本發(fā)明涉及分布式信息融合領(lǐng)域，特別是一種基于無人機分布式感知的三維態(tài)勢融合方法。

背景技術(shù)：

1、隨著無人機技術(shù)的發(fā)展，其在軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)害救援等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。然而，單一無人機的感知能力有限，難以全面獲取復(fù)雜環(huán)境中的詳細(xì)信息。為此，分布式無人機感知系統(tǒng)應(yīng)運而生，通過多架無人機協(xié)同作業(yè)，實現(xiàn)對環(huán)境的全面感知和信息共享。

2、傳統(tǒng)的無人機感知系統(tǒng)主要依賴單一傳感器進行數(shù)據(jù)采集，存在信息獲取不全面、處理效率低等問題。此外，無人機在執(zhí)行任務(wù)時，往往需要實時更新環(huán)境信息，以確保飛行安全和任務(wù)執(zhí)行的準(zhǔn)確性?，F(xiàn)有的技術(shù)在數(shù)據(jù)融合和態(tài)勢感知方面存在一定的局限性，尤其是在多無人機協(xié)同作業(yè)時，如何高效、準(zhǔn)確地進行信息融合和態(tài)勢感知，是當(dāng)前研究的熱點和難點。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出一種基于無人機分布式感知的三維態(tài)勢融合方法，其特征在于，在針對無人機的俯視圖所構(gòu)建的直角坐標(biāo)系中，假設(shè)對于第k架無人機uk，此時無人機所處的位置信息為無人機在當(dāng)前位置所感知到的環(huán)境信息為如式(1)所示，為二維柵格信息與在此基礎(chǔ)之上的柵格高程信息

2、

3、對于任意的柵格坐標(biāo)總存在該柵格點上的高程信息使得三維柵格地圖完整，即：

4、

5、則無人機在t時刻處于當(dāng)前空間位置所獲取到的三維柵格環(huán)境信息為：

6、

7、所述方法具體包括如下步驟：

8、步驟一：獨立式數(shù)據(jù)獲??；

9、無人機獨立式數(shù)據(jù)獲取的感知控制模型為：第k架無人機uk獲得當(dāng)前無人機的空間位置信息并感知到環(huán)境信息，包括環(huán)境的二維柵格信息和三維高程信息將無人機uk獨立獲取到的環(huán)境數(shù)據(jù)結(jié)合自身位置信息，得到三維柵格環(huán)境信息為并將其反饋到無人機的飛行控制系統(tǒng)中；

10、無人機通過環(huán)境感知傳感器獲得環(huán)境中的三維地形信息，并將其轉(zhuǎn)化為二維的柵格信息與三維的高程信息；通過機載的狀態(tài)信息感知器獲得無人機的狀態(tài)信息，給飛行控制系統(tǒng)進行實時反饋；在二維柵格信息、三維高程信息、無人機實時狀態(tài)反饋的共同閉環(huán)反饋作用下，飛行控制系統(tǒng)根據(jù)實際情況輸出控制信號，控制無人機的飛行；

11、步驟二：共享式數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)；

12、對一號無人機1與二號無人機2所感知到的三維信息進行特征提取，在三維特征信息的基礎(chǔ)之上，將分布式的兩架無人機通過l窗口進行滑動匹配，進行三維特征點相似度的計算，選擇最高的相似度進行三維態(tài)勢的融合，形成全局的三維地形態(tài)勢以供分布式無人機最優(yōu)化執(zhí)行后續(xù)任務(wù)；

13、假設(shè)一號無人機1與二號無人機2分別標(biāo)注為u1和u2，兩架無人機在t時刻所獲取到的三維柵格環(huán)境信息分別為和在三維柵格信息中獲得特征點分別為和

14、

15、其中：(xq1,yq1),(xq2,yq2),(xq3,yq3),…,(xqn,yqn)和(xp1,yp1),(xp2,yp2),(xp3,yp3),…,(xqm,yqm)分別為三維特征點在二維坐標(biāo)中的橫縱坐標(biāo)；

16、步驟三：分布式數(shù)據(jù)匹配；

17、設(shè)定滑動窗口lu1和lu2分別為和中的獨立滑動窗口，經(jīng)過如式(4)的特征信息提取過程，量化計算特征點的相似度值，具體方法如下：定義在窗口之內(nèi)視覺信息和之間的相似度為：

