CN114204979B - 基于相对位置的无人机自组网方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于相对位置的无人机自组网方法、装置、电子设备及存储介质，其中，方法包括：广播无人机自组网的网络基本信息；接收基于网络基本信息得到的至少一个组网外节点与组网的相对距离，根据相对距离将至少一个组网外节点添加至网络节点列表，更新节点测量时序；按照节点测量时序，根据网络节点列表中每个组网内节点的节点位置信息解算每个组网内节点的相对位置，并周期性的维护组网内无人机间的相对位置，以确定无人机自组网内的每个无人机。本申请实施例的无人机自组网能够维护网络的拓扑状态，根据节点间的相对位置确定节点的加入和离开，由此，解决了在绝对位置无法获得的情况下，不能进行动态组网和节点的相对定位的问题。

Description

基于相对位置的无人机自组网方法及装置

技术领域

本申请涉及通信技术领域，特别涉及一种基于相对位置的无人机自组网方法及装置。

背景技术

近年来，无人机愈加广泛的应用在物流配送、农业、摄影等行业中。随着环境和业务复杂度的增加，单架无人机已经难以满足任务的需求，多无人机协作是必然的趋势。多无人机在低空行驶时，为了避免碰撞，提升效率，服务器端需要与无人机通信，对所有无人机的行驶路线做规划导航。然而，当低空中存在不同厂商、执行各种任务的多架无人机时，它们由各自不同的服务器控制，这时候就需要无人机之间组建自组网，来共享信息，进而实现协同规划、避障。

目前，无人机自组网的研究主要集中在路由算法和分簇协议的设计，它们假定无人机能利用GPS获取自己的位置信息。然而，受到建筑、树木的遮挡，无人机有时无法获得自己的绝对位置。因此在GPS拒止的环境下，做通信自组网和定位的融合是非常有必要的。

现有的无人机自组网与定位融合的方法根据定位方式可以分为两大类，其一是基于视觉的定位，多个无人机对相机采集到的图像提取共性特征，构建所有无人机可以访问的全局地图，然后无人机在移动过程中跟踪全局地图中的特征，估计自己的位姿；其二是基于超宽带的定位，无人机编队内部利用超宽带天线获得无人机之间的距离和方位角度，解算出相对的位置，用于编队形态的保持。

但是，相关技术中的无人机自组网与定位融合的方法都存在一些问题。基于视觉的方法需要构建地图和估计位姿，计算量和通信量大。基于超宽带的方法只考虑了编队场景，超宽带天线固定周期地测量无人机间的距离和角度，没有考虑组网中节点的加入和离开的情况。因此需要一种全新的多无人机自组网和定位方案，在绝对位置无法获得的情况下，实现动态组网和节点的相对定位。

发明内容

本申请提供一种基于相对位置的无人机自组网方法、装置、电子设备及存储介质，以解决相关技术中在绝对位置无法获得的情况下，不能进行动态组网和节点的相对定位的问题。

本申请第一方面实施例提供一种基于相对位置的无人机自组网方法，包括以下步骤：广播无人机自组网的网络基本信息；接收基于所述网络基本信息得到的至少一个无人机自组网外节点与所述无人机自组网的相对距离，根据所述相对距离将所述至少一个无人机自组网外节点添加至网络节点列表，更新节点测量时序；按照所述节点测量时序，根据所述网络节点列表中每个无人机自组网内节点的节点位置信息解算所述每个无人机自组网内节点的相对位置，并周期性的维护所述无人机自组网内无人机间的相对位置，以确定所述无人机自组网内的每个无人机。

可选地，在本申请的一个实施例中，还包括：若由所述相对位置得到所述无人机自组网内任一节点与最近的节点之间的距离超过组网距离，则判定节点离开所述无人机自组网，从所述网络节点列表中删除对应的节点，并更新所述节点测量时序。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述节点位置信息包括发送节点的ID、接收节点的ID、所述发送节点和所述接收节点之间的距离和所述接收节点相对于所述发送节点的角度中的一项或多项。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述网络基本信息包括所述无人机自组网的身份标识、所述无人机自组网的所有节点的IP和对外测量节点的ID。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述相对距离为所述无人机自组网外的一节点与所述无人机自组网内的对外测量节点之间的距离，将所述相对距离小于预设阈值的所述无人机自组网外节点添加至网络节点列表。

