CN115951574A - 无人机遥感组网冗余容错控制终端及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人机遥感技术领域，且公开了无人机遥感组网冗余容错控制终端及控制方法，其步骤包括：1)无人机飞行控制地面站获取无人机遥感组网中各无人机飞行的实时经纬度坐标和高度信息；其中无人机遥感组网包括一架领航无人机、N架跟随无人机和M架跟随冗余无人机；领航无人机和N架跟随无人机作为观测无人机。该无人机遥感组网冗余容错控制终端及控制方法，通过同步监控进行主动合作的包括多个无人机的网络。多无人机网络作为冗余容错体系结构时可以通过添加多个无人机作为备份使得系统可以容错，而无人机在不同极端条件下的位置和视角则可以作为冗余容错的场景设置。

Description

无人机遥感组网冗余容错控制终端及控制方法

技术领域

本发明涉及无人机遥感技术领域，具体为无人机遥感组网冗余容错控制终端及控制方法。

背景技术

现有、常规遥感与摄影测量领域中，已经不再局限于卫星和高空载人飞机。随着轻小型无人机的发展，无人机在遥感中扮演着越来越重要的角色，其作为一种可用的低成本系统，其应用数量在过去十年中一直在增长。除了成本低外，无人机还有一些其他因素使其真正适合在各种条件下进行监视和测量，如便携性好、尺寸小、重量轻、可飞越难以到达的区域、可在确保非常近距离观察时快速获取一个相对较大区域的大量信息，因此本发明提供了无人机遥感组网冗余容错控制终端及控制方法。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了无人机遥感组网冗余容错控制终端及控制方法，解决了上述背景技术中提出的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明提供如下技术方案：无人机遥感组网冗余容错控制终端及控制方法，其步骤包括：

1)无人机飞行控制地面站获取无人机遥感组网中各无人机飞行的实时经纬度坐标和高度信息；其中无人机遥感组网包括一架领航无人机、N架跟随无人机和M架跟随冗余无人机；领航无人机和N架跟随无人机作为观测无人机；

2)通过收集到的经纬度和高度信息，计算各观测无人机之间的距离，如果一架观测无人机A与其相邻一架或多架观测无人机之间的距离超过设定的期望距离，则判定该观测无人机A出现故障；

3)从所述无人机遥感组网中分离出现故障的观测无人机A，并启动一架所述跟随冗余无人机a代替该观测无人机A；然后控制该观测无人机a的位置和航速、航向，完成编队重构，继续进行遥感观测任务。

优选的，所述编队重构包括：跟随冗余无人机a保持相同航向加速向前飞行，通过地面站收集的无人机的经纬度坐标和高度信息，计算跟随冗余无人机a与其他观测无人机之间的距离，当跟随冗余无人机a满足设定的与其他观测无人机之间的期望距离时完成容错，跟随冗余无人机a到达指定位置，开始以与领航无人机相同的速度飞行，由跟随冗余无人机a代替观测无人机A继续执行遥感观测任务。

优选的，所述无人机遥感组网包括一架领航无人机、2架跟随无人机和2架跟随冗余无人机；其中，领航无人机的位置坐标为P1(X1，Y1，H1)、编号为2的跟随无人机位置坐标为P2(X2，Y2，H2)、编号为3的跟随无人机位置坐标为P3(X3，Y3，H3)；当-k0＜d(12)-L＜k0、-k0＜d(23)-L＜k0并且-k0＜d(13)-L＜k0时，判定三架观测无人机均正常飞行，无故障出现；其中，领航无人机与编号为2的跟随无人机之间的距离为d(12)、领航无人机与编号为3的跟随无人机之间的距离为d(13)、编号为2的跟随无人机与编号为3的跟随无人机之间的距离为d(23)，L为设定的期望距离，k0为无人机之间设定的阈值参数。

