(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 108762299 A(43)申请公布日 2018.11.06
(21)申请号 201810543094.5(22)申请日 2018.05.30
(71)申请人 上海交通大学
地址 200240 上海市闵行区东川路800号(72)发明人 王红雨 乔文超 汪梁 尹午荣
胡江颢 (74)专利代理机构 上海恒慧知识产权代理事务
所(特殊普通合伙) 31317
代理人 徐红银(51)Int.Cl.
G05D 1/10(2006.01)
权利要求书2页 说明书5页 附图1页
(54)发明名称
一种无人机编队方法及编队系统
(57)摘要
本发明公开了一种无人机编队方法及编队系统，该方法包括：地面站根据预期的编队飞行任务，离线为无人机设计飞行轨迹，生成路径文件，并上传至无人机；地面站发送起飞指令，无人机接收起飞指令，飞至起飞地点，将起飞完成时间记为编队时间的零时刻，并根据路径文件进行编队，路径文件包括多个航点，每个航点包括目标位置以及以零时刻为基准设定的预设到达时间；根据每个航点的预设到达时间，确定两个航点之间的飞行速度，并以此飞行速度朝当前航点飞行。该系统包括：地面站、通讯模块及无人机。本发明的无人机编队方法及编队系统，采用离线的方式进行无人机编队，无飞机与飞机之间的通讯，不易受通讯干扰，响应速度快，编队协同性好。
CN 108762299 ACN 108762299 A
权 利 要 求 书
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1.一种无人机编队方法，其特征在于，包括：S11：地面站根据预期的编队飞行任务，离线为无人机设计飞行轨迹，生成路径文件，并上传至所述无人机；
S12：所述地面站发送起飞指令，以使所述无人机接收所述起飞指令，飞至起飞地点，将起飞完成时间记为编队时间的零时刻，并根据所述路径文件进行编队，所述路径文件包括多个航点，每个航点包括目标位置以及以零时刻为基准设定的预设到达时间；
S13：根据每个航点的预设到达时间，由公式：
确定两个航点之间的飞
行速度，并以此飞行速度朝当前航点飞行；
其中，v为飞行速度，lcurr_sp为当前航点的目标位置，lprev_sp为前一航点的目标位置，tcurr_sp为当前航点的预设到达时间tprev_sp为前一航点的预设到达时间。
2.根据权利要求1所述的无人机编队方法，其特征在于，所述步骤S13还包括：当到达某一航点的目标位置的时间晚于预设到达时间时，对飞往下一航点的飞行速度进行调节，此时飞行速度公式变为：
其中，v为飞行速度，lcurr_sp为当前航点的目标位置，lprev_sp为前一航点的目标位置，tcurr_sp为当前航点的预设到达时间，tprev_sp为前一航点的预设到达时间，Δt为到达时间与预设到达时间的时间差。
3.根据权利要求1所述的无人机编队方法，其特征在于，所述步骤S13还包括：当到达某一航点的目标位置的时间早于预设到达时间时，在该目标位置悬停至预设到达时间再飞往下一航点。
4.一种无人机编队方法，其特征在于，包括：S21：无人机接收地面站根据预期的编队飞行任务，离线为无人机设计的飞行轨迹所生成的路径文件；
S22：所述无人机接收所述地面发送的起飞指令，飞至起飞地点，将起飞完成时间记为编队时间的零时刻；
S23：所述无人机根据所述路径文件进行编队，所述路径文件包括多个航点，每个航点包括目标位置以及以零时刻为基准设定的预设到达时间；
S24：根据每个航点的预设到达时间，由公式：
确定两个航点之间的飞
行速度，并以此飞行速度朝当前航点飞行；其中，v为飞行速度，lcurr_sp为当前航点的目标位置，lprev_sp为前一航点的目标位置，tcurr_sp为当前航点的预设到达时间tprev_sp为前一航点的预设到达时间。
5.根据权利要求4所述的无人机编队方法，其特征在于，所述步骤S23还包括：当到达某一航点的目标位置的时间晚于预设到达时间时，对飞往下一航点的飞行速度进行调节，此时飞行速度公式变为：
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权 利 要 求 书
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其中，v为飞行速度，lcurr_sp为当前航点的目标位置，lprev_sp为前一航点的目标位置，tcurr_sp为当前航点的预设到达时间，tprev_sp为前一航点的预设到达时间，Δt为到达时间与预设到达时间的时间差。
