一种无人机编队变换阵型时的轨迹自动生成系统的制作方法

文档序号：11500062阅读：325来源：国知局

本实用新型涉及一种无人机技术领域，尤其涉及一种无人机编队变换阵型时的轨迹自动生成系统。

背景技术：

近年来，随着科技的迅猛发展，无人机不仅在技术水平上得到飞速革新，超越了传统的军用无人机概念范围，而且随着市场的旺盛需求，也为政府单位、公司组织和个人大量使用，民用无人机正在渐渐成为我们生活中的一部分。随着技术的扩散，用途的推广，种类的增多，资本大幅投入无人机行业以及越来越多企业加入布局，无人机不仅仅在个人使用上，未来在各行各业的发展上都是值得期待的。

为了适应未来的挑战，除了提高单机的功能和效用外，还需要考虑如何以现有的技术为基础，发展更加有效的无人机管理组织和管理模式以实现高速率和远距离数据传输，无人机编队是近年来提出的无人机合作化发展方向中的一个核心概念，但目前并没有实现无人机编队阵型变换的有效方法；

所要解决的技术问题：无人机编队的控制问题；无人机编队阵型变换的问题；无人机编队阵型变换的航迹航点问题；无人机编队阵型变换时的静态轨迹规划系统；无人机编队阵型变换时的动态轨迹规划系统；无人机编队阵型变换时的轨迹自动生成系统。

技术实现要素：

本实用新型的目的就在于解决无人机编队的控制问题；无人机编队阵型变换的问题；无人机编队阵型变换的航迹航点问题；无人机编队阵型变换时的静态轨迹规划系统；无人机编队阵型变换时的动态轨迹规划系统；无人机编队阵型变换时的轨迹自动生成系统的不足而提供的一种人机编队变换阵型时的轨迹自动生成系统。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：一种无人机编队变换阵型时的轨迹自动生成系统，包括无人机编队及无人机编队控制器，所述无人机编队包括若干个可与无人机编队控制器进行相互通讯的无人机。

进一步地，所述无人机包括无人机壳体、电池、电路板，所述电池、电路板位于所述无人机壳体内部，所述无人机壳体上还设有若干无人机飞行模块，所述电路板包括无线信号接收模块、无线信号发射模块、处理器、GPS定位模块、障碍物探测模块，所述无线信号接收模块、无线信号发射模块、GPS定位模块、障碍物探测模块均与所述处理器信号连接，所述无人机飞行模块与所述处理器信号连接。

进一步地，所述无人机编队控制器包括控制器信号发射模块、控制器信号接收模块、控制器处理器，所述控制器信号发射模块、控制器信号接收模块均与所述控制器处理器信号连接，所述控制器信号接收模块接收无人机无线信号发射模块发射过来的根据GPS定位模块定位的无人机位置信息；所述控制器信号发射模块向无人机无线信号接收模块发射飞行相关动作的指令，所述无线信号接收模块将指令传输给无人机处理器，所述无人机处理器控制无人机飞行模块按指令执行飞行相关动作。

进一步地，所述障碍物探测模块包括红外探测器及/或超声探测器及/或雷达探测器。

进一步地，无人机编队变换阵型时的轨迹自动生成方法，稳定、迅速地解决复杂无人机编队阵型变换问题，该方法包括如下步骤：

(1)准备无人机编队；

(2)无人机编队静态航迹规划；

a、确定无人机编队的起始位置；

b、确定无人机编队的终点位置；

c、确定“障碍物”；

d、求无人机编队中某一架无人机的静态航迹航点；

e、求无人机编队的静态航迹航点；

(3)无人机编队动态航迹规划；

a1、将无人机编队中的某一架无人机在静态航迹上移动一个单位；

b1、更新其他无人机的位置；

c1、判断是否有无人机相撞事件发生；

d1、没有相撞事件发生，转到步骤f1；

e1、有相撞事件发生,转到步骤a1、b1、c1；

f1、得到无人机编队阵型变换时所有无人机的航迹航点；

(4)重复步骤(2)及步骤(3)，直到所有无人机都到达目的点，得到阵型变换时所有无人机的航迹航点，即完成无人机编队阵型变换时的航迹规划。

进一步地，更好地解决了多数量的无人机编队阵型变换问题；更好地解决了复杂的无人机编队阵型变换问题；更好地解决了无人机编队阵型变换过程中的无人机相撞问题，步骤(2)无人机编队静态航迹规划中：

a确定无人机编队的起始位置为一般情况下，以无人机编队起飞之前的位置为编队起始位置；

b所述确定无人机编队的终点位置为终点位置是一个人为规定的位置，在阵型变换过程中随设定不同而发生变化，以无人机编队阵型变换过程中的某一个时间的阵型为例，设定其为终点位置，那么其后的变换以这个终点位置为基准进行变换；

