[0001] 本发明属于无人机技术领域，具体涉及自主无人机蜂群系统飞行控制平台。

[0002] 随着无人机技术的迅速发展，无人机集群技术的研究也逐渐引起了广泛的关注。目前，厂家以及研究者们正在探索各种无人机集群形式和应用场景，涵盖了军事、民用、商业等各个领域。在军事领域，无人机集群可以实现联合作战、侦察监视、打击攻击等任务，提高作战效率和战场生存能力。例如，无人机集群可以用于目标搜索、识别和跟踪，协同完成复杂的作战任务，减少人员伤亡风险。在民用领域，无人机集群可以应用于灾害监测、环境保护、资源勘测等方面。例如，在自然灾害发生后，无人机集群可以快速获取灾区信息，为救援行动提供数据支持；在环境监测中，无人机集群可以协同完成大范围的监测任务，实现对环境的全面监控。在商业领域，无人机集群也有广阔的应用前景。例如，在物流配送中，无人机集群可以实现高效的货物运输，提高配送速度和效率；在农业领域，无人机编队可以用于农田作物的监测和喷洒，提高农业生产的智能化水平。

[0003] 随着无人机技术的快速发展，无人机蜂群系统在多个领域展现出巨大的应用潜力。然而，现有技术中无人机的定位主要依赖于GPS等卫星导航系统，但在复杂环境，如城市峡谷、森林覆盖区中，GPS信号易受干扰或遮挡，导致定位不准确，进而影响无人机蜂群的协同作业和飞行安全。

[0004] 因此，需要自主无人机蜂群系统飞行控制平台，解决现有技术中存在的GPS信号易受干扰或遮挡，导致定位不准确，进而影响无人机蜂群的协同作业和飞行安全的问题。

[0030] 下面结合实施例对本发明做进一步的描述。

[0031] 参照图1所示，本发明提供自主无人机蜂群系统飞行控制平台，包括：

[0032] 控制中心，用于控制无人机蜂群飞行到预定的空域，接收空中基站发送的无人机节点的状态信息，实时确定无人机蜂群的位置、姿态、模式的控制信息，其中包括编队模块、轨迹模块、参数控制模块、无线连接单元和数据处理单元；

[0033] 无人机蜂群，包括多个无人机节点，无人机节点之间通过无线通讯模块形成组网，实现数据交互和位置信息共享，并实时向空中基站反馈无人机节点的位置和状态信息，其中无人机节点包括无线通信模块、信号处理模块、飞行控制模块和定位传感器；

[0034] 空中基站，用于接收所述控制中心发送的控制信息，并通过基站通信模块向所述无人机蜂群发送控制指令，接收所述无人机蜂群中各无人机节点的状态信息，并转发给所述控制中心，其中包括基站通信模块和数据处理模块。

[0035] 可以理解的是，所述控制中心中的编队模块用于设计所述无人机集群系统的编队形式，所述轨迹模块用于设计所述无人机集群系统的运动轨迹，所述参数控制模块用于设置控制无人机飞行的参数，所述无线连接单元用于对无人机蜂群、空中基站进行无线连接，所述数据处理单元用于接收并分析来自空中基站的数据信息。

[0036] 可以理解的是，所述无人机节点中的所述无线通信模块用于无人机节点与控制中心、空中基站之间无线连接，负责传输控制指令、位置信息、状态数据等关键信息，所述信号处理模块负责接收来自无线通讯模块、定位传感器等的数据信息，并进行预处理和解析，所述飞行控制模块用于根据控制中心的指令和信号处理模块提供的数据，计算出无人机的飞行轨迹和姿态控制参数，所述定位传感器是无人机节点获取自身位置信息的关键设备，它可以通过利用内部传感器进行无人机之间的位置测量。

[0037] 可以理解的是，所述基站通信模块用于向无人机节点发送定位信号和接收返回的位置信息数据，所述数据处理模块用于处理收到的数据信息，计算空中基站与无人机节点之间的距离，同时向控制中心反馈接收到的信号的强度。

[0038] 可以理解的是，所述定位传感器是无人机节点获取自身位置信息的关键设备，它可以通过利用内部传感器进行无人机之间的相对位置测量，其中测量相对位置的方法包括：

[0039] 假设无人机节点A中的定位传感器将自身的位置通过无线通信模块发送信号至无人机节点B，无人机节点B的信号处理模块接收到信号，基于双方的收发时间差，计算出无人机节点之间的相对距离：

[0040] d＝c×(T2‑T1)

