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无人机编队分布式体系结构

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1.1 无人机编队分布式体系结构

1.1.1 单无人机体系结构

单无人机体系结构包含定位感知、控制、规划三个层面。其主要研究如何将各个子模块集成在一体以达到个体的最优。感知层解决“我在哪”的问题,规划层解决“我要去哪”的问题,控制层解决“我要怎么去”的问题。图2.1为单无人机体系的结构图。本文中感知层采用EKF (Extended Kalman Filter)算法进行多传感器数据融合,输入量为IMU(Inertial Measurement Unit)和GPS(Global Position System),经过融合后可以得到更高频更精确的导航数据,包括姿态、速度和位置。在单机体系结构中,地面站仅负责任务的上传和遥测数据的回传。控制层接收地面站的规划航线并将其作为期望轨迹,结合感知层得到的导航数据,经过控制算法处理可以得到四通道的PWM输出,最后发送给执行机构。

姿态IMUEKFGPS速度位置控制算法执行机构任务遥测数据地面站任务规划

图2.1 单无人机体系结构

1.1.2 多无人机分布式体系结构

在分布式体系结构中,各无人机节点通过拓扑网络进行信息交互,将个体间简单的行为规则合理组合在一起形成智能有序的集体。在编队协同飞行阶段,群体内无中心节点,个体的行动是独立的,仅需要知道邻居信息即可以参与行动[39]。图2.2是本文设计的多无人机分布式体系结构图。图中结构可以分为空中端、通信层、地面站三部分。空中端包含各个无人机节点的导航传感器模块、飞行控制系统模块、接收机模块、机载端数传模块等。通信层为各无人机节点实现信息共享的媒介,信息的共享形式会在后面几节中详细介绍。地面端主要是地面控制系统,功能包括上传群体的整体任务和监视群体以及群体中的每个个体的遥测数据,在遇到意外突发情况时,地面站监测人员可以随时介入获得该无人机的操作权,尽最大可能保证无人机编队飞行的安全性。

无人机编队分布式体系结构

1.1无人机编队分布式体系结构1.1.1单无人机体系结构单无人机体系结构包含定位感知、控制、规划三个层面。其主要研究如何将各个子模块集成在一体以达到个体的最优。感知层解决“我在哪”的问题,规划层解决“我要去哪”的问题,控制层解决“我要怎么去”的问题。图2.1为单无人机体系的结构图。本文中感知层采用EKF(ExtendedKalman
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