优选的，当[d(12)-L＞k0或者d(12)-L＜-k0]并且[d(23)-L＞k0或者d(23)-L＜-k0]时，判定编号为2的观测无人机出现故障；当[d(23)-L＞k0或者d(23)-L＜-k0]并且[d(13)-L＞k0或者d(13)-L＜-k0]时，判定编号为3的观测无人机出现故障；当判定编号为2的观测无人机出现故障时，步骤3)中，启动一架编号为4的跟随冗余无人机代替该编号为2的观测无人机；然后控制该编号为4的跟随冗余无人机，当-k0＜d(14)-L＜k0并且-k0＜d(34)-L＜k0时，编号为4的跟随冗余无人机到达指定位置，开始以与领航无人机相同的速度飞行；其中，d(14)为领航无人机与编号为4的跟随冗余无人机之间的距离，d(34)为编号为3的跟随无人机与编号为4的跟随冗余无人机之间的距离；当判定编号为3的观测无人机出现故障时，步骤3)中，启动一架编号为5的跟随冗余无人机代替该编号为3的观测无人机；然后控制该编号为5的跟随冗余无人机，当-k0＜d(15)-L＜k0并且-k0＜d(25)-L＜k0时，编号为5的跟随冗余无人机到达指定位置，开始以与领航无人机相同的速度飞行；其中，d(15)为领航无人机与编号为5的跟随冗余无人机之间的距离，d(25)为编号为2的跟随无人机与编号为5的跟随冗余无人机之间的距离。

优选的，其步骤包括：

1)无人机飞行控制地面站获取无人机遥感组网中各无人机的返回信息；其中无人机遥感组网包括一架领航无人机、N架跟随无人机和M架跟随冗余无人机；领航无人机和N架跟随无人机作为观测无人机；

2)根据每一无人机的具体任务对该无人机的返回信息进行判断，如果一架观测无人机A的返回信息与该观测无人机A对应的设定条件不一致，则判定该观测无人机A出现故障；从所述无人机遥感组网中分离出现故障的观测无人机A，并启动一架所述跟随冗余无人机a代替该观测无人机A，完成编队重构，以执行对应的具体任务；所述编队重构包括：跟随冗余无人机a保持相同航向加速向前飞行，通过地面站收集的无人机的经纬度坐标和高度信息，计算跟随冗余无人机a与其他观测无人机之间的距离，当跟随冗余无人机a满足设定的与其他观测无人机之间的期望距离时完成容错，跟随冗余无人机a到达指定位置，开始以与领航无人机相同的速度飞行，由跟随冗余无人机a代替观测无人机A继续执行遥感观测任务；所述无人机遥感组网包括一架领航无人机、2架跟随无人机和2架跟随冗余无人机；当判定编号为2的观测无人机出现故障时，步骤3)中，启动一架编号为4的跟随冗余无人机代替该编号为2的观测无人机；然后控制该编号为4的跟随冗余无人机，当-k0＜d(14)-L＜k0并且-k0＜d(34)-L＜k0时，编号为4的跟随冗余无人机到达指定位置，开始以与领航无人机相同的速度飞行；其中，d(14)为领航无人机与编号为4的跟随冗余无人机之间的距离，d(34)为编号为3的跟随无人机与编号为4的跟随冗余无人机之间的距离；当判定编号为3的观测无人机出现故障时，步骤3)中，启动一架编号为5的跟随冗余无人机代替该编号为3的观测无人机；然后控制该编号为5的跟随冗余无人机，当-k0＜d(15)-L＜k0并且-k0＜d(25)-L＜k0时，编号为5的跟随冗余无人机到达指定位置，开始以与领航无人机相同的速度飞行；其中，d(15)为领航无人机与编号为5的跟随冗余无人机之间的距离，d(25)为编号为2的跟随无人机与编号为5的跟随冗余无人机之间的距离；所述设定条件为信息类型。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了无人机遥感组网冗余容错控制终端及控制方法，具备以下有益效果：

该无人机遥感组网冗余容错控制终端及控制方法，通过同步监控进行主动合作的包括多个无人机的网络。多无人机网络作为冗余容错体系结构时可以通过添加多个无人机作为备份使得系统可以容错，而无人机在不同极端条件下的位置和视角则可以作为冗余容错的场景设置。当组网方案中的无人机位置和视角超过设定的阈值时可以被认为是故障的，其将被分离并不考虑进一步分析。通过以上方式，无人机网络可以在极端条件下得到组网控制方案的有效输出，进而保证遥感观测任务的顺利进行。

