装载单目鱼眼镜头的小型无人机覆盖控制系统及控制方法转让专利
申请号 : CN202010040600.6
文献号 : CN111240358B
文献日 : 2021-06-25
发明人 : 柯天成 , 李晓丽 , 董鑫 , 左伟 , 宋奇奇
申请人 : 东华大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种装载单目鱼眼镜头的小型无人机覆盖控制系统,其特征在于,包括获取信息设备、覆盖控制器以及控制飞行的控制系统、微型处理器和电源;所述微型处理器中设有动态分析程序;所述微型处理器与覆盖控制器以及控制飞行的控制系统连接;所述获取信息设备与微型处理器连接;所述电源与获取信息设备和微型处理器连接;所述的获取信息设备设为鱼眼镜头;根据鱼眼镜头的覆盖特点,求出鱼眼镜头覆盖范围满足下面这个不等式:其中,xi,yi,xj,yj,θj分别为无人机i,j的位置信息与角度信息,dij为两者之间的距离,Rs为其最大通信距离,α为盲区角,f(xi,yi,xj,yj,θj)为:本覆盖模型为均匀覆盖模型,分为覆盖范围内和覆盖范围外;根据覆盖模型划为通信范围内和通信范围外,整体要求具有连通性,需要形成连通拓扑图,每个无人机通过其周边无人机与其他无人机进行通信。
2.一种装载单目鱼眼镜头的小型无人机覆盖控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:每个无人机都会随机产生一个不重复数字,对无人机的控制没有次序之分,是整体分布式自部署控制;每一步控制之后,无人机飞行方向保持一致;
步骤2:在k步的执行之前,需要根据算法 找到每个无人机的核心邻居,根据核心邻居及自身所在位置确定k+1步的位置;根据无障碍空间、运动范围、核心邻居及自身所在位置,确定可行域 通过所设计的控制器,使每个无人机与其核心邻居分离,在可行域达到最远距离;
其中算法 包括以下步骤:
步骤2.1:根据上面所提出的模型,找到每个无人机所对应的邻居无人机;
步骤2.2:判断每个无人机的邻居无人机是否为其核心邻居无人机,若为其核心邻居无人机要满足以下条件:
条件1:核心邻居无人机一定是邻居无人机;
条件2:若邻居无人机唯一那么其就是核心邻居无人机;若邻居无人机不唯一的情况下要判断无人机j是否为无人机i的核心邻居,需要依靠另一个无人机h满足以下条件;条件
2.1:无人机i、j、h互为邻居;条件2.2:无人机i、j之间的距离在i、j、h三者之间的距离之中不是最小的;
在无人机i、j之间的距离在三者之间的距离之中不是最小的情况下,无人机i、j之间的距离与无人机i、h之间的距离相等,则比较h,j之间的标号;假定每个无人机都有其独一无二的标号num=[1,2,...,n],jnum>hnum;
同样的,如果无人机i、j之间的距离在三者距离之中不是最小的情况下,无人机h、j之间的距离与无人机i、h之间的距离相等,jnum>inum;当不存在符合2.1、2.2条件的无人机h时,就可认为无人机j为无人机i的核心邻居;
步骤3:经过k步控制之后,检测无人机i(i∈G)与核心邻居j满足条件:条件1:Rs‑ε
步骤4:若不满足以上两个条件,则表示没有达到控制目标,重新执行步骤2。
说明书 :
装载单目鱼眼镜头的小型无人机覆盖控制系统及控制方法
技术领域
背景技术
人机问世。例如,大疆公司的Mavic 2 pro,可以达到8公里的控制距离,支持1080p高清图
传,抗干扰能力强,续航里程长等特点。这些无人机在摄影、军事、农业生产、交通运输等方
面都发挥了举足轻重的作用,随着技术越来越成熟,应用的场景也会增加,无人机技术在我
们的生活中会扮演重要的角色。
的控制复杂很多,因为无人机群的控制是对于整个群体而言的,所以无人机群的协同控制
就显得非常重要,一些分布式控制方法的提出,让无人机群实现目标函数有了更快,更有效
的方法。
载重,所以针对无人机使用越少的部件,实现更多的功能就尤其重要。为了减轻载重量,很
多无人机上只装载了单目鱼眼镜头来完成相关的任务。
度,由于此独特的特点,所以装上鱼眼镜头的小型无人机能够获取更多的图像信息,进而为
分布式控制提供更多的输入信号。
的几十年中,关于传感器覆盖率的各个方面的报道很多,包括面向任务的覆盖率建模,使用
集中式方法或分布式方法进行覆盖率优化等。应当指出的是,大多数现有方法都集中在各
向同性传感器网络上,但是关于覆盖范围的研究,定向传感器网络还远远没有成熟。目前基
于鱼眼镜头的传感器设备覆盖控制问题,更是鲜有研究。目前也没有一套完整的控制鱼眼
镜头形成覆盖的策略,如何利用鱼眼镜头的特点,在保持更快更好的通信的前提下,形成最
大的覆盖面积,是本技术领域需要解决的技术问题。
发明内容
