本發(fā)明涉及無人機領域，尤其涉及一種無人機集群管理系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術：

目前在無人機培訓時經(jīng)常會遇到以下問題：1、目前很少的無人機有教練模式，即學員飛行過程出現(xiàn)問題，教練無法及時接管操作。2、多架無人機飛機在同一空域飛行時，相撞的機率比較大。3、目前無人機監(jiān)管還欠缺有效的手段，來劃定禁飛區(qū)，及阻止無人機進入禁飛區(qū)域。

在無人機作業(yè)方面，例如農(nóng)業(yè)噴灑，為提高效率，經(jīng)常需要多臺無人機同時工作。這就涉及到怎么樣給每臺無人機劃定作業(yè)空域，怎么樣給無人機設定飛行線路，怎么樣了解每臺無人機的狀態(tài)，怎么樣能保證人員和飛機的安全等。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術方案是，一種無人機集群管理系統(tǒng),其特征在于：由空中部分和地面部分兩部分組成，所述空中部分包括無人機飛控模塊和無人機通訊模塊,所述無人機通訊模塊包括天線、空中射頻模塊、總線接口，所述天線設置在空中射頻模塊上方，所述總線接口與空中射頻模塊相連接，所述無人機飛控模塊和無人機通訊模塊通過總線接口相連接；所述地面部分包括集群地面站、地面天線陣列、GPS標定桿；所述集群地面站與地面天線陣列相連接，所述GPS標定桿設置在地面上。

優(yōu)選為，集群地面站包括機箱、通訊電纜接口、復位開關、電腦通訊口、控制桿、接管開關、通訊指示燈、充電口、電源開關及筆記本電腦，所述通訊電纜接口、復位開關、電腦通訊口、控制桿、接管開關、通訊指示燈、充電口、電源開關設置在機箱內，所述筆記本電腦與機箱通過電腦通訊口相連接；接管開關用來取得地面站控制無人機的權限；控制桿用來控制無人機；通訊指示燈用來指示無人機與地面站的通訊狀態(tài)。

優(yōu)選為，地面天線陣列包括通訊天線、地面射頻模塊、天線支撐桿、通訊電纜接口、三腳架，所述三腳架設置在天線支撐桿下方，所述通訊天線、通訊電纜接口設置在天線支撐桿上，所述地面射頻模塊設置在通訊天線下方，與通訊天線相連接；地面射頻模塊安裝于天線支撐桿上，并保持一定間隔，避免相互干擾。

優(yōu)選為，GPS標定桿包括GPS標定桿主模塊，所述GPS標定桿主模塊上設置GPS指示燈、充電口、電源開關、標定按鈕和模式開關，所述GPS標定桿主模塊下方連接連接座，所述連接座下方連接支撐桿。

優(yōu)選為，GPS標定桿主模塊包括GPS裝置和射頻模塊，所述GPS裝置用來指示所在地的經(jīng)緯度，射頻模塊與通訊天線保持通訊。

優(yōu)選為，GPS標定桿可以用于設定電子圍欄，人攜帶GPS標定桿一起運動，每隔一定距離，標定桿就會自動記錄一個位置點坐標，這些點坐標用于組成電子圍欄。

優(yōu)選為，GPS標定桿可以用于提供參考坐標，與無人機的GPS進行差分處理，提高定位精度。

一種無人機集群管理系統(tǒng)的控制方法，所述控制方法包括以下步驟：

S1：系統(tǒng)對一定區(qū)域內的無人機進行數(shù)據(jù)采集，并且處理，實時分析并預測無人機未來的狀態(tài)；

S2：當分析得到的結果會出現(xiàn)意外事故時，系統(tǒng)自動接管多架無人機，整體規(guī)劃每架無人機的飛行路線并協(xié)調多臺無人機同時編隊作業(yè)。

本發(fā)明的有益效果是，一個集群系統(tǒng)可以同時監(jiān)管、協(xié)調控制多臺無人機；系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集和處理能力，它能實時分析并預測無人機未來的狀態(tài)，當出現(xiàn)緊急的情況時，系統(tǒng)能夠自動接管飛機，可以有效避免撞擊、炸機、飛丟等一系列飛行事故；它也能夠整體規(guī)劃每架無人機的飛行路線并協(xié)調多臺無人機同時編隊作業(yè)。

附圖說明

圖1為無人機集群系統(tǒng)組成圖。

圖2為無人機通訊模塊的結構圖。

圖3為集群地面站的結構圖。

圖4為地面端天線陣列結構圖。

圖5為GPS標定桿的結構圖。

附圖標記：1、集群地面站，2、地面天線陣列，3、GPS標定桿，4、通訊模塊天線，5、無人機通訊模塊，6、通訊總線，7、地面站機箱，8、通訊電纜接口，9、復位按鈕，10、PC通訊口，11、控制桿，12、接管開關，13、通訊指示燈，14、地面站充電口，15、電源開關，16、PC機，17、天線，18、通訊模塊，19、通訊電纜接口，20、天線支撐桿，21、三腳架， 23、GPS指示燈，24、模式開關，25、電源開關，26、支撐桿，27、標定桿充電口，28、標定按鈕。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖1-5，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。

一種無人機集群管理系統(tǒng),由空中部分和地面部分兩部分組成。所述空中部分包括：無人機飛控模塊和無人機通訊模塊, 所述無人機通訊模塊包括天線4、空中射頻模塊5、總線接口6；總線接口6與無人機飛控模塊連接，取得無人機的相關信息，包括姿態(tài)、位置、距離、高度、速度、電壓、衛(wèi)星、遙控數(shù)據(jù)等；空中射頻模塊5負責把無人機相關的數(shù)據(jù)發(fā)送到地面，同時接收地面來的控制信號；無人機通訊模塊上有一復位按鍵，初始時，用來加入集群網(wǎng)絡。