本申请第二方面实施例提供一种基于相对位置的无人机自组网装置，包括：网络信息广播模块，广播无人机自组网的网络基本信息；网络节点维护模块，用于接收基于所述网络基本信息得到的至少一个无人机自组网外节点与所述无人机自组网的相对距离，根据所述相对距离将所述至少一个无人机自组网外节点添加至网络节点列表，更新节点测量时序；若由相对位置得到所述无人机自组网内任一节点与最近的节点之间的距离超过组网距离，则判定节点离开所述无人机自组网，从所述网络节点列表中删除对应的节点，并更新所述节点测量时序；以定位模块，用于按照所述节点测量时序，根据所述网络节点列表中每个无人机自组网内节点的节点位置信息解算所述每个无人机自组网内节点的相对位置，并周期性的维护所述无人机自组网内无人机间的相对位置，以确定所述无人机自组网内的每个无人机。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述网络基本信息包括所述无人机自组网的身份标识、所述无人机自组网的所有节点的IP和对外测量节点的ID；所述节点位置信息包括发送节点的ID、接收节点的ID、所述发送节点和所述接收节点之间的距离和所述接收节点相对于所述发送节点的角度中的一项或多项。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述相对距离为所述无人机自组网外的一节点与所述无人机自组网内的对外测量节点之间的距离，将所述相对距离小于预设阈值的所述无人机自组网外节点添加至网络节点列表。

本申请第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的基于相对位置的无人机自组网方法。

本申请第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上述实施例所述的基于相对位置的无人机自组网方法。

本申请实施例的基于相对位置的无人机自组网方法、装置、电子设备和存储介质，使用超宽带定位，一方面周期性的广播无人机自组网的信息，无人机自组网外的无人机收到无人机自组网信息后判断与无人机自组网的相对位置，确定是否加入无人机自组网，另一方面，无人机自组网内部无人机周期性的测量相对位置，当有无人机远离其他无人机时，认为它已离开无人机自组网。由此，解决了在无法获得自身绝对位置的情况下的无人机自组网问题，无人机自组网能够维护网络的拓扑状态，根据节点间的相对位置确定节点的加入和离开。

本申请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，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/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为根据本申请实施例提供的一种基于相对位置的无人机自组网方法的流程图；

图2为根据本申请实施例提供的一种基于相对位置的无人机自组网方法的逻辑示意图；

图3为根据本申请实施例的基于相对位置的无人机自组网装置的示例图；

图4为根据本申请实施例的电子设备示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，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，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参考附图描述本申请实施例的基于相对位置的无人机自组网方法、装置、电子设备及存储介质。针对上述背景技术中心提到的在绝对位置无法获得的情况下，不能进行动态组网和节点的相对定位的问题，本申请提供了一种基于相对位置的无人机自组网方法，在该方法中，广播无人机自组网的网络基本信息；接收基于网络基本信息得到的至少一个无人机自组网外节点与无人机自组网的相对距离，根据相对距离将至少一个无人机自组网外节点添加至网络节点列表，更新节点测量时序；按照节点测量时序，根据网络节点列表中每个无人机自组网内节点的节点位置信息解算每个无人机自组网内节点的相对位置，并周期性的维护无人机自组网内无人机间的相对位置，以确定无人机自组网内的每个无人机。本申请实施例的无人机自组网能够维护网络的拓扑状态，根据节点间的相对位置确定节点的加入和离开，由此，解决了相关技术中在无法获得自身绝对位置的情况下的无人机自组网问题。

具体而言，图1为根据本申请实施例提供的一种基于相对位置的无人机自组网方法的流程图。

如图1所示，该基于相对位置的无人机自组网方法包括以下步骤：

在步骤S101中，广播无人机自组网的网络基本信息。

可选地，在本申请的实施例中，无人机自组网向外界广播网络基本信息，网络基本信息至少包括无人机自组网的身份标识、无人机自组网的所有节点的IP和对外测量节点的ID。

在本申请的实施例中，对外网络测量节点可以根据网络节点内节点的相对位置确定，优选地，选择网络中心的节点为对外测量节点。

在步骤S102中，接收基于网络基本信息得到的至少一个无人机自组网外节点与无人机自组网的相对距离，根据相对距离将至少一个无人机自组网外节点添加至网络节点列表，更新节点测量时序。

可选地，在本申请的一个实施例中，相对距离为无人机自组网外的一节点与无人机自组网内的对外测量节点之间的距离，将相对距离小于预设阈值的无人机自组网外节点添加至网络节点列表。

