[发明专利]多无人机协同着陆方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信和智能控制技术领域，特别涉及一种多无人机协同着陆方法。

背景技术

无人机因其低成本、高机动和“零人员伤亡”等一系列特点，在军事和民用等领域得到了广泛应用。单个无人机在执行战场监视和侦察、灾难场景搜救等任务时，面临着任务区域范围大、环境复杂、感知能力有限、单节点故障等不利因素而造成任务失败，从而促进了“以平台为中心”的传统作战模式向“以网络为中心”的多无人机协同作战模式的转变。通过多无人机环境感知能力、计算处理能力等资源的共享来扩展任务执行能力，提高任务执行成功的概率。美国空军科学顾问委员会也十分明确地指出：“未来的无人机应当以成群的方式工作而不是单独行动”。

在多无人机的协同控制方面，典型研究包括多无人机协同侦察、协同搜索、协作目标跟踪以及协同定位、着陆等。相关研究中最具代表性的是美国国防部高级研究计划局（DARPA）主导的自治编队混合主动控制、广域弹药搜索以及无人作战飞机联合系统等，主要目标均为提高多无人机集群的自主协同控制能力。此外，国外著名高校和研究机构如麻省理工学院、加州伯克利大学以及Honeywell技术中心等，分别对协同任务规划、协同路径规划、混合主动控制以及自主编队控制问题进行了深入研究。

从2001年开始，由包括麻省理工学院、科内尔大学、加州理工大学和加州大学洛杉矶分校四所大学联合发起了“复杂环境下分布式自主平台协同控制研究项目”，提出未来大规模网络化环境下，自主多无人机的分布式协同控制将面临无中心信息处理、无中心决策、受限通信、大规模平台、不确定性环境和突发敌对威胁等挑战。其目标是研究分布式协同控制和决策方法，克服上述挑战，实现多UAV系统复杂、自适应和灵活的行为。现有相关工作大多针对多无人机协同控制的理论框架和算法开展研究，针对多无人机协同的具体问题，如多无人机协同目标跟踪、协同目标搜索、协同着陆等未出现切实可行的技术方案。一方面，现有研究大多着眼于利用地面控制站汇总并处理多个无人机传感器采集的信息，不适用于复杂条件下的多无人机自主协同；另一方面，针对多无人机组网场景下的传感器信息共享以及协同控制方法也鲜有文献涉及。

发明内容

本发明的一个目的在于提出一种适应性强、可扩展性好的多无人机协同着陆方法。

根据本发明实施例的多无人机协同着陆方法包括以下步骤：为多个所述无人机建立Ad Hoc通信网络；各个所述无人机利用机载传感器搜索自身位置和着陆地标，并基于所述Ad Hoc通信网络采用广播的方式向其他所述无人机发送数据包，所述数据包包括位置信息及状态信息；各个所述无人机接收邻居无人机的所述数据包，并根据所述无人机自身和邻居无人机的所述数据包，计算自身与所述着陆地标及所述邻居无人机的相对距离和相对角度；构建环境空间势场，根据所述无人机自身与所述着陆地标的相对距离和相对角度计算着陆地标的吸引力F_att，和根据所述无人机自身与所述邻居无人机的相对距离和相对角度计算所述邻居无人机间的排斥力F_rep，计算势场合力F=F_att+F_rep，建立运动学模型并确定所述无人机的运动轨迹。

在本发明的一个实施例中，所述数据包的内容包括{U_ID，x_i，y_i，z_i，U_land，x_l，y_l，z_l，U_state}，其中，U_ID为表示无人机i的ID；x_i为无人机i的x坐标；y_i为无人机i的y坐标；z_i为无人机i的z坐标；U_land为无人机i是否搜索到着陆地标，0表示已搜索到，1表示未搜索到；x_l为着陆地标的x坐标；y_l为着陆地标的y坐标；z_l为着陆地标的z坐标；U_state为无人机i的状态，0表示已着陆，1表示未着陆。

在本发明的一个实施例中，所述步骤B还包括：当所述无人机首次捕捉到所述着陆地标时，采用广播方式发出着陆地标的位置信息；其余所述无人机收到所述着陆地标的位置信息后，再次搜索到所述着陆地标时，采用广播方式发出确认着陆地标的消息。