多无人机平台协同控制系统技术方案

本发明专利技术提出一种多无人机平台协同控制系统，包括多无人机平台和地面控制中心，其中，地面控制中心进一步包括用户输入模块，用于输入总协同任务和每一个无人机的参数设置；状态显示及数据库维护模块，用于实时显示并记录无人机的状态信息和图像数据并维护无人机的配置参数数据库；任务分配模块，用于根据多无人机总协同任务以及每一个无人机的参数设置生成每一个无人机的具体任务；协同控制模块，用于根据具体任务生成相应的语义层控制指令；以及至少一个无人机处理模块，用于接收并处理无人机的状态数据和图像数据，并发送控制命令序列给无人机。该系统具有可扩展性好，稳定可靠的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及飞行器导航控制领域，特别涉及一种多无人机平台协同控制系统。
技术介绍
随着无人机系统及其相关技术的不断发展，其应用前景越来越广阔，应用场景也越来越复杂，特别是一些特殊的任务需要多个无人机协同完成，比如大面积场景监控，复杂环境下目标的跟踪等。在多无人机应用场景中，需要汇集每个无人机的状态信息，并按照任务需求对多无人机进行协同控制，分配不同的任务给不同状态的无人机。而以上的应用场景，需要构建稳定的多无人机数据传输及控制系统，以及稳定的任务分配系统，以保证多无 人机能够有效协同，安全顺利完成任务。现有技术中，多无人机数据传输和控制系统由多无人机和地面站组成，需要在多个无人机和地面站之间建立稳定的数据传输，以保证地面站实时获取无人机的状态并对多个无人机进行准确的协同控制。但现有技术存在如下问题1.大多数针对单个无人机设计数据采集和控制系统而未考虑多无人机平台协同控制的发展趋势，系统设计缺乏整体性和前瞻性；2.对于无人机平台需要回传的多种数据，如状态信息、导航数据信息和传感器(如图像传感器)信息等，大多采用数传与图传设备分离的方法，易造成同步误差而不利于无人机控制系统的高效工作；3.现有系统设计中，并未系统考虑多无人机平台和系统的任务分配、协同控制算法、针对具体无人机平台的数据及控制接口等因素。因此，虽有无人机数据传输和控制系统投入使用，但这些系统设计方法考虑不够全面，缺乏普适性；另一方面，现有设计尚未考虑未来多无人机平台的自主协同飞行发展，无法满足未来无人机自主导航的应用需求。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种具有可扩展性好、稳定性好的多无人机平台协冋控制系统。根据本专利技术实施例的多无人机平台协同控制系统包括多无人机平台，所述多无人机平台包括多种类型多个数目的无人机；以及地面控制中心，所述地面控制中心与所述多无人机平台中的无人机通过无线通讯连接，其中，所述地面控制中心进一步包括用户输入模块，所述用户输入模块用于输入用户指定的多无人机总协同任务和输入用户对每一个所述无人机的参数设置；状态显示及数据库维护模块，所述状态显示及数据库维护模块用于实时显示并记录所述无人机的状态信息和图像数据，并维护所述无人机的配置参数数据库；任务分配模块，所述任务分配模块用于根据所述多无人机总协同任务以及每一个所述无人机的参数设置，生成每一个所述无人机的具体任务；协同控制模块，所述协同控制模块用于根据每一个所述无人机的具体任务，生成相应的语义层控制指令；以及至少一个无人机处理模块，所述无人机处理模块的数目与所述无人机的种类数目相同且一一对应，所述无人机处理模块用于接收并处理所述无人机的状态数据和图像数据，并发送控制命令序列给所述无人机。在本专利技术的一个实施例中，所述地面控制中心与所述多无人机平台中的无人机通过无线通讯连接的方式为以所述无人机的通信模块作为无线链路接入点，所述地面控制中心利用自身无线通信模块与其建立从属通信连接关系；或者以所述地面控制中心作为无线链路接入点，所述无人机利用自身无线通信模块与其建立从属通信连接关系；或者多个所述无人机与所述地面控制中心组成局域网络，进行通信连接。在本专利技术的一个实施例中，所述无线链路的数据包传输采用UDP协议，每个所述无人机具有自身的IP地址和相应的ID，采用不同的通信端口发送和接受不同类型的数据。