具体地，结合图2所示，无人机自组网外的节点收到广播包后，利用超宽带天线测量自己与对外测量节点的距离，若小于预设阈值，则申请加入无人机自组网，广播自己的IP地址。将该节点添加到网络节点列表，更新节点测量时序。

在本申请的实施例中，网络节点列表维护着当前处于该自无人机自组网的所有节点的IP信息、ID信息和相对位置信息。

在本申请的实施例中，节点测量时序是无人机之间进行测量的顺序，采用TDD的方式，当网络内节点数为N时，节点测量时序为N(N-1)/2+1个时隙，前N(N-1)/2为N个节点两两之间测量距离和角度，最后一个时隙用于对外测量节点和申请加入节点测量相对位置。

在步骤S103中，按照节点测量时序，根据网络节点列表中每个无人机自组网内节点的节点位置信息解算每个无人机自组网内节点的相对位置，并周期性的维护无人机自组网内无人机间的相对位置，以确定无人机自组网内的每个无人机。

可选地，在本申请的一个实施例中，节点位置信息包括发送节点的ID、接收节点的ID、发送节点和接收节点之间的距离和接收节点相对于发送节点的角度中的一项或多项。

可选地，在本申请的一个实施例中，还包括：若由相对位置得到无人机自组网内任一节点与最近的节点之间的距离超过组网距离，则判定节点离开无人机自组网，从网络节点列表中删除对应的节点，并更新节点测量时序。

具体地，结合图2所示，依照节点测量时序，无人机自组网内节点周期性的进行超宽带测距测角，广播测量结果，广播的内容包含发送节点ID、接收节点ID、两节点间距离和接收节点相对于发送节点的角度。所有无人机自组网内节点接收测量结果，解算出节点的相对位置。根据所有节点相对位置，判断是否有节点已远离其他无人机，如果有节点和最近的节点的距离超过阈值，则认为它已离开无人机自组网。将该节点从网络节点列表中删除，更新节点测量时序。重新选择无人机自组网的对外测量节点，继续广播组网信息。

根据本申请实施例提出的基于相对位置的无人机自组网方法，解决了GPS拒止环境下多无人机基于相对位置的自组网问题，在绝对位置无法获得时，使用超宽带定位，一方面周期性的广播无人机自组网的信息，无人机自组网外的无人机收到组网信息后判断与无人机自组网的相对位置，确定是否加入无人机自组网，另一方面，无人机自组网内部无人机周期性的测量相对位置，当有无人机远离其他无人机时，认为它已离开无人机自组网。

其次参照附图描述根据本申请实施例提出的基于相对位置的无人机自组网装置。

图3为根据本申请实施例的基于相对位置的无人机自组网装置的示例图。

如图3所示，该基于相对位置的无人机自组网装置10包括：网络信息广播模块100、网络节点维护模块200和定位模块300。

其中，网络信息广播模块100，广播无人机自组网的网络基本信息。网络节点维护模块200，用于接收基于网络基本信息得到的至少一个无人机自组网外节点与无人机自组网的相对距离，根据相对距离将至少一个无人机自组网外节点添加至网络节点列表，更新节点测量时序；若由相对位置得到无人机自组网内任一节点与最近的节点之间的距离超过组网距离，则判定节点离开无人机自组网，从网络节点列表中删除对应的节点，并更新节点测量时序。定位模块300，用于按照节点测量时序，根据网络节点列表中每个无人机自组网内节点的节点位置信息解算每个无人机自组网内节点的相对位置，并周期性的维护无人机自组网内无人机间的相对位置，以确定无人机自组网内的每个无人机。

可选地，在本申请的一个实施例中，网络基本信息包括无人机自组网的身份标识、无人机自组网的所有节点的IP和对外测量节点的ID；节点位置信息包括发送节点的ID、接收节点的ID、发送节点和接收节点之间的距离和接收节点相对于发送节点的角度中的一项或多项。

可选地，在本申请的一个实施例中，相对距离为无人机自组网外的一节点与无人机自组网内的对外测量节点之间的距离，将相对距离小于预设阈值的无人机自组网外节点添加至网络节点列表。