18、

19、其中：和分別表示在lu1和滑動窗口大小的基礎(chǔ)上，對特征點信息和進行的特征點范圍框選計算，

20、為任意符號，為存在符號，和表示滿足上述條件的特征點，其中丨表示前者是基于后者；和為滑動窗口相似度計算函數(shù)，是當(dāng)遍歷無人機感知處理后的特征信息和后，在滑動窗口lu1和lu2大小的基礎(chǔ)上所得到的相似度值；計算方法如下：

21、

22、

23、其中：i和j分別表示柵格坐標(biāo)的橫向柵格增量和縱向柵格增量，與為滑動窗口的質(zhì)心橫坐標(biāo)與質(zhì)心縱坐標(biāo)；

24、將滑動窗口lu1和lu2分別在各自的視覺特征信息進行遍歷，通過計算兩者之間差異的最小值，得到最優(yōu)融合拼接區(qū)域：

25、

26、將值與相似度閾值比較，若大于相似度閾值，則認(rèn)為窗口之內(nèi)視覺信息和相似；

27、步驟四：交聯(lián)式態(tài)勢融合；

28、在滑動窗口lu1和lu2的基礎(chǔ)上，經(jīng)過三維特征點相似度計算之后，根據(jù)特征點信息，將兩架無人機的感知信息和進行態(tài)勢融合，其中和分別為兩架無人機在視覺范圍內(nèi)所感知到的周邊環(huán)境信息，得到融合后的三維態(tài)勢信息ξ(u1,u2)：

29、

30、其中：為取并集函數(shù)，表示對于無人機特征點信息和進行的并集運算。

31、在本發(fā)明的一個具體實施例的步驟三中，相似度閾值為0.75。

32、在本發(fā)明的一個實施例中，假設(shè)環(huán)境中存在分布式的無人機共有n架，步驟四中，采用式(11)的數(shù)據(jù)融合的方法，得到分布式無人機對于環(huán)境信息的三維整體態(tài)勢融合信息：

33、

34、本發(fā)明通過無人機機載傳感器獲取環(huán)境信息，利用特征提取和滑動窗口匹配算法，實現(xiàn)無人機之間的信息共享和態(tài)勢融合。該方法不僅能夠提高信息獲取的全面性和準(zhǔn)確性，還能夠優(yōu)化無人機的飛行控制和任務(wù)執(zhí)行，具有重要的應(yīng)用價值和廣闊的發(fā)展前景。

技術(shù)特征：

1.一種基于無人機分布式感知的三維態(tài)勢融合方法，其特征在于，在針對無人機的俯視圖所構(gòu)建的直角坐標(biāo)系中，假設(shè)對于第k架無人機uk，此時無人機所處的位置信息為無人機在當(dāng)前位置所感知到的環(huán)境信息為如式(1)所示，為二維柵格信息與在此基礎(chǔ)之上的柵格高程信息

2.如權(quán)利要求1所述的基于無人機分布式感知的三維態(tài)勢融合方法，其特征在于，步驟三中，相似度閾值為0.75。

3.如權(quán)利要求1所述的基于無人機分布式感知的三維態(tài)勢融合方法，其特征在于，假設(shè)環(huán)境中存在分布式的無人機共有n架，步驟四中，采用式(11)的數(shù)據(jù)融合的方法，得到分布式無人機對于環(huán)境信息的三維整體態(tài)勢融合信息：

技術(shù)總結(jié)
公開一種基于無人機分布式感知的三維態(tài)勢融合方法，包括以下步驟：獨立式數(shù)據(jù)獲取；共享式數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)；分布式數(shù)據(jù)配準(zhǔn)；交聯(lián)式態(tài)勢融合。本發(fā)明通過無人機利用機載傳感器獲取環(huán)境信息，結(jié)合二維柵格信息和三維高程信息，構(gòu)建三維環(huán)境地圖；無人機通過特征提取和滑動窗口匹配算法，實現(xiàn)三維特征點的相似度計算和態(tài)勢融合。本發(fā)明對無人機的飛行控制進行優(yōu)化，提高了飛行安全性和任務(wù)執(zhí)行效率。

技術(shù)研發(fā)人員：趙曉林,何利,張啟瑞,趙搏欣,吳夢瑤
受保護的技術(shù)使用者：中國人民解放軍空軍工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19