[发明专利]一种无人机蜂群入室定位系统

说明书

本发明公开了一种无人机蜂群入室定位系统，包括基站型无人机、信标型无人机与蜂群地面控制站。通过本发明的技术方案，能够解决无法提前在作战场景的室内环境下提前部署UWB基站进行室内定位的问题，实现在室内外环境下可以无缝衔接的定位方式切换，提升无人机蜂群入室作战定位能力，为无人机蜂群进行侦察、控制与打击提供精准的位置信息。

技术领域

本发明属于无人机蜂群作战技术领域，尤其涉及一种基于UWB、GPS与惯性导航组合的无人机蜂群入室定位系统。

背景技术

近年来，随着人工智能技术的广泛运用，由大量无人机组成，以机间协同交互能力为支撑，以群体智能为核心的无人机蜂群作战新概念的技战术与装备的研发得到快速发展。在未来城市作战中，可替代战斗人员遂行各种高危险性的作战任务，成为有人作战的重要补充。

在城市作战中，室内作战是重要的作战场景，无人机蜂群需具有入室作战的能力，能够将战场从室外转移到室内。定位技术在无人机蜂群作战中发挥着重要的作用，既能为情报侦查、航线规划、目标打击、态势分析等任务提供战场位置信息，又能为蜂群中无人机飞行控制提供精确、可靠、实时的相对定位信息。

无人机在室外通常采用全球定位系统（Global Positioning System，GPS）进行定位，而在室时，由于信号遮挡，无人机无法接收到GPS信号，需采用室内技术。目前，广泛采用的室内定位技术是惯性导航技术和超宽带（Ultra Wide Band，UWB）定位技术。其中，惯性导航技术利用惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，IMU）提供的角速度和加速度进行积分获得无人机相对初始位置的坐标，这种方式的特点是短时定位精准，但是定位误差累积导致长时误差较大；UWB定位技术根据信标与多个基站的距离进行三维定位，这种方式的特点是定位误差不累积，长时误差稳定。然而，无人机蜂群入室作战是由室外转入室内的连续的过程，因此需要将多种室内外定位技术进行融合，在整个作战过程中为无人机提供连续的精确定位。

公开号为CN109283565A，名称为“基于UWB融合GPS与惯性导航的室内外定位系统及方法”的专利，解决了不能同时满足室内室外使用同一系统进行定位、UWB与GPS之间进行模式切换时难以衔接的问题，利用UWB技术和惯性导航实现目标用户在室内室外不同环境中的动态精确定位及完整数据采集。在这种方法中，UWB基站分系统由若干基站组成，基站固定在室内不同位置，每个独立室内目标区域至少需要固定四个基站用于对进入区域的定位装置进行定位，因此无法应用未提前部署基站的室内区域。

公开号为CN111103611A，名称为“UWB与GPS一体化定位方法及系统”的专利，根据是否搜索到所述UWB基站以及接收到的服务器发送的信息，进行UWB定位、GPS定位、UWB+GPS定位方法的选择及切换，增强了UWB基站部署的灵活性，解决了过渡区域定位偏差大或不能定位，以及通过远程通信模块进行GPS定位数据回传出现的传输成功率低，导致定位卡顿、或没有定位数据的问题。这种方法主要针对使用场景中GPS信号不好的过渡区域，采用UWB进行辅助定位，需要预先分析过渡区域的地址并提前部署UWB基站，同样无法实现在未知区域进行定位。

公开号为CN108089180A，名称为“基于UWB传感器作为轨道信标对GPS和惯性导航系统矫正的悬挂式轨道车的定位方法”的专利，通过在轨道车上安装GPS定位系统、惯性导航系统和UWB定位系统，当GPS信号无效时，通过UWB和惯性导航的定位信息进行加权得到定位结果，当GPS信号有效时，利用粒子滤波器对多种定位方式进行融合，从而克服单一定位方式的不足。在这种方法中，也无法避免需要预先部署UWB基站的前提条件。

综上，现有技术中的室内外融合导航方法，立足于提前部署的UWB进行室内定位和预设的坐标系转换标定，完成室内外定位方式的衔接。然而，在无人机蜂群作战场景下，既无法在室内作战区域提前部署UWB基站，也无法对UWB坐标系和GPS坐标系的融合进行预先设计，因此，现有方法难以满足城市作战动态场景的应用需求。

发明内容