其电脑程序产品
US20150355882A1 (en) * 2013-01-08 2015-12-10 Nec Corporation Coordinate transformation device, non-transitory computer readable medium storing coordinate transformation program, and coordinate transformation method
CN105575214A (zh) * 2015-12-23 2016-05-11 成都航训科技有限责任公司 一种全程指引的定点模拟飞行方法
CN108168554A (zh) * 2017-11-20 2018-06-15 国网山东省电力公司莱芜供电公司 一种无人机电力巡线系统地图快速规划方法
CN109739264A (zh) * 2019-02-27 2019-05-10 重庆邮电大学 一种基于飞行指令的小型无人机轨迹归航系统及方法
US20210088337A1 (en) * 2019-09-20 2021-03-25 Prince Sultan University System and method for service oriented cloud based management of internet of drones

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101943580A (zh) * 2009-07-07 2011-01-12 宏达国际电子股份有限公司 目标物距离检测方法与装置及其电脑程序产品
US20150355882A1 (en) * 2013-01-08 2015-12-10 Nec Corporation Coordinate transformation device, non-transitory computer readable medium storing coordinate transformation program, and coordinate transformation method
CN105575214A (zh) * 2015-12-23 2016-05-11 成都航训科技有限责任公司 一种全程指引的定点模拟飞行方法
CN108168554A (zh) * 2017-11-20 2018-06-15 国网山东省电力公司莱芜供电公司 一种无人机电力巡线系统地图快速规划方法
CN109739264A (zh) * 2019-02-27 2019-05-10 重庆邮电大学 一种基于飞行指令的小型无人机轨迹归航系统及方法
US20210088337A1 (en) * 2019-09-20 2021-03-25 Prince Sultan University System and method for service oriented cloud based management of internet of drones

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘祖均 等: "《基于分布式一致性的无人机编队控制方法》", 《计算机工程与应用》, 18 August 2020 (2020-08-18), pages 146 - 152 *
宋子文: "《基于视觉四旋翼无人机编队系统设计及实现》", 《工程科技Ⅱ辑》, 15 July 2020 (2020-07-15), pages 8 - 20 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114115356A (zh) * 2022-01-25 2022-03-01 北京神导科技股份有限公司 一种用于飞机飞行表演的编队队形参考数据计算方法
CN115061367A (zh) * 2022-07-20 2022-09-16 电子科技大学 一种基于仅方位角下Henneberg约束方式的集群控制方法
CN115328128A (zh) * 2022-08-10 2022-11-11 武汉理工大学 一种无人艇与无人机协作在线水质监测系统及方法
CN115328128B (zh) * 2022-08-10 2024-05-03 武汉理工大学 一种无人艇与无人机协作在线水质监测系统及方法
CN115865939A (zh) * 2022-11-08 2023-03-28 燕山大学 一种基于边云协同决策的目标检测与追踪系统及方法
CN115865939B (zh) * 2022-11-08 2024-05-10 燕山大学 一种基于边云协同决策的目标检测与追踪系统及方法
CN116300989A (zh) * 2022-11-14 2023-06-23 海南大学 一种基于陆空协同的无人机自主降落控制系统
CN117250994A (zh) * 2023-11-14 2023-12-19 贵州航天智慧农业有限公司 基于无人机追踪昆虫迁飞轨迹的方法及系统
CN117250994B (zh) * 2023-11-14 2024-02-02 贵州航天智慧农业有限公司 基于无人机追踪昆虫迁飞轨迹的方法及系统

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