CN116540766A - 一种控制室内无人机编队飞行的方法、系统及网络侧服务端 - Google Patents

Abstract

本技术方案提供了一种控制室内无人机编队飞行的方法、系统及网络侧服务端，所述方法包括采集无人机发送的状态信息；基于状态信息建立无人机的第一编队信息；基于终端的编队指令，构建无人机的第二编队信息；基于第二编队信息，调整无人机的状态信息；实时监控无人机的状态信息，并进行状态信息的优化。本方法在编队时，从飞行轨迹类似的无人机中筛选出主无人机，只需要规划跟踪主无人机的飞行路线，其余从无人机保持相对主无人机的相对位置，即可实现对一群无人机的跟踪，从而减少了对无人机数量的监控，大大降低了信息数据的计算量，同时可以实现无人机的高效准确编队飞行。

Description

一种控制室内无人机编队飞行的方法、系统及网络侧服务端

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种控制室内无人机编队飞行的方法、系统及网络侧服务端。

背景技术

无人机具有体积小、造价低、结构简单、机动性高等优点，在灾难救援、地质勘探、农业植保等方面都具有广泛的应用，室内环境下，无人机通常用于飞行表演伴舞、室内搜索等。但在一些情况下，单个无人机由于自身功能的限制，在执行任务时存在着很多不足，故而需要采用多个无人机协同完成任务，以完成更加复杂、大规模场景下的应用。多无人机的协同控制技术己成为控制领域一个非常重要的研宄方向。无人机的编队表演是无人机协同控制技术日趋成熟的条件下发展出来的新的应用方向，有着广泛的应用场景。

现有技术中的无人机编队飞行定位所用到的主要方法是基于GPS的定位方法。GPS全称全球定位系统能够为全球范围的用户提供低成本、高精度的三维立体、移动速度等导航物理信息，它具有全时段、全天候、全时段、全方位、精度高等优点。基于GPS的定位方法在室外的无人机编队表演系统以及多无人机协同执行任务时己得到了广泛的应用，但是此方法要求在GPS信号较好的环境中进行，而在室内场景中，由于建筑材料的遮挡，传统的GPS定位方法所接收到的卫星信号强度大大的衰减，无人机在编队飞行时会出现接受信号延迟，甚至无法接收到信号，导致无人机编队效率低下，极大的限制了无人机的应用。因此GPS定位方法并不能在建筑物内有效地工作。

同时传统的GPS定位方法是针对每个无人机进行识别定位，发送控制指令，该方法在无人机数量较多的场景下，需要监控的数据量比较庞大，计算量复杂。

发明指令

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种控制室内无人机编队飞行的方法、系统及网络侧服务端，相比传统的GPS定位方法，通过本方法可以实现在多个不同位置的无人机进行信息交互，实现多个无人机进行编队飞行，同时可以降低信息交互的频率，减少计算量，提高了编队的高效性和可靠性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种控制室内无人机编队飞行的方法，所述方法包括：

进一步地，所述状态信息包括编号、位置信息和姿态信息。

进一步地，采集无人机发送的状态信息具体包括：

在室内四周布设第一传感器，在无人机上布设第二传感器和第三传感器，并建立室内空间坐标系；

计算第二传感器接收到若干个第一传感器发送的超声波的时间差，根据时间差计算无人机的位置信息；

利用第三传感器采集无人机的姿态信息，所述姿态信息包括无人机的方向、俯仰角度；

获取无人机的编号，结合无人机的位置信息和姿态信息，构成无人机的状态信息。

进一步地，所述第一编队信息为当前无人机组成的编队图案。

进一步地，基于终端的编队指令，构建无人机的第二编队信息，具体包括：

根据编队指令，规划无人机的飞行路线；

根据无人机飞行路线的相似度，划分多组飞行路线；

针对每组飞行路线，筛选出对应的主无人机，并标定主无人机的位置；

规划主无人机的飞行路线，设定从无人机相对主无人机的相对位置；

根据主无人机的飞行路线和从无人机相对主无人机的相对位置，构建第二编队信息。

进一步地，在基于第二编队信息，调整无人机的状态信息时，先调整主无人机的飞行路线，然后根据从无人机相对主无人机的相对位置信息，调整各个从无人机的飞行路，或同步调整主无人机和从无人机的飞行路线。