c确定“障碍物”为无人机编队的变换过程是以一架无人机的轨迹生成推及整个编队的轨迹生成，当研究编队中某一架无人机的轨迹的时候，编队中的其他无人机相对于这架无人机就是障碍物；

d求无人机编队中某一架无人机的静态航迹航点为根据步骤a、b的起始位置和终点位置，求这架无人机在有障碍物下的最短路径，作为其静态航迹航点；

e求无人机编队的静态航迹航点为根据步骤d所述的单架无人机的航迹规划，对无人机编队中的其他所有无人机运用这个方法进行航迹规划，得到整个编队的航迹航点。

进一步地，步骤(3)无人机编队动态航迹规划中：

a1将无人机编队中的某一架无人机在静态航迹上移动一个单位；根据上述介绍的静态无人机航迹规划的实现，研究无人机编队中的某一架无人机，使其在已经规划好的静态航迹上移动一个单位，这时，其他无人机的位置不发生变化；

b1更新其他无人机的位置；

c1判断是否有无人机相撞事件发生；编队中所有无人机位置更新完毕之后，判断整个编队中是否任何相撞事件发生；

d1没有相撞事件发生，如果没有任何相撞事件发生，则记录当前位置，即编队中所有无人机移动一个单位的位置；

e1有相撞事件发生，如果有相撞事件发生，则返回到静态航迹规划的第一步，重新进行无人机编队的静态航迹规划，进而进行动态航迹规划；

f1得到无人机编队阵型变换时所有无人机的航迹航点，从无人机编队的静态航迹规划到动态航迹规划。

本实用新型的有益效果在于：

1、无人机编队内部结构设计合理，能够与无人机编队控制器之间进行高效的通讯，无人机编队控制器控制无人机编队做出静态或动态的阵型变换；

2、更好地解决了更多数量的无人机编队阵型变换问题，相比以往技术，本技术解决了更多架次的无人机编队的阵型变换，随着数量的增多，计算量增加；

3、更好地解决了复杂的无人机编队阵型变换问题，以往的技术，没办法对无人机编队的复杂阵型进行变换，本技术完美解决这个问题，使无人机编队能够变换各种复杂阵型；

4、更好地解决了无人机编队阵型变换过程中的无人机相撞问题，本技术在进行航迹规划时都会有一个判断，判断会不会有相撞事件发生，如果有则采取相应措施，完美解决了无人机相撞的问题，避免相撞产生的损失。

【附图说明】

图1为本实用新型无人机结构示意图；

图2为本实用新型无人机编队控制器结构示意图；

附图标记：1、无人机；11、无人机壳体；12、电池；13、电路板；130、无线信号接收模块；131、无线信号发射模块；132、处理器；133、GPS定位模块；134、障碍物探测模块；14、无人机飞行模块；2、无人机编队控制器；21、控制器信号发射模块；22、控制器信号接收模块；23、控制器处理器。

【具体实施方式】

下面结合附图及具体实施方式对本实用新型做进一步描述：

如图1、图2所示，一种无人机编队变换阵型时的轨迹自动生成系统，包括无人机编队及无人机编队控制器2，所述无人机编队包括若干个可与无人机编队控制器2进行相互通讯的无人机1。

优选地，所述无人机1包括无人机壳体11、电池12、电路板13，所述电池12、电路板13位于所述无人机壳体11内部，所述无人机壳体11上还设有若干无人机飞行模块14，所述电路板13包括无线信号接收模块130、无线信号发射模块131、处理器132、GPS定位模块133、障碍物探测模块134，所述无线信号接收模块130、无线信号发射模块131、GPS定位模块133、障碍物探测模块134 均与所述处理器132信号连接，所述无人机飞行模块14与所述处理器132信号连接。

优选地，所述无人机编队控制器2包括控制器信号发射模块21、控制器信号接收模块22、控制器处理器23，所述控制器信号发射模块21、控制器信号接收模块22均与所述控制器处理器23信号连接，所述控制器信号接收模块22接收无人机1无线信号发射模块131发射过来的根据GPS定位模块133定位的无人机1位置信息；所述控制器信号发射模块131向无人机1无线信号接收模块 130发射飞行相关动作的指令，所述无线信号接收模块130将指令传输给无人机 1处理器132，所述无人机1处理器132控制无人机飞行模块14按指令执行飞行相关动作。

进一步地，所述障碍物探测模块134包括红外探测器及/或超声探测器及/ 或雷达探测器。