附图说明

图1为本发明提出的无人机遥感组网冗余容错控制终端及控制方法结构流程图；

图2为本发明提出的无人机遥感组网冗余容错控制终端及控制方法结构步骤图。

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。

请参阅图1-2，本发明提供技术方案：其步骤包括：

1)无人机飞行控制地面站获取无人机遥感组网中各无人机飞行的实时经纬度坐标和高度信息；其中无人机遥感组网包括一架领航无人机、N架跟随无人机和M架跟随冗余无人机；领航无人机和N架跟随无人机作为观测无人机；

2)通过收集到的经纬度和高度信息，计算各观测无人机之间的距离，如果一架观测无人机A与其相邻一架或多架观测无人机之间的距离超过设定的期望距离，则判定该观测无人机A出现故障；

3)从所述无人机遥感组网中分离出现故障的观测无人机A，并启动一架所述跟随冗余无人机a代替该观测无人机A；然后控制该观测无人机a的位置和航速、航向，完成编队重构，继续进行遥感观测任务

所述编队重构包括：跟随冗余无人机a保持相同航向加速向前飞行，通过地面站收集的无人机的经纬度坐标和高度信息，计算跟随冗余无人机a与其他观测无人机之间的距离，当跟随冗余无人机a满足设定的与其他观测无人机之间的期望距离时完成容错，跟随冗余无人机a到达指定位置，开始以与领航无人机相同的速度飞行，由跟随冗余无人机a代替观测无人机A继续执行遥感观测任务

所述无人机遥感组网包括一架领航无人机、2架跟随无人机和2架跟随冗余无人机；其中，领航无人机的位置坐标为P1(X1，Y1，H1)、编号为2的跟随无人机位置坐标为P2(X2，Y2，H2)、编号为3的跟随无人机位置坐标为P3(X3，Y3，H3)；当-k0＜d(12)-L＜k0、-k0＜d(23)-L＜k0并且-k0＜d(13)-L＜k0时，判定三架观测无人机均正常飞行，无故障出现；其中，领航无人机与编号为2的跟随无人机之间的距离为d(12)、领航无人机与编号为3的跟随无人机之间的距离为d(13)、编号为2的跟随无人机与编号为3的跟随无人机之间的距离为d(23)，L为设定的期望距离，k0为无人机之间设定的阈值参数

当[d(12)-L＞k0或者d(12)-L＜-k0]并且[d(23)-L＞k0或者d(23)-L＜-k0]时，判定编号为2的观测无人机出现故障；当[d(23)-L＞k0或者d(23)-L＜-k0]并且[d(13)-L＞k0或者d(13)-L＜-k0]时，判定编号为3的观测无人机出现故障；当判定编号为2的观测无人机出现故障时，步骤3)中，启动一架编号为4的跟随冗余无人机代替该编号为2的观测无人机；然后控制该编号为4的跟随冗余无人机，当-k0＜d(14)-L＜k0并且-k0＜d(34)-L＜k0时，编号为4的跟随冗余无人机到达指定位置，开始以与领航无人机相同的速度飞行；其中，d(14)为领航无人机与编号为4的跟随冗余无人机之间的距离，d(34)为编号为3的跟随无人机与编号为4的跟随冗余无人机之间的距离；当判定编号为3的观测无人机出现故障时，步骤3)中，启动一架编号为5的跟随冗余无人机代替该编号为3的观测无人机；然后控制该编号为5的跟随冗余无人机，当-k0＜d(15)-L＜k0并且-k0＜d(25)-L＜k0时，编号为5的跟随冗余无人机到达指定位置，开始以与领航无人机相同的速度飞行；其中，d(15)为领航无人机与编号为5的跟随冗余无人机之间的距离，d(25)为编号为2的跟随无人机与编号为5的跟随冗余无人机之间的距离

其步骤包括：

1)无人机飞行控制地面站获取无人机遥感组网中各无人机的返回信息；其中无人机遥感组网包括一架领航无人机、N架跟随无人机和M架跟随冗余无人机；领航无人机和N架跟随无人机作为观测无人机；

