本發(fā)明涉及分布式信息融合領(lǐng)域，特別是一種基于無人機(jī)分布式感知的三維態(tài)勢(shì)融合方法。

背景技術(shù)：

1、隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，其在軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測(cè)、災(zāi)害救援等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。然而，單一無人機(jī)的感知能力有限，難以全面獲取復(fù)雜環(huán)境中的詳細(xì)信息。為此，分布式無人機(jī)感知系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，通過多架無人機(jī)協(xié)同作業(yè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的全面感知和信息共享。

2、傳統(tǒng)的無人機(jī)感知系統(tǒng)主要依賴單一傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，存在信息獲取不全面、處理效率低等問題。此外，無人機(jī)在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，往往需要實(shí)時(shí)更新環(huán)境信息，以確保飛行安全和任務(wù)執(zhí)行的準(zhǔn)確性?，F(xiàn)有的技術(shù)在數(shù)據(jù)融合和態(tài)勢(shì)感知方面存在一定的局限性，尤其是在多無人機(jī)協(xié)同作業(yè)時(shí)，如何高效、準(zhǔn)確地進(jìn)行信息融合和態(tài)勢(shì)感知，是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出一種基于無人機(jī)分布式感知的三維態(tài)勢(shì)融合方法，其特征在于，在針對(duì)無人機(jī)的俯視圖所構(gòu)建的直角坐標(biāo)系中，假設(shè)對(duì)于第k架無人機(jī)uk，此時(shí)無人機(jī)所處的位置信息為無人機(jī)在當(dāng)前位置所感知到的環(huán)境信息為如式(1)所示，為二維柵格信息與在此基礎(chǔ)之上的柵格高程信息

2、

3、對(duì)于任意的柵格坐標(biāo)總存在該柵格點(diǎn)上的高程信息使得三維柵格地圖完整，即：

4、

5、則無人機(jī)在t時(shí)刻處于當(dāng)前空間位置所獲取到的三維柵格環(huán)境信息為：

6、

7、所述方法具體包括如下步驟：

8、步驟一：獨(dú)立式數(shù)據(jù)獲??；

9、無人機(jī)獨(dú)立式數(shù)據(jù)獲取的感知控制模型為：第k架無人機(jī)uk獲得當(dāng)前無人機(jī)的空間位置信息并感知到環(huán)境信息，包括環(huán)境的二維柵格信息和三維高程信息將無人機(jī)uk獨(dú)立獲取到的環(huán)境數(shù)據(jù)結(jié)合自身位置信息，得到三維柵格環(huán)境信息為并將其反饋到無人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)中；

10、無人機(jī)通過環(huán)境感知傳感器獲得環(huán)境中的三維地形信息，并將其轉(zhuǎn)化為二維的柵格信息與三維的高程信息；通過機(jī)載的狀態(tài)信息感知器獲得無人機(jī)的狀態(tài)信息，給飛行控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋；在二維柵格信息、三維高程信息、無人機(jī)實(shí)時(shí)狀態(tài)反饋的共同閉環(huán)反饋?zhàn)饔孟?，飛行控制系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際情況輸出控制信號(hào)，控制無人機(jī)的飛行；

11、步驟二：共享式數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)；

12、對(duì)一號(hào)無人機(jī)1與二號(hào)無人機(jī)2所感知到的三維信息進(jìn)行特征提取，在三維特征信息的基礎(chǔ)之上，將分布式的兩架無人機(jī)通過l窗口進(jìn)行滑動(dòng)匹配，進(jìn)行三維特征點(diǎn)相似度的計(jì)算，選擇最高的相似度進(jìn)行三維態(tài)勢(shì)的融合，形成全局的三維地形態(tài)勢(shì)以供分布式無人機(jī)最優(yōu)化執(zhí)行后續(xù)任務(wù)；

13、假設(shè)一號(hào)無人機(jī)1與二號(hào)無人機(jī)2分別標(biāo)注為u1和u2，兩架無人機(jī)在t時(shí)刻所獲取到的三維柵格環(huán)境信息分別為和在三維柵格信息中獲得特征點(diǎn)分別為和

14、

15、其中：(xq1,yq1),(xq2,yq2),(xq3,yq3),…,(xqn,yqn)和(xp1,yp1),(xp2,yp2),(xp3,yp3),…,(xqm,yqm)分別為三維特征點(diǎn)在二維坐標(biāo)中的橫縱坐標(biāo)；

16、步驟三：分布式數(shù)據(jù)匹配；

17、設(shè)定滑動(dòng)窗口lu1和lu2分別為和中的獨(dú)立滑動(dòng)窗口，經(jīng)過如式(4)的特征信息提取過程，量化計(jì)算特征點(diǎn)的相似度值，具體方法如下：定義在窗口之內(nèi)視覺信息和之間的相似度為：