6.根据权利要求4所述的无人机编队方法，其特征在于，所述步骤S23还包括：当到达某一航点的目标位置的时间早于预设到达时间时，在该目标位置悬停至预设到达时间再飞往下一航点。
7.一种无人机编队系统，其特征在于，包括：地面站、通讯模块以及无人机；其中，所述地面站用于根据预期的编队飞行任务，离线为所述无人机设计飞行轨迹，生成路径文件，并通过所述通讯模块上传至所述无人机；还用于向所述无人机发送起飞指令；
其中，v为飞行速度，lcurr_sp为当前航点的目标位置，lprev_sp为前一航点的目标位置，tcurr_sp为当前航点的预设到达时间tprev_sp为前一航点的预设到达时间；
所述通讯模块用于将所述地面站生成的路径文件上传至所述无人机，还用于将所述地面站的起飞指令发送给所述无人机；
所述无人机用于接收所述起飞指令，飞至起飞地点，将起飞完成时间记为编队时间的零时刻，并根据所述路径文件进行编队，所述路径文件包括多个航点，每个航点包括目标位置以及以零时刻为基准设定的预设到达时间；根据每个航点的预设到达时间，由公式：
确定两个航点之间的飞行速度，并以此飞行速度朝当前航点飞行。
8.根据权利要求7所述的无人机编队系统，其特征在于，所述无人机还用于当到达某一航点的目标位置的时间晚于预设到达时间时，对飞往下一航点的飞行速度进行调节，此时飞行速度公式变为：
其中，v为飞行速度，lcurr_sp为当前航点的目标位置，lprev_sp为前一航点的目标位置，tcurr_sp为当前航点的预设到达时间，tprev_sp为前一航点的预设到达时间，Δt为到达时间与预设到达时间的时间差。
9.根据权利要求7所述的无人机编队系统，其特征在于，所述无人机还用于当到达某一航点的目标位置的时间早于预设到达时间时，在该目标位置悬停至预设到达时间再飞往下一航点。
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说 明 书
一种无人机编队方法及编队系统
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技术领域
[0001]本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种无人机编队方法及编队系统。背景技术
[0002]无人机编队飞行是各国军队和科研工作者一直以来就追求的技术。其关键技术问题，主要包括队形设计、气动耦合、队形的动态调整、航迹规划、信息互换以及编队飞行控制策略等问题，目前正是各个无人机研发强国的研究热点。[0003]现已存的有关无人机编队的发明大多是分为长机、僚机，通过地面站与长机进行通信，长机与僚机进行通信，如申请号为：201610256940.6的中国专利公开了一种无人机编队管理方法及无人机控制系统。[0004]另一种是实时发送控制位置的方案，如申请号为：201410577358.0的中国专利公开了一种动态环境下无人机编队飞行的协同航迹智能规划方法。[0005]上述两种方案都存在地面站与飞机之间、飞机与飞机之间通讯容易受干扰等问题。
发明内容
[0006]本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种无人机编队方法及编队系统，采用离线的方式进行无人机编队，无飞机与飞机之间的通讯，不易受通讯干扰，响应速度快，编队协同性好。
[0007]为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：[0008]本发明提供一种无人机编队方法，其包括：[0009]S11：地面站根据预期的编队飞行任务，离线为无人机设计飞行轨迹，生成路径文件，并上传至所述无人机；[0010]S12：所述地面站发送起飞指令，以使所述无人机接收所述起飞指令，飞至起飞地点，将起飞完成时间记为编队时间的零时刻，并根据所述路径文件进行编队，所述路径文件包括多个航点，每个航点包括目标位置以及以零时刻为基准设定的预设到达时间；
[0011]
S13：根据每个航点的预设到达时间，由公式：确定两个航点之间
的飞行速度，并以此飞行速度朝当前航点飞行；[0012]其中，v为飞行速度，lcurr_sp为当前航点的目标位置，lprev_sp为前一航点的目标位置，tcurr_sp为当前航点的预设到达时间tprev_sp为前一航点的预设到达时间。[0013]较佳地，所述步骤S13还包括：当到达某一航点的目标位置的时间晚于预设到达时间时，对飞往下一航点的飞行速度进行调节，此时飞行速度公式变为：
[0014]
其中，v为飞行速度，lcurr_sp为当前航点的目标位置，lprev_sp为前一航点的目标位置，tcurr_sp为当前航点的预设到达时间，tprev_sp为前一航点的预设到达时间，Δt为到达时间