2)根据每一无人机的具体任务对该无人机的返回信息进行判断，如果一架观测无人机A的返回信息与该观测无人机A对应的设定条件不一致，则判定该观测无人机A出现故障；从所述无人机遥感组网中分离出现故障的观测无人机A，并启动一架所述跟随冗余无人机a代替该观测无人机A，完成编队重构，以执行对应的具体任务；所述编队重构包括：跟随冗余无人机a保持相同航向加速向前飞行，通过地面站收集的无人机的经纬度坐标和高度信息，计算跟随冗余无人机a与其他观测无人机之间的距离，当跟随冗余无人机a满足设定的与其他观测无人机之间的期望距离时完成容错，跟随冗余无人机a到达指定位置，开始以与领航无人机相同的速度飞行，由跟随冗余无人机a代替观测无人机A继续执行遥感观测任务；所述无人机遥感组网包括一架领航无人机、2架跟随无人机和2架跟随冗余无人机；当判定编号为2的观测无人机出现故障时，步骤3)中，启动一架编号为4的跟随冗余无人机代替该编号为2的观测无人机；然后控制该编号为4的跟随冗余无人机，当-k0＜d(14)-L＜k0并且-k0＜d(34)-L＜k0时，编号为4的跟随冗余无人机到达指定位置，开始以与领航无人机相同的速度飞行；其中，d(14)为领航无人机与编号为4的跟随冗余无人机之间的距离，d(34)为编号为3的跟随无人机与编号为4的跟随冗余无人机之间的距离；当判定编号为3的观测无人机出现故障时，步骤3)中，启动一架编号为5的跟随冗余无人机代替该编号为3的观测无人机；然后控制该编号为5的跟随冗余无人机，当-k0＜d(15)-L＜k0并且-k0＜d(25)-L＜k0时，编号为5的跟随冗余无人机到达指定位置，开始以与领航无人机相同的速度飞行；其中，d(15)为领航无人机与编号为5的跟随冗余无人机之间的距离，d(25)为编号为2的跟随无人机与编号为5的跟随冗余无人机之间的距离；所述设定条件为信息类型。

综上所述，该无人机遥感组网冗余容错控制终端及控制方法，通过同步监控进行主动合作的包括多个无人机的网络。多无人机网络作为冗余容错体系结构时可以通过添加多个无人机作为备份使得系统可以容错，而无人机在不同极端条件下的位置和视角则可以作为冗余容错的场景设置。当组网方案中的无人机位置和视角超过设定的阈值时可以被认为是故障的，其将被分离并不考虑进一步分析。通过以上方式，无人机网络可以在极端条件下得到组网控制方案的有效输出，进而保证遥感观测任务的顺利进行。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.无人机遥感组网冗余容错控制终端及控制方法，其特征在于：其步骤包括：

1)无人机飞行控制地面站获取无人机遥感组网中各无人机飞行的实时经纬度坐标和高度信息；其中无人机遥感组网包括一架领航无人机、N架跟随无人机和M架跟随冗余无人机；领航无人机和N架跟随无人机作为观测无人机；

2)通过收集到的经纬度和高度信息，计算各观测无人机之间的距离，如果一架观测无人机A与其相邻一架或多架观测无人机之间的距离超过设定的期望距离，则判定该观测无人机A出现故障；

3)从所述无人机遥感组网中分离出现故障的观测无人机A，并启动一架所述跟随冗余无人机a代替该观测无人机A；然后控制该观测无人机a的位置和航速、航向，完成编队重构，继续进行遥感观测任务。

2.根据权利要求1所述的无人机遥感组网冗余容错控制终端及控制方法，其特征在于：所述编队重构包括：跟随冗余无人机a保持相同航向加速向前飞行，通过地面站收集的无人机的经纬度坐标和高度信息，计算跟随冗余无人机a与其他观测无人机之间的距离，当跟随冗余无人机a满足设定的与其他观测无人机之间的期望距离时完成容错，跟随冗余无人机a到达指定位置，开始以与领航无人机相同的速度飞行，由跟随冗余无人机a代替观测无人机A继续执行遥感观测任务。

3.根据权利要求1所述的无人机遥感组网冗余容错控制终端及控制方法，其特征在于：所述无人机遥感组网包括一架领航无人机、2架跟随无人机和2架跟随冗余无人机；其中，领航无人机的位置坐标为P1(X1，Y1，H1)、编号为2的跟随无人机位置坐标为P2(X2，Y2，H2)、编号为3的跟随无人机位置坐标为P3(X3，Y3，H3)；当-k0＜d(12)-L＜k0、-k0＜d(23)-L＜k0并且-k0＜d(13)-L＜k0时，判定三架观测无人机均正常飞行，无故障出现；其中，领航无人机与编号为2的跟随无人机之间的距离为d(12)、领航无人机与编号为3的跟随无人机之间的距离为d(13)、编号为2的跟随无人机与编号为3的跟随无人机之间的距离为d(23)，L为设定的期望距离，k0为无人机之间设定的阈值参数。