18、

19、其中：和分別表示在lu1和滑動(dòng)窗口大小的基礎(chǔ)上，對(duì)特征點(diǎn)信息和進(jìn)行的特征點(diǎn)范圍框選計(jì)算，

20、為任意符號(hào)，為存在符號(hào)，和表示滿足上述條件的特征點(diǎn)，其中丨表示前者是基于后者；和為滑動(dòng)窗口相似度計(jì)算函數(shù)，是當(dāng)遍歷無人機(jī)感知處理后的特征信息和后，在滑動(dòng)窗口lu1和lu2大小的基礎(chǔ)上所得到的相似度值；計(jì)算方法如下：

21、

22、

23、其中：i和j分別表示柵格坐標(biāo)的橫向柵格增量和縱向柵格增量，與為滑動(dòng)窗口的質(zhì)心橫坐標(biāo)與質(zhì)心縱坐標(biāo)；

24、將滑動(dòng)窗口lu1和lu2分別在各自的視覺特征信息進(jìn)行遍歷，通過計(jì)算兩者之間差異的最小值，得到最優(yōu)融合拼接區(qū)域：

25、

26、將值與相似度閾值比較，若大于相似度閾值，則認(rèn)為窗口之內(nèi)視覺信息和相似；

27、步驟四：交聯(lián)式態(tài)勢(shì)融合；

28、在滑動(dòng)窗口lu1和lu2的基礎(chǔ)上，經(jīng)過三維特征點(diǎn)相似度計(jì)算之后，根據(jù)特征點(diǎn)信息，將兩架無人機(jī)的感知信息和進(jìn)行態(tài)勢(shì)融合，其中和分別為兩架無人機(jī)在視覺范圍內(nèi)所感知到的周邊環(huán)境信息，得到融合后的三維態(tài)勢(shì)信息ξ(u1,u2)：

29、

30、其中：為取并集函數(shù)，表示對(duì)于無人機(jī)特征點(diǎn)信息和進(jìn)行的并集運(yùn)算。

31、在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的步驟三中，相似度閾值為0.75。

32、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，假設(shè)環(huán)境中存在分布式的無人機(jī)共有n架，步驟四中，采用式(11)的數(shù)據(jù)融合的方法，得到分布式無人機(jī)對(duì)于環(huán)境信息的三維整體態(tài)勢(shì)融合信息：

33、

34、本發(fā)明通過無人機(jī)機(jī)載傳感器獲取環(huán)境信息，利用特征提取和滑動(dòng)窗口匹配算法，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)之間的信息共享和態(tài)勢(shì)融合。該方法不僅能夠提高信息獲取的全面性和準(zhǔn)確性，還能夠優(yōu)化無人機(jī)的飛行控制和任務(wù)執(zhí)行，具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的發(fā)展前景。

技術(shù)特征：

1.一種基于無人機(jī)分布式感知的三維態(tài)勢(shì)融合方法，其特征在于，在針對(duì)無人機(jī)的俯視圖所構(gòu)建的直角坐標(biāo)系中，假設(shè)對(duì)于第k架無人機(jī)uk，此時(shí)無人機(jī)所處的位置信息為無人機(jī)在當(dāng)前位置所感知到的環(huán)境信息為如式(1)所示，為二維柵格信息與在此基礎(chǔ)之上的柵格高程信息

2.如權(quán)利要求1所述的基于無人機(jī)分布式感知的三維態(tài)勢(shì)融合方法，其特征在于，步驟三中，相似度閾值為0.75。

3.如權(quán)利要求1所述的基于無人機(jī)分布式感知的三維態(tài)勢(shì)融合方法，其特征在于，假設(shè)環(huán)境中存在分布式的無人機(jī)共有n架，步驟四中，采用式(11)的數(shù)據(jù)融合的方法，得到分布式無人機(jī)對(duì)于環(huán)境信息的三維整體態(tài)勢(shì)融合信息：

技術(shù)總結(jié)
公開一種基于無人機(jī)分布式感知的三維態(tài)勢(shì)融合方法，包括以下步驟：獨(dú)立式數(shù)據(jù)獲?。还蚕硎綌?shù)據(jù)關(guān)聯(lián)；分布式數(shù)據(jù)配準(zhǔn)；交聯(lián)式態(tài)勢(shì)融合。本發(fā)明通過無人機(jī)利用機(jī)載傳感器獲取環(huán)境信息，結(jié)合二維柵格信息和三維高程信息，構(gòu)建三維環(huán)境地圖；無人機(jī)通過特征提取和滑動(dòng)窗口匹配算法，實(shí)現(xiàn)三維特征點(diǎn)的相似度計(jì)算和態(tài)勢(shì)融合。本發(fā)明對(duì)無人機(jī)的飛行控制進(jìn)行優(yōu)化，提高了飛行安全性和任務(wù)執(zhí)行效率。

技術(shù)研發(fā)人員：趙曉林,何利,張啟瑞,趙搏欣,吳夢(mèng)瑤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國人民解放軍空軍工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19