本發(fā)明涉及的是一種協(xié)同導(dǎo)航領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種基于事件觸發(fā)的多無人機(jī)雙層協(xié)同導(dǎo)航方法。

背景技術(shù)：

1、多無人機(jī)協(xié)同導(dǎo)航是一種利用無人機(jī)之間的相互通信和相對觀測來提升無人機(jī)集群絕對導(dǎo)航性能和無人機(jī)間相對導(dǎo)航性能的技術(shù)。對于一個無人機(jī)集群而言，協(xié)同導(dǎo)航具有若干種不同的信息融合策略，包括完全集中式、完全分布式和多種介于兩者之間的融合策略。對現(xiàn)有文獻(xiàn)分析可知，國內(nèi)外學(xué)者主要針對特定任務(wù)場景和固定信息融合策略下的協(xié)同導(dǎo)航算法開展研究，提出基于濾波的集中式協(xié)同導(dǎo)航、基于濾波的分布式協(xié)同導(dǎo)航等技術(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)的主要問題包括兩點(diǎn)：一，協(xié)同導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航性能不隨導(dǎo)航性能需求的變化而變化，從而可能導(dǎo)致實(shí)際導(dǎo)航性能不滿足導(dǎo)航性能需求，或?qū)е峦ㄐ刨Y源/計(jì)算資源的浪費(fèi)；二，現(xiàn)有的集中式協(xié)同導(dǎo)航方法計(jì)算負(fù)擔(dān)和通信負(fù)載較高，導(dǎo)致無人機(jī)集群的續(xù)航時間縮短。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有協(xié)同導(dǎo)航技術(shù)不能根據(jù)導(dǎo)航性能需求動態(tài)調(diào)整融合策略的問題以及集中式協(xié)同導(dǎo)航方法計(jì)算量/通信量高的問題，提出一種基于事件觸發(fā)的多無人機(jī)雙層協(xié)同導(dǎo)航方法，不僅能夠動態(tài)調(diào)整無人機(jī)集群的融合策略，使得導(dǎo)航性能滿足導(dǎo)航性能需求，同時能夠降低協(xié)同導(dǎo)航的通信負(fù)擔(dān)、計(jì)算復(fù)雜度和系統(tǒng)功耗。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、本發(fā)明涉及一種基于事件觸發(fā)的多無人機(jī)雙層協(xié)同導(dǎo)航方法，當(dāng)無人機(jī)集群中任一無人機(jī)的導(dǎo)航性能不滿足導(dǎo)航性能需求，即導(dǎo)航濾波器輸出的位置誤差協(xié)方差大于等于期望位置誤差協(xié)方差時觸發(fā)兩個層次的信息融合協(xié)同導(dǎo)航步驟，即由無人機(jī)集群中各個從機(jī)發(fā)送本地的衛(wèi)星導(dǎo)航位置數(shù)據(jù)和測距數(shù)據(jù)至無人機(jī)集群中的主機(jī)，由主機(jī)融合衛(wèi)星導(dǎo)航位置和測距數(shù)據(jù)并輸出各個無人機(jī)的位置估計(jì)及其協(xié)方差作為初步協(xié)同導(dǎo)航結(jié)果；然后，無人機(jī)集群中各個無人機(jī)利用本地濾波器的狀態(tài)遞推結(jié)果和初步協(xié)同導(dǎo)航結(jié)果進(jìn)行狀態(tài)更新，獲得最終的協(xié)同導(dǎo)航結(jié)果。

4、所述的兩個層次的信息融合包括：第一層為各個無人機(jī)搭載的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)觀測數(shù)據(jù)與無人機(jī)之間的測距數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，得到初步的協(xié)同導(dǎo)航結(jié)果；第二層為各個無人機(jī)利用第一層信息融合獲得的初步協(xié)同導(dǎo)航結(jié)果與本機(jī)搭載的慣性測量單元數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步融合，得到最終的協(xié)同導(dǎo)航結(jié)果。

5、技術(shù)效果

6、本發(fā)明通過引入事件觸發(fā)機(jī)制和雙層信息融合策略，保證無人機(jī)集群導(dǎo)航性能滿足導(dǎo)航性能需求；有效降低協(xié)同導(dǎo)航系統(tǒng)的計(jì)算復(fù)雜度、通信負(fù)擔(dān)和系統(tǒng)功耗。

