基于时延预测的无人机集群控制技术及系统
发布时间：2021-01-19 04:51
近年来,无人机（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）集群得到国内外的广泛关注,在军事和民用领域都有大量的研究与应用。地面控制系统（Ground Control System,GCS）可以对无人机集群进行远程监控,是控制无人机集群完成飞行任务的关键。无人机集群技术的不断发展对地面控制系统提出越来越高的要求。传统的地面控制系统存在通用性和互操作能力不足、耦合度高、可扩展性和可维护性差等问题,导致地面控制系统的开发和维护成本增加,不能适应无人机集群规模的扩大。同时,无人机集群是通过无线数据链路与地面控制系统保持通信的,这就不可避免地存在时延的问题。时延影响着地面控制系统对无人机集群控制的实时性和准确性,是制约无人机集群性能的一大因素。本文针对以上问题,对基于时延预测的无人机集群控制技术及系统展开研究,主要包括三个方面:（1）设计面向无人机集群的地面控制系统。在本实验室研究的基于软件总线的开放式机器人控制系统体系结构的基础上,本文将其应用于无人机集群地面控制系统。该系统采用模块化设计方法,并通过软件总线为各个功能模块提供统一的通信方式和监测管理服务。（2）研究无人机集群的时...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１使用４Ｇ作为无人机集群的数据链路??：露前５Ｇ?（?５ｔｈ?Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ?ｍｏｂｉｌｅ?ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ?ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，第五代移动通信技．术）??已经提出，世界各国都十分看好５Ｇ技术的应用前景
?２．?３硬件结构??如图２－２所示，本文设计的无人机集群地面控制系统的硬件结构，包括：人机交互??设备、计算机和数据链路终端。人机交互设备和计算机相连接，计算机再与数据链路终??端相连接。??［?无人机集群?）??Ｓ?？??数据链路终端??人机交互设备?＜?？计算机??图２－２无人机集群地面控制系统的硬件结构??人机交互设备主要用于为操作员使用无人机集群地面控制系统提供多样化的人机??交互方式，既包括鼠标、键盘、显示屏、麦克风、喇叭等传统的交互设备，也包括ＶＲ、??ＡＲ等交互设备。这些人机交互设备直接与人的手、口、眼、耳等器倉打交道，通过输??入设备操作员可以向无人机集群地面控制系统输入飞行任务，通过输出设备操作员可以??实时查看无人机集群的飞行状态。??计算机是运行无人机集群地面控制系统软件程序的电子设备，是整个无人机集群地??面控制系统的中枢环节。无人机集群系统的任务分配、航迹规划、状态监控等数据处理??工作都由计算机负责。根据无人机集＿群的实际需求，为了提高地面控制系统的处理能力，??可以采用多台计算机对无人机集群的数据进行实时处理。??数据链路终端用于实现地面控制系统与无人机集群之间的通信，包括信号发射设备??和擦号接收设备。通过数据链路终端
集群地面控制系统的架构。在该无人机集群地面控制系统中，功能被封装为４个个模块，??并通过软件总线来为各个功能模块提供统＾的通信方式和管理服务。??如图２－５所示为无人机集群地面控制系统的分层软件体系结构，按照层次关系由上??到下可以划分为五层：应用层、传输支持层、传输层、软件总线层和操作系统层。??／＂?广??图形用户界面?时延预测?集群通信??应用层?人机交３?航点控制?编队控制??任务规划?群体智能?……??传输支持层?通信接口?消息序列化与反序列化??传输扇?潸息传输??／?、?（?＼?、??软件总线层?模块營理?消息智理?数据管理??Ｖ?／?Ｖ?????操作系统层?进程调度、内存管理、中断管理、设备管理、．？？？??图２－５无人机集群地面控制系统的分层软件体系结构??下面对无人机集群地面控制系统的分层软件体系结构的各层进行具体的描述。??（１）应用层??应用层由无人机集群地面控制系统中的各个功能模块组成。各个功能模块只需要考??虑自身内部的功能逻辑实现，不需要关注如何从其他功能模块中获取数据，功能模块之??间的交互都通过统一的接口规范由软件总线实现。只要功能模块遵循软件总线提供的接??口规范，就能够和其它的功能模块进行§息交互。??功能模块在使用前首先要向软件总线进行注册，告诉软件总线其模块名称、话题名??称、消息数据类型等具体信息，以便软件总线能够在系统的消息通信中找到对应的功能??１４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]无人机物流发展综述[J]. 梁璐莉,吕文红,葛家丽,刘亚京. 物流技术. 2018(12)