需要说明的是，前述对基于相对位置的无人机自组网方法实施例的解释说明也适用于该实施例的基于相对位置的无人机自组网装置，此处不再赘述。

根据本申请实施例提出的基于相对位置的无人机自组网装置，解决了GPS拒止环境下多无人机基于相对位置的自组网问题，在绝对位置无法获得时，使用超宽带定位，一方面周期性的广播无人机自组网的信息，无人机自组网外的无人机收到组网信息后判断与无人机自组网的相对位置，确定是否加入无人机自组网，另一方面，无人机自组网内部无人机周期性的测量相对位置，当有无人机远离其他无人机时，认为它已离开无人机自组网。

图4为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。该电子设备可以包括：

存储器401、处理器402及存储在存储器401上并可在处理器402上运行的计算机程序。

处理器402执行程序时实现上述实施例中提供的基于相对位置的无人机自组网方法。

进一步地，电子设备还包括：

通信接口403，用于存储器401和处理器402之间的通信。

存储器401，用于存放可在处理器402上运行的计算机程序。

存储器401可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

如果存储器401、处理器402和通信接口403独立实现，则通信接口403、存储器401和处理器402可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，简称为ISA)总线、外部设备互连(PeripheralComponent，简称为PCI)总线或扩展工业标准体系结构(Extended Industry StandardArchitecture，简称为EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

可选地，在具体实现上，如果存储器401、处理器402及通信接口403，集成在一块芯片上实现，则存储器401、处理器402及通信接口403可以通过内部接口完成相互间的通信。

处理器402可能是一个中央处理器(Central Processing Unit，简称为CPU)，或者是特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称为ASIC)，或者是被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。

本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的基于相对位置的无人机自组网方法。

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申请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N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。

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。在本申请的描述中，“N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。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种基于相对位置的无人机自组网方法，其特征在于，包括以下步骤：

广播无人机自组网的网络基本信息；

接收基于所述网络基本信息得到的至少一个无人机自组网外节点与所述无人机自组网的相对距离，根据所述相对距离将所述至少一个无人机自组网外节点添加至网络节点列表，更新节点测量时序；以及

按照所述节点测量时序，根据所述网络节点列表中每个无人机自组网内节点的节点位置信息解算所述每个无人机自组网内节点的相对位置，并周期性的维护所述无人机自组网内无人机间的相对位置，以确定所述无人机自组网内的每个无人机；

若由所述相对位置得到所述无人机自组网内任一节点与最近的节点之间的距离超过组网距离，则判定节点离开所述无人机自组网，从所述网络节点列表中删除对应的节点，并更新所述节点测量时序；

所述相对距离为所述无人机自组网外的一节点与所述无人机自组网内的对外测量节点之间的距离。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述节点位置信息包括发送节点的ID、接收节点的ID、所述发送节点和所述接收节点之间的距离和所述接收节点相对于所述发送节点的角度中的一项或多项。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网络基本信息包括所述无人机自组网的身份标识、所述无人机自组网的所有节点的IP和对外测量节点的ID。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述相对距离小于预设阈值的所述无人机自组网外节点添加至网络节点列表。

5.一种基于相对位置的无人机自组网装置，其特征在于，包括：

网络信息广播模块，广播无人机自组网的网络基本信息；

网络节点维护模块，用于接收基于所述网络基本信息得到的至少一个无人机自组网外节点与所述无人机自组网的相对距离，根据所述相对距离将所述至少一个无人机自组网外节点添加至网络节点列表，更新节点测量时序；若由相对位置得到所述无人机自组网内任一节点与最近的节点之间的距离超过组网距离，则判定节点离开所述无人机自组网，从所述网络节点列表中删除对应的节点，并更新所述节点测量时序；以及

定位模块，用于按照所述节点测量时序，根据所述网络节点列表中每个无人机自组网内节点的节点位置信息解算所述每个无人机自组网内节点的相对位置，并周期性的维护所述无人机自组网内无人机间的相对位置，以确定所述无人机自组网内的每个无人机；

所述相对距离为所述无人机自组网外的一节点与所述无人机自组网内的对外测量节点之间的距离。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，

所述网络基本信息包括所述无人机自组网的身份标识、所述无人机自组网的所有节点的IP和对外测量节点的ID；

所述节点位置信息包括发送节点的ID、接收节点的ID、所述发送节点和所述接收节点之间的距离和所述接收节点相对于所述发送节点的角度中的一项或多项。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，将所述相对距离小于预设阈值的所述无人机自组网外节点添加至网络节点列表。

8.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求1-4任一项所述的基于相对位置的无人机自组网方法。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-4任一项所述的基于相对位置的无人机自组网方法。

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