第二方面，本实施例还提供了一种控制室内无人机编队飞行的系统，所述系统包括依次连接的若干个传感器模块、计算模块、编队模块、控制模块、分析模块，其中：

所述传感器模块用于采集各个无人机的状态信息；

所述计算模块用于接收并分析无人机发送的状态信息；

所述编队模块用于基于终端的编队指令，构建无人机的第二编队信息；

所述控制模块用于基于第二编队信息，调整无人机的状态信息；

所述分析模块用于实时监控无人机的状态信息，并进行状态信息的优化。

进一步地，计算模块包括位置计算单元、姿态计算单元，其中：

位置计算单元用于计算无人机的位置信息；

姿态计算单元用于计算无人机的姿态信息。

进一步地，控制模块包括依次连接的第一规划单元、第二规划单元、筛选单元、分析单元、构建单元，其中：

第一规划单元用于根据编队指令，规划无人机的飞行路线；

第二规划单元用于根据无人机飞行路线的相似度，划分多组飞行路线；

筛选单元用于针对每组飞行路线，筛选出对应的主无人机，并标定主无人机的位置，以及从无人机相对主无人机的相对位置；

分析单元用于根据主无人机的飞行路线和从无人机相对主无人机的相对位置，构建第二编队信息。

第三方面，本发明实施例还提供了一种网络侧服务端，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述一种控制控制室内无人机编队飞行的方法。

有益效果

本技术方案提供了一种控制室内无人机编队飞行的方法，所述方法包括采集无人机发送的状态信息；基于状态信息建立无人机的第一编队信息；基于终端的编队指令，构建无人机的第二编队信息；基于第二编队信息，调整无人机的状态信息；实时监控无人机的状态信息，并进行状态信息的优化。通过本方法可以实现在室内进行无人机的编队飞行调控，与现有技术技术通过卫星GPS系统进行定位相比，本调控方法单独构建一个交互网络，在交互网络中，可以实现信息的高效交互，实现对无人机的准确识别和编队飞行，避免由于信号延迟导致的无人机编队效率低下的现象。

同时在编队时，从飞行轨迹类似的无人机中筛选出主无人机，只需要规划跟踪主无人机的飞行路线，其余从无人机保持相对主无人机的相对位置，即可实现对一群无人机的编队，从而减少了对无人机数量的监控，大大降低了信息数据的计算量，同时可以实现无人机的高效准确编队飞行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例1公开的一种控制室内无人机编队飞行的方法的流程图；

图2为本发明图1中采集无人机发送的状态信息的流程图；

图3为本发明图1中构建无人机的第二编队信息的流程图；

图4为本发明实施例1公开的无人机编队的A情形的示意图；

图5为本发明实施例1公开的无人机编队的B情形的示意图；

图6是本发明实施例2公开的模块连接图。

图7是本发明实施例3公开的一种网络侧服务端的结构示意图。

具体实施方式

为了阐明本发明的技术方案和工作原理，下面结合附图于具体实施例对本发明作进一步详细描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例1

如图1-2所示，为本发明公开的一种控制室内无人机编队飞行的方法的流程图，所述方法包括：

S100、采集无人机发送的状态信息；

无人机为现场正在进行编队飞行的无人机，现场无人机通过无人机上安装的第二传感器发送状态信息至终端。

S101、在室内四周布设第一传感器，在无人机上布设第二传感器和第三传感器，并建立室内空间坐标系；

第一传感器和第二传感器用于进行信息交互，结合室内空间坐标系，从而判断无人机的当前位置，第一传感器和第二传感器可采用超声波传感器，第三传感器用于采集无人机的位姿信息。