[0041] 其中，d是无人机A和无人机B之间的距离，c是信号在空气中的传播速度(约为光速)，T2为无人机B发送信号的时间戳，T1为无人机A收到信号的时间戳，

[0042] 将相对距离发送至控制中心，控制中心中对无人机的编队形式和运动轨迹进行比对，可以对无人机蜂群运动轨迹的实时监测，确保无人机蜂群的排列定位准确。

[0043] TDOA(Time Difference of Arrival)即到达时间差，是一种在无线定位系统中常用的技术，用于确定信号源，如无线电发射器、手机、无人机等的位置。该技术基于信号从信号源传播到多个接收器所需的时间差异。

[0044] 在TDOA系统中，多个接收器(至少三个)分布在不同的位置，并同步记录来自信号源的信号到达时间。由于接收器与信号源之间的距离不同，信号到达每个接收器的时间也会有所不同。通过测量这些时间差，并结合信号在介质中的传播速度接近光速，可以计算出信号源与每个接收器之间的距离差。

[0045] 这些距离差可以用于构建一系列以接收器为焦点的双曲线。每个双曲线都代表了信号源可能的位置，因为它们代表了信号源到两个接收器之间距离相等的所有点。多条双曲线的交点即为信号源的实际位置。

[0046] 其中，所述无线通信模块利用无线信号的传播特性，无人机节点可以与空中基站的进行通信，接收并应用绝对位置校准信息，实现自身位置的精确校准，包括：

[0047] 构建场地内部的三维空间地图，确定已知的空中基站的位置，空中基站的数量不少于三个，假设三个空中基站A、B、C的位置分别为A(xA,yA,zA)，B(xB,yB,zB),C(xC,yC,zC)，无人机P的位置为P(xP,yP,zP)；

[0048] 无人机节点P通过无线通信模块同时向三个空中基站A、B、C发送信号，接收到信号到达的时间分别为tA，tB，tC；

[0049] 通过数据处理模块计算时间差，ΔtAB＝tB‑tA,ΔtAC＝tC‑tA,ΔtBC＝tC‑tB，[0050] 构建双曲面方程，

[0051]

[0052] 由此推理，可以为空中基站A和C，以及空中基站B和C之间的时间差构建另外两个双曲面方程，

[0053] 根据构建的三个双曲面方程，在三维空间内相交于一点，这一点则是无人机节点P的位置P(xP,yP,zP)。

[0054] 参照图2所示，上述自主无人机蜂群系统飞行控制平台的使用过程为：

[0055] 步骤一：控制中心进行无人机蜂群的初始化配置，包括通过编队模块设计无人机蜂群的编队形式、通过轨迹模块规划无人机蜂群的运动轨迹、通过参数控制模块控制无人机蜂群的设置飞行参数；

[0056] 步骤二：部署空中基站到预定位置，并确保空中基站和控制中心之间的通信畅通；

[0057] 步骤三：无人机节点通过各自的无线通信模块启动，并相互间形成组网，实现数据交互和位置信息共享；

[0058] 步骤四：无人机节点通过无线通信模块与空中基站建立连接，实时向空中基站发送位置和状态信息；

[0059] 步骤五：控制中心根据任务需求，通过无线连接单元向空中基站发送控制信息，包括无人机蜂群的飞行指令、编队模式、轨迹调整等；

[0060] 步骤六：空中基站接收到控制中心的指令后，通过基站通信模块向无人机蜂群中的每个无人机节点发送具体的控制指令；

[0061] 步骤七：无人机节点通过定位传感器实时获取自身位置信息，并通过无线通信模块向空中基站发送位置和状态信息；

[0062] 步骤八：空中基站的数据处理模块接收并处理来自无人机节点的数据，计算无人机与基站之间的距离，并转发给控制中心；

[0063] 步骤九：控制中心根据实时接收的数据，通过数据处理单元进行分析，必要时调整无人机蜂群的编队、轨迹或飞行参数，确保任务顺利进行；

[0064] 步骤十：无人机节点之间通过定位传感器和无线通信模块测量相对位置，并发送给控制中心进行比对和实时监测；

[0065] 步骤十一：无人机节点利用与空中基站的通信，接收绝对位置校准信息，通过构建三维空间地图和计算时间差来确定自身精确位置，提高位置的精确度。

[0066] 步骤十二：当无人机蜂群完成指定任务后，返回至预设的降落点。

[0067] 综上所述，本发明的优点在于：通过无线通讯组网的定位方法，实现了对无人机蜂群中各成员的精确位置定位，能够高效、准确地完成复杂的飞行任务，并在实时状态监测和动态调整的支持下，确保任务的安全性和可靠性，同时空中基站作为通信中继和定位参考点，有效解决了地面基站或卫星定位在复杂环境中的局限性，实现自身位置的精确校准，提高了系统的鲁棒性，保证了数据传输的低延迟和高可靠性，满足了无人机蜂群系统对实时性的高要求；系统架构灵活，易于根据任务需求调整无人机蜂群的规模和配置。

[0068] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。