[2]多旋翼无人机在医学救援领域的应用研究[J]. 杨阳,罗婷,唐伟革,张加雄,王鹤飞. 医疗卫生装备. 2018(06)
[3]无人机系统及发展趋势综述[J]. 祁圣君,井立,王亚龙. 飞航导弹. 2018(04)
[4]无人机低空遥感技术进展及典型行业应用综述[J]. 王柯,付怡然,彭向阳,左志权,易琳,黄松波. 测绘通报. 2017(S1)
[5]美国空军无人机系统发展综述[J]. 刘丽,曲珂,汪涛. 飞航导弹. 2016(12)
[6]美国分布式低成本无人机集群研究进展[J]. 宋怡然,申超,李东兵. 飞航导弹. 2016(08)
[7]军用无人机目标特性综述[J]. 薛鹏,阳再清. 指挥控制与仿真. 2016(03)
[8]无人机电力线路安全巡检系统及关键技术[J]. 彭向阳,刘正军,麦晓明,罗智斌,王柯,谢小伟. 遥感信息. 2015(01)
[9]无人机地面控制站通用化软件架构[J]. 马聪颖,高瑞周,朱玉祜. 航空计算技术. 2013(03)
[10]基于AR模型时延预测的改进GPC网络控制算法[J]. 时维国,邵诚,孙正阳. 控制与决策. 2012(03)
博士论文
[1]面向无人机信息物理系统的资源调度关键技术研究[D]. 汤峰.华南理工大学 2017
[2]面向多自由度机器人的非受限智能人机交互的研究[D]. 杜广龙.华南理工大学 2013
硕士论文
[1]无人机编队控制算法研究[D]. 闫飞.西安电子科技大学 2018
[2]基于IVCE平台的网络时延预测研究与实现[D]. 尹杰.北京邮电大学 2018
[3]具有力反馈功能的人机交互技术及系统研究[D]. 何子平.华南理工大学 2018
[4]基于4G移动网络的无人机空中管制关键技术研究[D]. 蓝军.电子科技大学 2018
[5]机器人遥操作平台的设计与实现[D]. 叶盼盼.北京邮电大学 2018
[6]基于小波—灰色模型的电力负荷预测研究[D]. 韩文婧.山东大学 2017
[7]基于TTEthernet分布式机器人控制系统网络仿真技术研究[D]. 陈国豪.华南理工大学 2017
[8]网络遥操作机器人的时延预测控制研究[D]. 李君.武汉科技大学 2016
[9]基于手势交互的虚拟手术关键技术研究[D]. 赵创业.华南理工大学 2016
[10]基于移动通信网络的无人机飞行管理关键技术研究[D]. 朱雷.国防科学技术大学 2015
本文编号：2986371
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１使用４Ｇ作为无人机集群的数据链路??：露前５Ｇ?（?５ｔｈ?Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ?ｍｏｂｉｌｅ?ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ?ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，第五代移动通信技．术）??已经提出，世界各国都十分看好５Ｇ技术的应用前景
?２．?３硬件结构??如图２－２所示，本文设计的无人机集群地面控制系统的硬件结构，包括：人机交互??设备、计算机和数据链路终端。人机交互设备和计算机相连接，计算机再与数据链路终??端相连接。??［?无人机集群?）??Ｓ?？??数据链路终端??人机交互设备?＜?？计算机??图２－２无人机集群地面控制系统的硬件结构??人机交互设备主要用于为操作员使用无人机集群地面控制系统提供多样化的人机??交互方式，既包括鼠标、键盘、显示屏、麦克风、喇叭等传统的交互设备，也包括ＶＲ、??ＡＲ等交互设备。这些人机交互设备直接与人的手、口、眼、耳等器倉打交道，通过输??入设备操作员可以向无人机集群地面控制系统输入飞行任务，通过输出设备操作员可以??实时查看无人机集群的飞行状态。??计算机是运行无人机集群地面控制系统软件程序的电子设备，是整个无人机集群地??面控制系统的中枢环节。无人机集群系统的任务分配、航迹规划、状态监控等数据处理??工作都由计算机负责。根据无人机集＿群的实际需求，为了提高地面控制系统的处理能力，??可以采用多台计算机对无人机集群的数据进行实时处理。??数据链路终端用于实现地面控制系统与无人机集群之间的通信，包括信号发射设备??和擦号接收设备。通过数据链路终端