所述地面部分包括：集群地面站1、地面天線陣列2、GPS標定桿3；集群地面站是數(shù)據(jù)處理中心，地面天線陣列2負責與無人機進行無線通訊，GPS標定桿3負責設定電子圍欄和提供差分坐標。

所述集群地面站包括：機箱7、通訊電纜接口8、復位開關9、電腦通訊口10、控制桿11、接管開關12、通訊指示燈13、充電口14、電源開關15、筆記本電腦16。通訊電纜接口8通過一根電纜與地面天線陣列2連接；復位開關用來恢復地面站參數(shù)，可以用來系統(tǒng)重組；電腦通訊口10與筆記本電腦16保持通訊鏈路，目前使用USB通訊；通訊指示燈13的閃爍代表地面站與無人機之間的通訊；接管開關12是個兩段式的撥動開關，打上時無人機的控制權在遙控器上，打下時地面站取代遙控器；這個時候地面站上的控制桿11就可以直接控制無人機了；集群地面站內置鋰電池供電，充電口14用來給電池充電的；電源開關15用來啟動整個集群地面站工作的；筆記本電腦16充當后臺服務器的角色，所以的數(shù)據(jù)都匯總到筆記本電腦16上顯示，所有的數(shù)據(jù)存儲，及Internet通訊都由它來完成。

所述地面天線陣列包括：通訊天線17、地面射頻模塊18、通訊電纜接口19、天線支撐桿20、三腳架21。通訊天線17配合地面射頻模塊18負責與無人機建立通訊鏈接，為了增加通訊實時性，目前設置了三個地面射頻模塊組，每個地面射頻模塊組與三臺無人機通訊，系統(tǒng)總容量為九臺無人機；每個模塊組之間為了避免串頻干擾，需要保持一定的間隔，目前使用三個天線支撐桿20各成120度夾角的形式來安裝地面射頻模塊18；各地面射頻模塊18之間的通訊線路匯總到電纜接口19，然后連接到地面站；三腳架21的作用是讓通訊天線17離地一定距離，避免地面吸收無線電波。

所述GPS標定桿包括：GPS指示燈23、模式開關24、標定按鈕28、電源開關25、充電口27、支撐桿26。GPS指示燈23用來顯示標定桿的工作狀態(tài)及搜星情況；模式開關24是一個兩段式的撥動開關，打上時標定桿工作在差分模式，打下時標定桿工作在設定電子圍欄模式；標定按鈕28用來校準無人機GPS的偏差；標定桿內置鋰電池，充電口用來給電池充電；支撐桿26用來把GPS裝置頂高，避免GPS受遮擋，提高搜星率。

以上提及標定桿兩種工作模式，一種是差分模式，差分模式時，標定桿插在地面某處不動，它定時發(fā)送一組經(jīng)緯度坐標到地面站，地面站上所有的無人機坐標都以該坐標為參考標準，消除誤差，提高定位精度。如何消除誤差目前的做法是使用標定桿來校準無人機，具體步驟是：1、把無人機與GPS標定桿放在一起。2、按下標定桿上的標定按鈕，標定桿會發(fā)送一組經(jīng)緯度坐標數(shù)據(jù)。3、把無人機的當前經(jīng)緯度坐標與標定桿的坐標做比較，計算偏差值。4、存儲該偏差值，以后該無人機的坐標都需要減去該偏差值，所得的坐標就和標定桿的一致了。5、把所有的無人機坐標都同步校準到標定桿上，那么無人機之間的坐標就相對精確了。

另一種是設定電子圍欄模式，該模式工作時，需要人拿著標定桿走動，間隔一定距離，標定桿就會自動記錄一個坐標點，當人走完一圈，重新再回到起始點時，它就形成一個閉合回路，這些坐標點數(shù)據(jù)共同組成一個虛擬的電子圍欄。

以上提及集群地面站采集了所有無人機的狀態(tài)和位置信息，以及可以計算出未來的位置信息，那么它就很容易做出判斷，某臺無人機是否在劃定的電子圍欄內、是否在指定的高度內飛行，或者估算出哪兩臺無人機可能會相撞或者會出危險，這時地面站就可以直接向無人機發(fā)送命令，讓其懸停、自動降落、返航等，也可以直接控制它。

集群地面站也可以為每架無人機規(guī)劃飛行路線，合理安排，在指定的區(qū)域協(xié)調作業(yè)。例如農(nóng)業(yè)噴灑，集群系統(tǒng)可以劃分每架無人機的噴灑區(qū)域，規(guī)劃合理的飛行路線，避免相撞。一個集群系統(tǒng)可以取代多名飛手，在目前飛手匱乏的背景下，最大滿足需求。

集群地面站配有筆記本電腦，所以的顯示都在筆記本電腦上完成，同時它還擔任后臺服務器的角色，所有無人機的姿態(tài)、飛行軌跡、控制、載荷平臺信息等都存儲在電腦上，筆記本還實時把這些信息上傳到Internet云服務上，作為大數(shù)據(jù)的一部分，同時可供第三方監(jiān)管部門調閱。

一種無人機集群管理系統(tǒng)的控制方法，所述控制方法包括以下步驟：

S1：系統(tǒng)對一定區(qū)域內的無人機進行數(shù)據(jù)采集，并且處理，實時分析并預測無人機未來的狀態(tài)；

S2：當分析得到的結果會出現(xiàn)意外事故時，系統(tǒng)自動接管多架無人機，整體規(guī)劃每架無人機的飛行路線并協(xié)調多臺無人機同時編隊作業(yè)。