S102、计算第二传感器接收到若干个第一传感器发送的超声波的时间差，根据时间差计算无人机的位置信息；

第一传感器的布设位置和数量根据具体需要进行设定，例如：需要在篮球厂进行无人机编队飞行，则在篮球场的四个角分别布设第一传感器，在无人机上布设第二传感器，四个第一传感器均同时向第二传感器发生超声波，由于无人机在篮球场内的位置不同，因此第二传感器相对四个第一传感器的位置也不同，因此第二传感器接收到四个第一传感器发射的超声波的时间会各不相同，通过接收到的时间差，结合空间坐标系，计算无人机的位置信息。

S103、利用第三传感器采集无人机的姿态信息，所述姿态信息包括无人机的方向、俯仰角度。

采集姿态信息时，可以预先设定一个基准状态，例如当无人机水平时，设定此时的姿态为初始姿态，当无人机发生姿态变化时，则通过第三传感器采集无人机的姿态变化，计算出姿态变化后的姿态信息。第三传感器包括陀螺仪、角度传感器等，本申请方式中不做具体限制，可以根据具体情况进行分析选用。

S104、获取无人机的编号，结合无人机的位置信息和姿态信息，构成无人机的状态信息。

无人机的编号用于表明无人机的身份，通过识别无人机的编号可以跟踪每个无人机的位置变化。同时在编队飞行时，需要无人机完成各种空中姿态的变化，因此，通过无人机的编号、位置信息和姿态信息，既可构成了一个无人机的信息包，通过该信息包即可实时了解该无人机的状态信息。

S200、基于状态信息建立无人机的第一编队信息；

状态信息包括无人机的编号和位姿信息，通过无人机的编号，则可直接获取该无人机的位置坐标；位姿信息包括位置信息和姿态信息，通过分析位姿信息，建立无人机的位姿数据库，位姿信息括无人机的方向、俯仰角度等，通过收集所有无人机的编号和对应的位姿数据库，建立当前所有无人机组成的第一编队信息。第一编队信息用于表示无人机之间的相对位置，以及所有无人机构成的编队图像。

S300、基于终端的编队指令，构建无人机的第二编队信息；

如图3-5所示，编队指令用于控制无人机进行队型的变化，构建的第二编队状态信息括所有无人机需要到达的新的位置坐标和形成的新的位姿信息，从而完成了无人机的队型变化。

S301、根据编队指令，规划无人机的飞行路线；

编队指令会规划在下一个队型中每个无人机的飞行的轨迹信息以及最终的位姿信息，由于队型的需要，各个无人机的飞行路线存在差异，例如第一编队信息为A队型图案，此时需要将该A队型转变为B队型图案，在队型图案设定好之后，需要规划每个无人机在该图案中的位置，以及每个无人机到达该位置的飞行路线。

S302、根据无人机飞行路线的相似度，划分多组飞行路线；

由于编队图案的不同，因此无人机的飞行路线也存在差异，根据方向的差异性划定飞行路线的相似度，将相似度高的归为一组，由此将若干条飞行路线划分为多组飞行路线。

例如第一编队信息为A队型图案，此时需要将该A队型图案转变为B队型图案，因此一半的无人机向左侧飞行，另一半的无人机向右侧飞行，此时同向飞行的无人机的飞行路线为类似的飞行路线，反向飞行的无人机的飞行路线为非类似的飞行路线，因此，根据方向的差异性划定飞行路线的相似度，将向左飞行和向右飞行的归为一组，由此分为两组飞行路线。

S303、针对每组飞行路线，筛选出对应的主无人机，并标定主无人机的位置；

针对每组飞行路线而言，由于每组飞行路线类型，因此同一组内的无人机之间的位置是大致相对确定的，因此在同一组飞行路线内，选择一个主无人机，结合建立的空间坐标，利用第一传感器和第二传感器之间的超声波交互，确定该无人机的坐标位置。

