[发明专利]基于GNSS观测量和机间测距的多无人机协同相对导航方法

说明书

一种基于GNSS观测量和机间测距的多无人机协同相对导航方法，通过各机上的GNSS接收机采集与跟踪卫星信号获得GNSS观测量并通过相对测距模块获取机间相对距离信息；由机间通信模块广播并汇总各机导航信息，利用机间相对距离信息辅助GNSS相对差分估计无人机之间的基线；以一个无人机为基准，利用相对位置矢量获取各无人机相对于基准的位置，并与GNSS观测量整合为相对导航信息；选取基准外另一无人机，利用无人机编队中与该无人机和基准相关的相对导航信息，求解该无人机相对于基准的位置优化原有的基线解；利用已有的基线解和测量量，依次对精度较差的基线解进行优化，直至编队中各个基线解收敛，完成多无人机协同相对导航。本发明能够提高无人机编队的相对导航的精度、可靠性和连续性。

技术领域

本发明涉及的是一种导航领域的技术，具体是一种城市环境下的基于GNSS观测量和机间测距的多无人机协同的相对导航方法。

背景技术

近年来，多智能体系统(multi-agent systems)，如无人机编队、车联网、无人机与车辆协同，因其潜在的价值受到广泛关注，是未来发展的趋势。在多智能体系统中，精确、可靠的相对位置信息是保证密集集群准确协同控制的关键要素。在相对导航中，最为常用的全球卫星导航系统(GNSS)的接收机可以在开阔环境下进行高精度的观测和定位，但是城市环境下，由于建筑物的遮挡等因素，仅基于GNSS的相对定位存在由可见卫星数不足、可见卫星几何分布差、非直射信号和多径效应引起的定位误差显著增大等问题。因此，基于GNSS的相对导航系统性能明显退化，具体表现为导航精度、完好性和连续性的下降，甚至可能出现无法导航的情况，这使得城市环境中的多智能体系统的相对导航面临很大的挑战。

发明内容

本发明以多智能体系统中的无人机编队为例，针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于GNSS观测量和机间测距的多无人机协同相对导航方法，能够提高城市挑战环境下无人机编队相对导航的精度、可靠性和连续性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于GNSS观测量和机间测距的多无人机协同相对导航方法，通过各无人机上的GNSS接收机采集与跟踪卫星信号获得GNSS观测量并通过各无人机搭载的相对测距模块获取无人机间相对距离信息；然后由各无人机搭载的机间通信模块广播并汇总各无人机导航信息，利用机间相对距离信息辅助GNSS相对差分估计无人机之间的基线，即两个无人机之间的相对位置矢量；再以一个无人机为基准，利用相对位置矢量获取各无人机相对于基准的位置，并与GNSS观测量整合为相对导航信息；进而选取基准外另一无人机，利用无人机编队中与该无人机和基准相关的相对导航信息，求解该无人机相对于基准的位置，以优化原有的基线解；最后利用已有的基线解和测量量，依次对精度较差的基线解进行优化，直至无人机编队中各个基线解收敛，完成多无人机协同相对导航。

所述的城市挑战环境是指：GNSS导航定位在城市环境中由于建筑物的遮挡等因素，会存在可见卫星数不足、可见卫星几何分布差、非直射信号干扰和强多径干扰等问题，导致GNSS导航定位的精度、可靠性和连续性不足。其中：精度是指某一时刻的导航参量估计值与其真值的接近程度；可靠性是指导航系统探测故障的能力以及不可探测的故障对系统的影响大小；连续性是指导航设备在某一具体时间间隔内的提供有效服务的时间比例。

所述的多无人机协同是指：无人机编队中各个无人机可搭载多个传感器，通过机间通信，联合编队内部各无人机提供的导航信息进行导航解算，从而提高编队整体导航精度的导航方法。