在本专利技术的一个实施例中，所述状态数据包括所述无人机机载GPS导航信息、所述无人机的飞行状态、所述无人机的三周加速度和角速度、所述无人机的续航能力信息以 及所述无人机机载传感器信息；所述图像数据包括所述无人机机载摄像头获得的图像信肩、O在本专利技术的一个实施例中，所述无人机处理模块进一步包括状态数据接收与处理子模块，所述状态数据接收与处理子模块用于打开并设置状态数据接收缓存，侦听是否有所述状态数据到达，若收到所述状态数据则解析所述状态数据并在所述状态显示及数据库维护模块中显示更新；图像数据接受与处理子模块，所述图像数据接收与处理子模块用于打开并设置图像数据接收缓存，侦听是否有所述图像数据到达，若收到所述图像数据则解析所述图像数据并在所述状态显示及数据库维护模块中显示更新；以及控制指令序列生成与发送子模块，所述控制指令序列生成与发送子模块用于根据所述协同控制模块生成的所述语义层控制指令，按照对应种类的无人机的控制命令格式生成控制命令序列，将生成的所述控制命令序列存入命令缓存空间，等待用户输入发送指令后，向对应的所述无人机发送所述控制命令序列。在本专利技术的一个实施例中，所述地面控制中心还包括定位模块，所述定位模块用于利用定位方法获取所述无人机的真实位置信息，将所述真实位置信息与所述无人机的回传的状态数据中的自测位置信息进行对比，验证所述无人机的自测位置信息的准确性。 在本专利技术的一个实施例中，所述地面控制中心还包括初始化模块，所述初始化模块用于在开始时为每个所述无人机分配资源；初始化所述地面控制中心与多个所述无人机的无线通信端口 ；向多个所述无人机发送测试数据包，测试连接是否正常；在确定所述地面控制中心与多个所述无人机连接正常后，初始化其他功能模块。根据本专利技术实施例的多无人机平台协同控制系统至少具有以下优点(I)可扩展性好。本专利技术的系统主要的协同工作在地面控制中心完成，针对不同种类的无人机，无需对无人机进行大幅度改动，只需要设计不同的无人机状态数据接收和处理模块，图像数据接收和处理模块，控制指令序列生成模块，就可以实现对不同种类的无人机的扩展。(2)稳定性好。本专利技术中多无人机的任务分配和协同控制在地面控制中心完成，有效降低了无人机端的计算负荷，仅需要无人机端执行较为简单的指令，降低了无人机端的控制难度，提高了整个系统的稳定性和可靠性。本专利技术的附加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，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图I是本专利技术一个实施例的一种多无人机平台协同控制系统；图2是本专利技术的多无人机平台协同控制系统中的初始化模块的工作线程示意图。具体实施例方式下面详细描述本专利技术的实施例，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，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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专利技术和简化描述，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专利技术的限制。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一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多无人机平台协同控制系统，其特征在于，包括以下部分：多无人机平台，所述多无人机平台包括多种类型多个数目的无人机；以及地面控制中心，所述地面控制中心与所述多无人机平台中的无人机通过无线通讯连接，其中，所述地面控制中心进一步包括：用户输入模块，所述用户输入模块用于输入用户指定的多无人机总协同任务和输入用户对每一个所述无人机的参数设置；状态显示及数据库维护模块，所述状态显示及数据库维护模块用于实时显示并记录所述无人机的状态信息和图像数据，并维护所述无人机的配置参数数据库；任务分配模块，所述任务分配模块用于根据所述多无人机总协同任务以及每一个所述无人机的参数设置，生成每一个所述无人机的具体任务；协同控制模块，所述协同控制模块用于根据每一个所述无人机的具体任务，生成相应的语义层控制指令；以及至少一个无人机处理模块，所述无人机处理模块的数目与所述无人机的种类数目相同且一一对应，所述无人机处理模块用于接收并处理所述无人机的状态数据和图像数据，并发送控制命令序列给所述无人机。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戴琼海，王玉旺，李一鹏，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：