S304、规划主无人机的飞行路线，设定从无人机相对主无人机的相对位置。

为了简化无人机跟踪计算的数据量，同时确保跟踪的精度，首先规划主无人机的飞行路线，使主无人机的沿着预设的轨迹进行飞行，然后从无人机作为从无人机，设定好每个从无人机相对主无人机的相对距离，即完成了一组无人机组的编队飞行。

确定从无人机相对主无人机的相对位置主要有两种情形。

通过将无人机筛选为主无人机和从无人机，首先规划主无人机的飞行路线，根据从无人机相对主无人机之间的距离来确定从无人机的飞行路线，减少了无人机队型变化过程中的监控数量，即只需要主无人机根据设定的飞行轨迹飞行，其余的从无人机保持与对应的主无人机响应的距离即可，该编队方法实现简单，控制精度高，可扩展性强。

S305、根据主无人机的飞行路线和从无人机相对主无人机的相对位置，构建第二编队信息。

第二编队信息中包括了主无人机对应的飞行路线，以及从无人机相对主无人机的相对位置信息。

S400、基于第二编队信息，调整无人机的状态信息；

在调整无人机的状态信息时，包括以下几种情况。

情形一：先调整主无人机的飞行路线，然后根据从无人机相对主无人机的相对位置信息，调整各个从无人机的飞行路线。

情形二：调整主无人机的飞行路线，然后根据从无人机相对主无人机的相对位置信息，同步调整对应的无人机的飞行路线。

S500、实时监控无人机的状态信息，并进行状态信息的优化。

无人机在进行队型变化的过程中，需要进行状态信息的实时监控，避免由于信号传播过程中受到干扰，导致队型出现散乱现象，以及在飞行过程中遇到突发的障碍物，需要进行及时队型调整。

针对每个无人机而言，若需要进行调整，则可生成对应无人机的调整指令，并将调整指令发送至对应无人机。值得注意的是，需要进行调整的无人机还可通过终端对无人机的信息进行身份验证，此外，本实施例中的无人机并不只限于一个无人机，无人机可以是多个不同位置的不同的无人机。

综上所述，本技术方案提供了一种控制室内无人机编队飞行的方法，所述方法包括采集无人机发送的状态信息；基于状态信息建立无人机的第一编队信息；基于终端的编队指令，构建无人机的第二编队信息；基于第二编队信息，调整无人机的状态信息；实时监控无人机的状态信息，并进行状态信息的优化。通过本方法可以实现在室内进行无人机的编队飞行调控，与现有技术技术通过卫星GPS系统进行定位相比，本调控方法灵活简单，精度高，可以准确定位每个无人机的位置，在编队时，可以规划出最优的调整方法，实现快速编队，提高了编队效率和编队准确性。

实施例2

如图6所示，为本发明公开的一种控制室内无人机编队飞行的系统的模块连接示意图，该无人机编队飞行系统包括依次连接的若干个传感器模块210、计算模块220、编队模块230、控制模块240、分析模块250；

传感器模块210用于采集各个无人机的状态信息；

计算模块220用于接收并分析无人机发送的状态信息；

编队模块230用于基于终端的编队指令，构建无人机的第二编队信息；

控制模块240用于基于第二编队信息，调整无人机的状态信息；

分析模块250用于实时监控无人机的状态信息，并进行状态信息的优化。

优选地，计算模块220包括位置计算单元、姿态计算单元，其中：位置计算单元用于计算无人机的位置信息；姿态计算单元用于计算无人机的姿态信息。

优选地，控制模块240包括依次连接的第一规划单元、第二规划单元、筛选单元、分析单元、构建单元，其中：第一规划单元用于根据编队指令，规划无人机的飞行路线；第二规划单元用于根据无人机飞行路线的相似度，划分多组飞行路线；筛选单元用于针对每组飞行路线，筛选出对应的主无人机，并标定主无人机的位置，以及从无人机相对主无人机的相对位置；分析单元用于根据主无人机的飞行路线和从无人机相对主无人机的相对位置，构建第二编队信息。

本发明实施例所提供的控制室内无人机编队飞行的系统，其实现原理及产生的技术效果和前述无人机编队飞行方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