飞行的控制系统、微型处理器和电源;所述微型处理器中设有动态分析程序;所述微型处理
器与覆盖控制器以及控制飞行的控制系统连接;所述获取信息设备与微型处理器连接;所
述电源与获取信息设备和微型处理器连接。
周边无人机与其他无人机进行通信。
身所在位置,确定可行域 通过所设计的控制器,使每个无人机与其核心邻居分离,在可
行域 达到最远距离;
件2.1:无人机i、j、h互为邻居;条件2.2:无人机i、j之间的距离在i、j、h三者之间的距离之
中不是最小的;
其独一无二的标号num=[1,2,...,n]),jnum>hnum;
时,就可认为无人机j为无人机i的核心邻居。
费。
经完善的前提。也就是说,装载单目鱼眼镜头的小型无人机能够对对鱼眼镜头中图像进行
矫正,并获取其邻居的相对坐标位置,再由坐标转化到统一系统坐标系下,获得自身坐标位
置。通过本发明的覆盖控制方法,无人机飞控系统发出指令,生成PWM控制电机和舵机使其
飞到期望位置。
较高,需要能与鱼眼镜头连接,处理速度快,支持硬件浮点运算。
度考虑,考虑其最佳覆盖范围和连接保留之间的权衡,来描述所需的组连接覆盖范围配置。
此外,根据连接的覆盖范围配置定义核心结构。核心结构是通信拓扑的一种特殊的子图,在
实现连接的覆盖配置期间,保留其中的无人机存在通信。其次,通过分布式算法来计算通信
拓扑的子结构,相连的边缘保持了通信拓扑的连通性。此外,此子结构非常稀疏,并为无人
机提供了足够的自由度以实现连接的覆盖范围配置。因此,获得的子结构可以用作该组的
核心结构。对于核心结构的分布式构造,所提出的算法是可自行的选择,并非唯一。接下来,
为每个无人机开发一种分布式自部署算法,以实现连接的覆盖目标。在每个周期中,以分布
式、实时方式计算当前通信拓扑的核心结构。每个无人机都被引导远离其通信邻居,同时其
后续位置被限制在其可行运动区域的内部。这样可以保证所有连接边缘的同时,也达到了
覆盖面积更大的效果。
附图说明
具体实施方式
器中设有动态分析程序;微型处理器与覆盖控制器以及控制飞行的控制系统连接;获取信
息设备与微型处理器连接;电源与获取信息设备和微型处理器连接;获取信息设备设为鱼
眼镜头。
周边无人机与其他无人机进行通信。
所在位置,确定可行域 通过所设计的控制器,使每个无人机与其核心邻居分离,在可行
域 达到最远距离;
件2.1:无人机i、j、h互为邻居;条件2.2:无人机i、j之间的距离在i、j、h三者之间的距离之
中不是最小的;
其独一无二的标号num=[1,2,...,n]),jnum>hnum;
时,就可认为无人机j为无人机i的核心邻居。
yi]代表无人机i的坐标位置,每个无人机会根据本发明的控制算法,做如下的离散运动:
要确定在什么情况下,无人机j是属于无人机i的邻居。如图4所示,根据所提出算法的F(Ni)
来寻找邻居无人机j,F(Ni)如下:
盖控制,达到最大的覆盖面积,但必须说明的是,在每一步的控制算法之后,都必须保持“通
信”畅通,拓扑图G必须有连通性。
然后扩散开。那么如何确定核心结构 本发明提供了一种算法 来找寻其核心结构
中的 关于此算法 描述如下:
寻找其核心邻居
{wij,wih,wjh},其中, 或者在wij≠min{wij,wih,wjh}的条件下,若wij=wih,比
较h,j之间的标号,本文假定每个无人机都有其独一无二的标号num=[1,2,...,n],jnum>
hnum。同样的,或者在wij≠min{wij,wih,wjh}的条件下,若wjh=wih,jnum>inum。其周围找不到满
足(1)、(2)条件的无人机h,那么就说明,无人机j是无人机i的核心邻居,
圆,用 来表示。通信的最大区域 相比前面两个来说,这个区域 的表达较为复
杂。如图5所示:
点,方向同无人机飞行方向顺、逆时针各选择α角(α为盲角角度)画延长线,取延长线与圆的
交点,连接交点和圆心,延长至与圆相交。如图4阴影部分所示,Ωi,Ωj就是无人机i,j的保
持“通信”的区域。所以对于无人机i来说,其通信最大的区域 其中h
是核心邻居中有i的无人机。
范围。同时由于此鱼眼镜头的覆盖模型存在一定的控制难度,所以要求增加一个角度的修
正量 控制结束之后要求所有无人机达到最初的飞行方向。
改进和补充,这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员,在不
脱离本发明的精神和范围的情况下,当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、
修饰与演变的等同变化,均为本发明的等效实施例;同时,凡依据本发明的实质技术对上述
实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变,均仍属于本发明的技术方案的范围内。