技術(shù)特征：

1.一種基于事件觸發(fā)的多無人機(jī)雙層協(xié)同導(dǎo)航方法，其特征在于，當(dāng)無人機(jī)集群中任一無人機(jī)的導(dǎo)航性能不滿足導(dǎo)航性能需求，即導(dǎo)航濾波器輸出的位置誤差協(xié)方差大于等于期望位置誤差協(xié)方差時觸發(fā)兩個層次的信息融合協(xié)同導(dǎo)航步驟，即由無人機(jī)集群中各個從機(jī)發(fā)送本地的衛(wèi)星導(dǎo)航位置數(shù)據(jù)和測距數(shù)據(jù)至無人機(jī)集群中的主機(jī)，由主機(jī)融合衛(wèi)星導(dǎo)航位置和測距數(shù)據(jù)并輸出各個無人機(jī)的位置估計(jì)及其協(xié)方差作為初步協(xié)同導(dǎo)航結(jié)果；然后，無人機(jī)集群中各個無人機(jī)利用本地濾波器的狀態(tài)遞推結(jié)果和初步協(xié)同導(dǎo)航結(jié)果進(jìn)行狀態(tài)更新，獲得最終的協(xié)同導(dǎo)航結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于事件觸發(fā)的多無人機(jī)雙層協(xié)同導(dǎo)航方法，其特征是，所述的兩個層次的信息融合包括：第一層為各個無人機(jī)搭載的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)觀測數(shù)據(jù)與無人機(jī)之間的測距數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，得到初步的協(xié)同導(dǎo)航結(jié)果；第二層為各個無人機(jī)利用第一層信息融合獲得的初步協(xié)同導(dǎo)航結(jié)果與本機(jī)搭載的慣性測量單元數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步融合，得到最終的協(xié)同導(dǎo)航結(jié)果。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于事件觸發(fā)的多無人機(jī)雙層協(xié)同導(dǎo)航方法，其特征是，所述的導(dǎo)航性能需求是指：導(dǎo)航濾波器輸出的位置誤差協(xié)方差小于期望位置誤差協(xié)方差，即當(dāng)導(dǎo)航濾波器輸出的位置誤差協(xié)方差過大時認(rèn)為實(shí)際導(dǎo)航性能不滿足導(dǎo)航性能需求。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的基于事件觸發(fā)的多無人機(jī)雙層協(xié)同導(dǎo)航方法，其特征是，具體包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于事件觸發(fā)的多無人機(jī)雙層協(xié)同導(dǎo)航方法，其特征是，所述的本地濾波器采用誤差狀態(tài)卡爾曼濾波實(shí)現(xiàn)，其狀態(tài)向量其中：δp、δv和δφ依次代表東北天坐標(biāo)系下的慣性導(dǎo)航位置誤差、速度誤差和姿態(tài)誤差；和分別代表加速度計(jì)和陀螺儀的隨機(jī)漂移。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于事件觸發(fā)的多無人機(jī)雙層協(xié)同導(dǎo)航方法，其特征是，所述的滿足導(dǎo)航性能需求是指：當(dāng)其中：creq,k代表期望的位置誤差協(xié)方差。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于事件觸發(fā)的多無人機(jī)雙層協(xié)同導(dǎo)航方法，其特征是，所述的融合，基于加權(quán)最小二乘法實(shí)現(xiàn)，以3架無人機(jī)構(gòu)成的無人機(jī)集群為例，待估計(jì)的狀態(tài)向量x＝[1p；2p；3p]，其中：ip表示第i個無人機(jī)的位置；觀測向量模型采用加權(quán)最小二乘求解x的估計(jì)值實(shí)現(xiàn)融合，其中：表示從無人機(jī)i到無人機(jī)j的單位視線向量；表示無人機(jī)i的衛(wèi)星導(dǎo)航位置數(shù)據(jù)，為對應(yīng)的誤差向量；表示超寬帶測距模塊輸出的無人機(jī)i與無人機(jī)j之間的距離，為對應(yīng)的測距誤差，觀測向量z的誤差協(xié)方差λ。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于事件觸發(fā)的多無人機(jī)雙層協(xié)同導(dǎo)航方法，其特征是，所述的加權(quán)最小二乘法具體包括：

技術(shù)總結(jié)
一種基于事件觸發(fā)的多無人機(jī)雙層協(xié)同導(dǎo)航方法，當(dāng)無人機(jī)集群中任一無人機(jī)的導(dǎo)航性能不滿足導(dǎo)航性能需求時觸發(fā)兩個層次的信息融合協(xié)同導(dǎo)航步驟，即由無人機(jī)集群中各個從機(jī)發(fā)送本地的衛(wèi)星導(dǎo)航位置數(shù)據(jù)和測距數(shù)據(jù)至無人機(jī)集群中的主機(jī)，由主機(jī)融合衛(wèi)星導(dǎo)航位置和測距數(shù)據(jù)并輸出各個無人機(jī)的位置估計(jì)及其協(xié)方差作為初步協(xié)同導(dǎo)航結(jié)果；然后，無人機(jī)集群中各個無人機(jī)利用本地濾波器的狀態(tài)遞推結(jié)果和初步協(xié)同導(dǎo)航結(jié)果進(jìn)行狀態(tài)更新，獲得最終的協(xié)同導(dǎo)航結(jié)果。本發(fā)明不僅能夠動態(tài)調(diào)整無人機(jī)集群的融合策略，使得導(dǎo)航性能滿足導(dǎo)航性能需求，同時能夠降低協(xié)同導(dǎo)航的通信負(fù)擔(dān)、計(jì)算復(fù)雜度和系統(tǒng)功耗。

技術(shù)研發(fā)人員：戰(zhàn)興群,王士壯,張梓豪,寧宸章
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19