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说 明 书
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与预设到达时间的时间差。[0015]较佳地，所述步骤S13还包括：当到达某一航点的目标位置的时间早于预设到达时间时，在该目标位置悬停至预设到达时间再飞往下一航点。[0016]本发明还提供另一种无人机编队方法，其包括：[0017]S21：无人机接收地面站根据预期的编队飞行任务，离线为无人机设计的飞行轨迹所生成的路径文件；[0018]S22：所述无人机接收所述地面发送的起飞指令，飞至起飞地点，将起飞完成时间记为编队时间的零时刻；[0019]S23：所述无人机根据所述路径文件进行编队，所述路径文件包括多个航点，每个航点包括目标位置以及以零时刻为基准设定的预设到达时间；
[0020]
S24：根据每个航点的预设到达时间，由公式：确定两个航点之间
的飞行速度，并以此飞行速度朝当前航点飞行；
[0021]其中，v为飞行速度，lcurr_sp为当前航点的目标位置，lprev_sp为前一航点的目标位置，tcurr_sp为当前航点的预设到达时间tprev_sp为前一航点的预设到达时间。[0022]较佳地，所述步骤S23还包括：当到达某一航点的目标位置的时间晚于预设到达时间时，对飞往下一航点的飞行速度进行调节，此时飞行速度公式变为：
[0023]
其中，v为飞行速度，lcurr_sp为当前航点的目标位置，lprev_sp为前一航点的目标位置，tcurr_sp为当前航点的预设到达时间，tprev_sp为前一航点的预设到达时间，Δt为到达时间与预设到达时间的时间差。[0025]较佳地，所述步骤S23还包括：当到达某一航点的目标位置的时间早于预设到达时间时，在该目标位置悬停至预设到达时间再飞往下一航点。[0026]本发明还提供一种无人机编队系统，其包括：地面站、通讯模块以及无人机；其中，[0027]所述地面站用于根据预期的编队飞行任务，离线为所述无人机设计飞行轨迹，生成路径文件，并通过所述通讯模块上传至所述无人机；还用于向所述无人机发送起飞指令；[0028]其中，v为飞行速度，lcurr_sp为当前航点的目标位置，lprev_sp为前一航点的目标位置，tcurr_sp为当前航点的预设到达时间tprev_sp为前一航点的预设到达时间；
[0029]所述通讯模块用于将所述地面站生成的路径文件上传至所述无人机，还用于将所述地面站的起飞指令发送给所述无人机；
[0030]所述无人机用于接收所述起飞指令，飞至起飞地点，将起飞完成时间记为编队时间的零时刻，并根据所述路径文件进行编队，所述路径文件包括多个航点，每个航点包括目标位置以及以零时刻为基准设定的预设到达时间；根据每个航点的预设到达时间，由公式：
确定两个航点之间的飞行速度，并以此飞行速度朝当前航点飞行。
较佳地，所述无人机还用于当到达某一航点的目标位置的时间晚于预设到达时间时，对飞往下一航点的飞行速度进行调节，此时飞行速度公式变为：
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[0031]
[0024]
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其中，v为飞行速度，lcurr_sp为当前航点的目标位置，lprev_sp为前一航点的目标位
置，tcurr_sp为当前航点的预设到达时间，tprev_sp为前一航点的预设到达时间，Δt为到达时间与预设到达时间的时间差。[0034]较佳地，所述无人机还用于当到达某一航点的目标位置的时间早于预设到达时间时，在该目标位置悬停至预设到达时间再飞往下一航点。[0035]相较于现有技术，本发明具有以下优点：[0036](1)本发明的无人机编队方法及编队系统，采用离线的方式进行无人机编队，无人机不分长机、僚机，地面站可以与每架无人机进行通讯，无飞机与飞机之间的通讯，不易受通讯干扰，响应速度快，编队协同性好。[0037](2)本发明的无人机编队方法及编队系统，当到达某一航点的目标位置的时间晚于预设到达时间时，对飞往下一航点的飞行速度进行调节，保证了航点时间的准确性；[0038](3)本发明的无人机编队方法及编队系统，当到达某一航点的目标位置的时间早于预设到达时间时，在该目标位置悬停至预设到达时间再飞往下一航点，保证了航点时间的准确性。[0039]当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。附图说明