集群地面控制系统的架构。在该无人机集群地面控制系统中，功能被封装为４个个模块，??并通过软件总线来为各个功能模块提供统＾的通信方式和管理服务。??如图２－５所示为无人机集群地面控制系统的分层软件体系结构，按照层次关系由上??到下可以划分为五层：应用层、传输支持层、传输层、软件总线层和操作系统层。??／＂?广??图形用户界面?时延预测?集群通信??应用层?人机交３?航点控制?编队控制??任务规划?群体智能?……??传输支持层?通信接口?消息序列化与反序列化??传输扇?潸息传输??／?、?（?＼?、??软件总线层?模块營理?消息智理?数据管理??Ｖ?／?Ｖ?????操作系统层?进程调度、内存管理、中断管理、设备管理、．？？？??图２－５无人机集群地面控制系统的分层软件体系结构??下面对无人机集群地面控制系统的分层软件体系结构的各层进行具体的描述。??（１）应用层??应用层由无人机集群地面控制系统中的各个功能模块组成。各个功能模块只需要考??虑自身内部的功能逻辑实现，不需要关注如何从其他功能模块中获取数据，功能模块之??间的交互都通过统一的接口规范由软件总线实现。只要功能模块遵循软件总线提供的接??口规范，就能够和其它的功能模块进行§息交互。??功能模块在使用前首先要向软件总线进行注册，告诉软件总线其模块名称、话题名??称、消息数据类型等具体信息，以便软件总线能够在系统的消息通信中找到对应的功能??１４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]无人机物流发展综述[J]. 梁璐莉,吕文红,葛家丽,刘亚京. 物流技术. 2018(12)
[2]多旋翼无人机在医学救援领域的应用研究[J]. 杨阳,罗婷,唐伟革,张加雄,王鹤飞. 医疗卫生装备. 2018(06)
[3]无人机系统及发展趋势综述[J]. 祁圣君,井立,王亚龙. 飞航导弹. 2018(04)
[4]无人机低空遥感技术进展及典型行业应用综述[J]. 王柯,付怡然,彭向阳,左志权,易琳,黄松波. 测绘通报. 2017(S1)
[5]美国空军无人机系统发展综述[J]. 刘丽,曲珂,汪涛. 飞航导弹. 2016(12)
[6]美国分布式低成本无人机集群研究进展[J]. 宋怡然,申超,李东兵. 飞航导弹. 2016(08)
[7]军用无人机目标特性综述[J]. 薛鹏,阳再清. 指挥控制与仿真. 2016(03)
[8]无人机电力线路安全巡检系统及关键技术[J]. 彭向阳,刘正军,麦晓明,罗智斌,王柯,谢小伟. 遥感信息. 2015(01)
[9]无人机地面控制站通用化软件架构[J]. 马聪颖,高瑞周,朱玉祜. 航空计算技术. 2013(03)
[10]基于AR模型时延预测的改进GPC网络控制算法[J]. 时维国,邵诚,孙正阳. 控制与决策. 2012(03)
博士论文
[1]面向无人机信息物理系统的资源调度关键技术研究[D]. 汤峰.华南理工大学 2017
[2]面向多自由度机器人的非受限智能人机交互的研究[D]. 杜广龙.华南理工大学 2013
硕士论文
[1]无人机编队控制算法研究[D]. 闫飞.西安电子科技大学 2018
[2]基于IVCE平台的网络时延预测研究与实现[D]. 尹杰.北京邮电大学 2018
[3]具有力反馈功能的人机交互技术及系统研究[D]. 何子平.华南理工大学 2018
[4]基于4G移动网络的无人机空中管制关键技术研究[D]. 蓝军.电子科技大学 2018
[5]机器人遥操作平台的设计与实现[D]. 叶盼盼.北京邮电大学 2018
[6]基于小波—灰色模型的电力负荷预测研究[D]. 韩文婧.山东大学 2017
[7]基于TTEthernet分布式机器人控制系统网络仿真技术研究[D]. 陈国豪.华南理工大学 2017
[8]网络遥操作机器人的时延预测控制研究[D]. 李君.武汉科技大学 2016
[9]基于手势交互的虚拟手术关键技术研究[D]. 赵创业.华南理工大学 2016
[10]基于移动通信网络的无人机飞行管理关键技术研究[D]. 朱雷.国防科学技术大学 2015
本文编号：2986371
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