4.根据权利要求1所述的无人机遥感组网冗余容错控制终端及控制方法，其特征在于：当[d(12)-L＞k0或者d(12)-L＜-k0]并且[d(23)-L＞k0或者d(23)-L＜-k0]时，判定编号为2的观测无人机出现故障；当[d(23)-L＞k0或者d(23)-L＜-k0]并且[d(13)-L＞k0或者d(13)-L＜-k0]时，判定编号为3的观测无人机出现故障；当判定编号为2的观测无人机出现故障时，步骤3)中，启动一架编号为4的跟随冗余无人机代替该编号为2的观测无人机；然后控制该编号为4的跟随冗余无人机，当-k0＜d(14)-L＜k0并且-k0＜d(34)-L＜k0时，编号为4的跟随冗余无人机到达指定位置，开始以与领航无人机相同的速度飞行；其中，d(14)为领航无人机与编号为4的跟随冗余无人机之间的距离，d(34)为编号为3的跟随无人机与编号为4的跟随冗余无人机之间的距离；当判定编号为3的观测无人机出现故障时，步骤3)中，启动一架编号为5的跟随冗余无人机代替该编号为3的观测无人机；然后控制该编号为5的跟随冗余无人机，当-k0＜d(15)-L＜k0并且-k0＜d(25)-L＜k0时，编号为5的跟随冗余无人机到达指定位置，开始以与领航无人机相同的速度飞行；其中，d(15)为领航无人机与编号为5的跟随冗余无人机之间的距离，d(25)为编号为2的跟随无人机与编号为5的跟随冗余无人机之间的距离。

5.根据权利要求1所述的无人机遥感组网冗余容错控制终端及控制方法，其特征在于：其步骤包括：

1)无人机飞行控制地面站获取无人机遥感组网中各无人机的返回信息；其中无人机遥感组网包括一架领航无人机、N架跟随无人机和M架跟随冗余无人机；领航无人机和N架跟随无人机作为观测无人机；

2)根据每一无人机的具体任务对该无人机的返回信息进行判断，如果一架观测无人机A的返回信息与该观测无人机A对应的设定条件不一致，则判定该观测无人机A出现故障；从所述无人机遥感组网中分离出现故障的观测无人机A，并启动一架所述跟随冗余无人机a代替该观测无人机A，完成编队重构，以执行对应的具体任务；所述编队重构包括：跟随冗余无人机a保持相同航向加速向前飞行，通过地面站收集的无人机的经纬度坐标和高度信息，计算跟随冗余无人机a与其他观测无人机之间的距离，当跟随冗余无人机a满足设定的与其他观测无人机之间的期望距离时完成容错，跟随冗余无人机a到达指定位置，开始以与领航无人机相同的速度飞行，由跟随冗余无人机a代替观测无人机A继续执行遥感观测任务；所述无人机遥感组网包括一架领航无人机、2架跟随无人机和2架跟随冗余无人机；当判定编号为2的观测无人机出现故障时，步骤3)中，启动一架编号为4的跟随冗余无人机代替该编号为2的观测无人机；然后控制该编号为4的跟随冗余无人机，当-k0＜d(14)-L＜k0并且-k0＜d(34)-L＜k0时，编号为4的跟随冗余无人机到达指定位置，开始以与领航无人机相同的速度飞行；其中，d(14)为领航无人机与编号为4的跟随冗余无人机之间的距离，d(34)为编号为3的跟随无人机与编号为4的跟随冗余无人机之间的距离；当判定编号为3的观测无人机出现故障时，步骤3)中，启动一架编号为5的跟随冗余无人机代替该编号为3的观测无人机；然后控制该编号为5的跟随冗余无人机，当-k0＜d(15)-L＜k0并且-k0＜d(25)-L＜k0时，编号为5的跟随冗余无人机到达指定位置，开始以与领航无人机相同的速度飞行；其中，d(15)为领航无人机与编号为5的跟随冗余无人机之间的距离，d(25)为编号为2的跟随无人机与编号为5的跟随冗余无人机之间的距离；所述设定条件为信息类型。

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