[0040]下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：[0041]图1为本发明的实施例的无人机编队方法的流程图；[0042]图2为本发明的实施例的无人机编队系统的结构示意图。[0043]标号说明：1-地面站，2-通讯模块，3-无人机。
具体实施方式
[0044]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0045]结合图1，对本发明的无人机编队方法的实施例进行详细描述，如图1所示，其包括以下步骤：[0046]S101：地面站根据预期的编队飞行任务，离线为每架无人机设计飞行轨迹，生成路径文件，并上传至无人机；[0047]S102：地面站向无人机发送起飞指令，无人机接收起飞指令，飞至起飞地点，将起飞完成时间记为编队时间的零时刻；[0048]S103：无人机根据路径文件进行编队，路径文件包括多个航点，每个航点包括目标位置以及以零时刻为基准设定的预设到达时间；
[0049]
[0033]
S104：根据每个航点的预设到达时间，由公式：确定两个航点之
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间的飞行速度，并以此飞行速度朝当前航点飞行；[0050]其中，v为飞行速度，lcurr_sp为当前航点的目标位置，lprev_sp为前一航点的目标位置，tcurr_sp为当前航点的预设到达时间tprev_sp为前一航点的预设到达时间。循环步骤103和步骤104，直至完成所有航点。[0051]较佳实施例中，步骤S103还包括：当到达某一航点的目标位置的时间晚于预设到达时间时，对飞往下一航点的飞行速度进行调节，此时飞行速度公式变为：
[0052][0053]
其中，v为飞行速度，lcurr_sp为当前航点的目标位置，lprev_sp为前一航点的目标位置，tcurr_sp为当前航点的预设到达时间，tprev_sp为前一航点的预设到达时间，Δt为到达时间与预设到达时间的时间差。[0054]较佳实施例中，步骤S103还包括：当到达某一航点的目标位置的时间早于预设到达时间时，在该目标位置悬停至预设到达时间再飞往下一航点。[0055]结合图2，对本发明的无人机编队系统的实施例进行详细描述，其结构示意图如图2所示，其包括：地面站1、通讯模块2以及无人机3。地面站1用于根据预期的编队飞行任务，离线为无人机3设计飞行轨迹，生成路径文件，并通过通讯模块2上传至无人机3；还用于向无人机3发送起飞指令。通讯模块2用于将地面站1生成的路径文件上传至无人机3，还用于将地面站1的起飞指令发送给无人机3。无人机3用于接收起飞指令，飞至起飞地点，将起飞完成时间记为编队时间的零时刻，并根据路径文件进行编队，路径文件包括多个航点，每个航点包括目标位置以及以零时刻为基准设定的预设到达时间；根据每个航点的预设到达时
确定两个航点之间的飞行速度，并以此飞行速度朝当前航点
间，由公式：
飞行；其中，v为飞行速度，lcurr_sp为当前航点的目标位置，lprev_sp为前一航点的目标位置，tcurr_sp为当前航点的预设到达时间tprev_sp为前一航点的预设到达时间。[0056]较佳实施例中，无人机3还用于当到达某一航点的目标位置的时间晚于预设到达时间时，对飞往下一航点的飞行速度进行调节，此时飞行速度公式变为：
[0057]
其中，v为飞行速度，lcurr_sp为当前航点的目标位置，lprev_sp为前一航点的目标位置，tcurr_sp为当前航点的预设到达时间，tprev_sp为前一航点的预设到达时间，Δt为到达时间与预设到达时间的时间差。[0059]较佳实施例中，无人机还用于当到达某一航点的目标位置的时间早于预设到达时间时，在该目标位置悬停至预设到达时间再飞往下一航点。
[0060]上述实施例的无人机编队方法及编队系统可用于表演、勘测等。[0061]用于表演时，由地面站发送编队指令，配带表演灯的无人机队伍按照规划好的表演航线按照上述步骤飞行，可组成各种图案。[0062]用于勘测时，由地面站发送编队指令，配带相机的无人机队伍按照规划好的勘测航线照按照上述步骤飞行，然后在设定拍摄点对被勘测对象进行不同角度的拍照，得到各
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[0058]
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角度的信息。
[0063]此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。
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