基于Qt的室内多无人机编队控制系统技术方案

本发明专利技术涉及无人机地面站软件开发技术领域，为借助无人机分布式网络实现各无人机与地面指挥中心的实时数据交互，并在此基础上完成任务分配、轨迹优化和集群控制等飞行决策。本发明专利技术采用的技术方案是，基于Qt的室内多无人机编队控制系统，包括多架无人机、地面站、室内定位系统、ZigBee网络设备，ZigBee网络设备包括一个协调器模块与多个路由模块；协调器模块与地面站有线连接；无人机向地面站反馈自身的位置信息和姿态信息，其中位置信息由室内定位系统提供，姿态信息由机载传感器获取。本发明专利技术主要应用于无人机编队控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无人机地面站软件开发
，尤其涉及一种基于Qt的室内多无人机编队控制系统。
技术介绍
无人机是新军事变革的代表性装备，充分体现了未来战争信息化、网络化、无人化的特点，是最符合未来战争需求和世界装备发展潮流的航空武器装备。随着无人机技术和性能的不断发展及其军事任务需求的不断提高，很多情况下，单架无人机已无法满足任务要求，若能由多架无人机协同工作，他们不但能完成单架无人机不能完成的任务，而且还使系统的作战效能大大提高。美国无人机路线图明确把无人机协同编队列入未来重点发展方向之一，以满足高科技信息化战争中联合作战的需求。因此，开展多无人机编队研究具有重要意义，受到了国内外专业人员的广泛关注。无人机地面控制站简称地面站，是整个无人机系统的重要组成部分，是地面操控人员与无人机交互的通道。它囊括任务规划、实时监测、数字地图、数据链在内的集控制、通信、数据处理于一体的综合能力，是整个无人机系统的控制指挥中心，自然而然也就成为了各国研究机构、院校开发的重点项目。针对多无人机编队控制系统而言，地面站的作用则更为突出，它不仅要实现各无人机飞行数据的显示，还要实现对编队任务的分配，编队轨迹的规划等等，比单机地面站更为复杂，要求更高。目前大多数的科研机构还只是在单机的平台下对地面站进行开发，还没有开展对多机编队控制地面站的研究，因此研发一套基于多无人机编队控制地面站显得尤为重要，是将来无人机发展不可或缺的一部分。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术旨在提出一款能够实时对多无人机编队进行操控管理的地面控制站，借助无人机分布式网络实现各无人机与地面指挥中心的实时数据交互，并在此基础上完成任务分配、轨迹优化和集群控制等飞行决策。本专利技术采用的技术方案是，基于Qt的室内多无人机编队控制系统，包括多架无人机、地面站、室内定位系统、ZigBee网络设备，ZigBee网络设备包括一个协调器模块与多个路由模块；协调器模块与地面站有线连接；无人机向地面站反馈自身的位置信息和姿态信息，其中位置信息由室内定位系统提供，姿态信息由机载传感器获取；每架无人机上均设置有一个路由模块，路由模块与无人机上的控制器有线连接，控制器通过内置协议组建相应的数据帧经ZigBee网络实现无人机群与地面站的实时数据交互；地面站端主要完成俩方面工作，一方面要对各无人机回传的飞行数据进行解包，并以人性化的界面进行显示；同时地面站还要运行编队控制算法，实时计算出每架无人机的目标位置并对数据进行打包，以无线的方式发给对应无人机。整个地面站由登录端模块、显示端模块和发送端模块构成；登录端模块插入有QSpinBox部件，通过下拉菜单实现无人机个数的选取；之后在头文件中引入QProcess类，借助QPushButton部件实现对显示端和发送端的调用；显示端模块要完成无人机回传数据的实时读取和可视化显示，首先对接收自无人机的数据进行解包，提取无人机的姿态位置信息，借助QLable部件进行数字显示，同时显示端界面还插入OpenGL类，用于将无人机姿态信息以3D的形式显示出来；无人机回传的图像信息则采用QWebView部件进行显示；显示端模块里还添加QFile类，用于实现对飞行数据的本地保存。发送端模块插入QpushButton、QDoubleSpinbox部件，通过按键的方式执行对应的编队控制程序、打包程序和数据发送程序，进而准确的将每架无人机的期望位置发送给目标无人机，发送端模块还添加QKeyEvent事件，首先对键值进行设置，然后编写对应的槽函数，这样操纵员通过鼠标、键盘便可对无人机编队航线进行规划，发送端模块还嵌入内置地图信息的HTML文件，借助Qwebview部件便可在发送端进行显示。本专利技术的特点及有益效果是：本专利技术对于多无人机编队飞行的实际验证具有十分重要的意义。本专利技术操作简单，功能完善，可直接控制多无人机编队飞行，实现无人机回传数据的可视化显示，同时以方便快捷的操作实现对多无人机编队的轨迹规划和队形变换，最大程度避免了实验过程中操纵者的人为失误，人机交互便捷，可靠性强，具有很高的实用价值，是编队控制系统不可或缺的一部分。本专利技术主要具有以下功能及特点：(1)本地面站不同于传统地面站只能一对一的导航控制，它借助ZigBee通信网络可以实时的对多无人机进行操控管理，便于编队控制，为无人机编队飞行实验提供了很好的操控平台。