实施例3

如图7所示，本发明的第三实施方式提供一种网络侧服务端，包括：至少一个处理器310；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器320；其中，所述存储器320存储有可被所述至少一个处理器310执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器310执行，以使所述至少一个处理器310能够执行上述一种控制室内无人机编队飞行的方法。

其中，存储器310和处理器310采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器310和存储器310的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器310处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器310。

处理器310负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器310可以被用于存储处理器310在执行操作时所使用的数据。

本发明实施例提供的电子设备，与上述实施例提供的控制室内无人机编队飞的方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种控制室内无人机编队飞行的方法，其特征在于，所述方法包括：

采集无人机发送的状态信息；

基于状态信息建立无人机的第一编队信息；

基于终端的编队指令，构建无人机的第二编队信息；具体为根据编队指令，规划无人机的飞行路线；根据无人机飞行路线的相似度，划分多组飞行路线；针对每组飞行路线，筛选出对应的主无人机，并标定主无人机的位置；规划主无人机的飞行路线，设定从无人机相对主无人机的相对位置；根据主无人机的飞行路线和从无人机相对主无人机的相对位置，构建第二编队信息；

基于第二编队信息，调整无人机的状态信息；

实时监控无人机的状态信息，并进行状态信息的优化。

2.如权利要求1所述的控制室内无人机编队飞行的方法，其特征在于，所述状态信息包括编号、位置信息和姿态信息。

3.如权利要求2所述的控制室内无人机编队飞行的方法，其特征在于，采集无人机发送的状态信息具体包括：

在室内四周布设第一传感器，在无人机上布设第二传感器和第三传感器，并建立室内空间坐标系；

计算第二传感器接收到若干个第一传感器发送的超声波的时间差，根据时间差计算无人机的位置信息；

利用第三传感器采集无人机的姿态信息，所述姿态信息包括无人机的方向、俯仰角度；

获取无人机的编号，结合无人机的位置信息和姿态信息，构成无人机的状态信息。

4.如权利要求3所述的控制室内无人机编队飞行的方法，其特征在于：所述第一编队信息为当前无人机组成的编队图案。

5.如权利要求4所述的控制室内无人机编队飞行的方法，其特征在于：在基于第二编队信息，调整无人机的状态信息时，先调整主无人机的飞行路线，然后根据从无人机相对主无人机的相对位置信息，调整各个从无人机的飞行路，或同步调整主无人机和从无人机的飞行路线。

6.一种控制室内无人机编队飞行的系统，其特征在于，所述系统包括依次连接的若干个传感器模块、计算模块、编队模块、控制模块、分析模块，其中：

所述传感器模块用于采集各个无人机的状态信息；

所述计算模块用于接收并分析无人机发送的状态信息；

所述编队模块用于基于终端的编队指令，构建无人机的第二编队信息；

所述控制模块用于基于第二编队信息，调整无人机的状态信息；

所述分析模块用于实时监控无人机的状态信息，并进行状态信息的优化。

7.如权利要求6所述的控制室内无人机编队飞行的系统，其特征在于，所述计算模块包括位置计算单元、姿态计算单元，其中：

位置计算单元用于计算无人机的位置信息；

姿态计算单元用于计算无人机的姿态信息。

8.如权利要求7所述的控制室内无人机编队飞行的系统，其特征在于，所述控制模块包括依次连接的第一规划单元、第二规划单元、筛选单元、分析单元、构建单元，其中：

第一规划单元用于根据编队指令，规划无人机的飞行路线；

第二规划单元用于根据无人机飞行路线的相似度，划分多组飞行路线；

筛选单元用于针对每组飞行路线，筛选出对应的主无人机，并标定主无人机的位置，以及从无人机相对主无人机的相对位置；

分析单元用于根据主无人机的飞行路线和从无人机相对主无人机的相对位置，构建第二编队信息。

9.一种网络侧服务端，其特征在于，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述一种控制控制室内无人机编队飞行的方法。