基于UWB定位的无人机集群系统

发布时间：2024-07-07 05:46

　　随着无人机技术的日趋成熟,无人机应用趋势逐渐由单机执行任务转为多机协同执行任务,朝着集群化的方向快速发展,并在军事和民用领域都呈现出广阔的应用前景。而无人机集群的关键技术点在于实现无人机的精确定位,目前多数采用GNSS或双目视觉的定位方案。但在复杂的室内场景中,仍很难获取到高精度、高稳定性的定位信息。因此,本文对UWB定位和无人机集群编队技术进行了研究,提出了基于UWB定位的无人机集群系统方案,并软硬件全自主设计了适用于UWB定位的微型四旋翼无人机,搭建了无人机集群编队平台。主要包含如下几个方面的内容:(1)对UWB的技术特点进行了分析,尤其是在无人机定位方面的优势,研究了几种常用的UWB定位方法,并结合无人机应用场景,提出了基于RTOF定位方法的优化方案。(2)分析几种常用的无线组网通信技术,提出了一种适用于微型无人机的WiFi自适应组网通信方案,并通过实验验证了方案的有效性。(3)主要研究了无人机的运动模型和集群编队模型。针对无人机编队形成与保持问题,研究了优化人工势场算法应用于无人机集群编队的可行性,仿真验证了该方法能够保证无人机编队在虚拟无人机的带领下,完成跟踪其轨迹并保持稳定...

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２．１?ＵＷＢ定位示意图??在进行室内定位的空间内，需要预先固定至少三个ＵＷＢ基站，无人机搭载ＵＷＢ标签??２１

目标的准确位置数据［２（）］。常见的定位方法有信号强度法（ＲＳＳＩ）、抵达角度法（ＡＯＡ）、抵达时??间法（ＴＯＡ）、到达时间差法（ＴＤＯＡ）、双向飞行时间法（ＲＴＯＦ）等，主要都是通过待测目标点与??多个基站通信测距来计算目标点坐标，如下图２．１所示。??基站Ｓ１?基〒３??Ｔ....

图２．２基于ＡＯＡ定位示意图??假定在某一场景之下构建坐标系，以参照基站Ｓ１作为起始点，参照基站Ｓ２在ｙ轴上的??

获得的坐标数值难以满足室内厘米级定位的条件要求。??２．２．２基于到达角度定位法（ＡＯＡ）??以抵达角度的定位方法的机理如图２．２显示，运动标记Ｏ是发送结点，参照基站Ｓ１与??Ｓ２是接受信号结点，并已知Ｓ１和Ｓ２之间的距离，当发射结点Ｏ发送信号给接收结点Ｓ１和??Ｓ２时，接受结点....

图２．５基于ＲＴＯＦ定位示意图??由式（２－６）可知，代入三个基站的坐标（Ｘ，，凡和测的的距离兄即可联立构成方程组，解??

?丁ｒｖｐｆｙ?ｈ??图２．４基于ＲＴＯＦ测距原理示意图??具体操作过程为，标签〇首先向基站＆发出一个请求数据包，并记录下发包时刻％，基??站＆收到请求数据包，等待时刻后，向标签〇发送一个应答数据包，标签〇收到应答数??据包后记下时刻值ｈ。然后可以算出电磁波在空中的飞行时间如下式....

图２．４基于ＲＴＯＦ测距原理示意图??具体操作过程为，标签〇首先向基站＆发出一个请求数据包，并记录下发包时刻％，基??

?（２．８）??为达到对标点Ｏ准确位置的确定，在没有其它先验知识情况下，所需基站的数目最少是??３个。如下图２．５显示，以３个基站ＳＩ、Ｓ２、Ｓ３的位点坐标作为圆心，依次用与测定位点间??的距离作为半径来绘制圆，测定位点一定在３个圆相交的点位上［２６］。??，，—．一一＇＇、＼?....

本文编号：4003244