(2)本地面站的开发、运行环境均为开源，降低了开发成本，且可以进行二次开发。应用程序可跨平台使用，提高了移植性和应用的普遍性。(3)针对多无人机编队控制，本地面站采取多界面的设计方式，由登录端、显示端和发送端构成，登录端可进行无人机个数的选取，显示端可实现无人机飞行信息的图形化显示，发送端则可完成无人机编队控制指令、轨迹指令的实时发送。(4)本地面站显示端融入OpenGL模块，不同于传统地面站虚拟仪表的方式，它可以将无人机回传的姿态信息以3D的形式显示出来，逼真度高，易于观测；同时添加图像回传模块，采用Qt自带的Qwebview部件，实现无人机拍摄图像在地面站的实时显示。(5)目前基于室内定位系统地面站可实时显示无人机的位置，保证无人机的在线控制，同时还可以实时的在三维坐标系下对编队队形进行切换，方便快捷。发送端还嵌入操纵杆模块，避免了飞行过程中过多的参数设置，操纵员可以直接借助鼠标、键盘，以最简单的方式实现对多无人机的编队控制，最大程度提高了地面站的可操控性。同时本地面站还内置地图信息，对今后室外编队飞行奠定了基础。附图说明：附图1多无人机编队通信网络结构图。附图2地面站运行效果图。附图3登录端效果图。附图4登录端开发流程图。附图5显示端效果图。附图6显示端开发流程图。附图7发送端效果图。附图8发送端开发流程图。具体实施方式本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，开发了一款能够实时对多无人机编队进行操控管理的地面控制站，借助无人机分布式网络实现各无人机与地面指挥中心的实时数据交互，并在此基础上完成任务分配、轨迹优化和集群控制等飞行决策。传统地面站多以虚拟仪表的方式对无人机回传的数据进行显示，单调乏味，为了更好的显示各无人机的飞行数据，本专利技术基于Qt(一款跨平台的C++图形用户界面编译器)平台，融合OpenGL(开放图形库)，在实际飞行过程中以3D的形式进行渲染，显示效果立体逼真；同时预留特定窗口实时显示各无人机采集回来的图像信息，地面操控人员通过观察决策进而完成战场侦察、战场监视等飞行任务；地面站还内置文件管理服务，可对飞行数据进行本地存储，方便后期对飞行数据进行分析研究。整个显示界面简洁美观、清晰明了，便于地面操纵员实时的掌握无人机群所处的飞行状态。本专利技术可为编队协同优化算法、编队协调控制算法进行实际验证，从而促进理论研究的进一步开展，目前地面站已成功嵌入人工势场法、图论法等编队理论算法，在室内也已实现定点、直线、圆等常用队形演示；同时地面站在飞行过程中可实时在三维坐标系下对无人机编队进行队形切换，简单易行，灵活可靠，在最大程度上降低了地面站的操作复杂度。地面站基于Linux环境进行开发，利用Qt编写图形界面。各无人机主要向地面站反馈自身的位置信息和姿态信息，其中位置信息先由室内定位系统以无线方式传给无人机，无人机再以无线方式传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Qt的室内多无人机编队控制系统，其特征是，基于Qt的室内多无人机编队控制系统，包括多架无人机、地面站、室内定位系统、ZigBee网络设备，ZigBee网络设备包括一个协调器模块与多个路由模块；协调器模块与地面站有线连接；无人机向地面站反馈自身的位置信息和姿态信息，其中位置信息由室内定位系统提供，姿态信息由机载传感器获取；每架无人机上均设置有一个路由模块，路由模块与无人机上的控制器有线连接，控制器通过内置协议组建相应的数据帧经ZigBee网络实现无人机群与地面站的实时数据交互；地面站端主要完成俩方面工作，一方面要对各无人机回传的飞行数据进行解包，并以人性化的界面进行显示；同时地面站还要运行编队控制算法，实时计算出每架无人机的目标位置并对数据进行打包，以无线的方式发给对应无人机。

【技术特征摘要】
1.一种基于Qt的室内多无人机编队控制系统，其特征是，基于Qt的室内多无人机编队控制系统，包括多架无人机、地面站、室内定位系统、ZigBee网络设备，ZigBee网络设备包括一个协调器模块与多个路由模块；协调器模块与地面站有线连接；无人机向地面站反馈自身的位置信息和姿态信息，其中位置信息由室内定位系统提供，姿态信息由机载传感器获取；每架无人机上均设置有一个路由模块，路由模块与无人机上的控制器有线连接，控制器通过内置协议组建相应的数据帧经ZigBee网络实现无人机群与地面站的实时数据交互；地面站端主要完成俩方面工作，一方面要对各无人机回传的飞行数据进行解包，并以人性化的界面进行显示；同时地面站还要运行编队控制算法，实时计算出每架无人机的目标位置并对数据进行打包，以无线的方式发给对应无人机。2.如权利要求1所述的基于Qt的室内多无人机编队控制系统，其特征是，地面站由登录端模块、显示端模块和发送端模块构成；登录端模块插入有QSpinBox部件，通过下拉菜单实现...

【专利技术属性】
技术研发人员：宗群，韩宇，张博渊，邢娜，陈扬，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12