【摘 要】
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与单无人机作业相比,多无人机协同作业能完成许多更加丰富复杂的任务,而位置信息作为无人机实现导航控制所必需的关键信息,其精度以及可靠性对多于无人机协同作业的重要性不言而喻。在多无人机系统中,除了传统的GNSS观测信息外,还可以利用上无人机间的相对观测信息,例如相对距离观测信息,从而实现无人机之间的协同定位。本文围绕多无人机之间位置信息的求解问题,设计了一种基于GNSS/UWB的分布式协同定位方法。在
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与单无人机作业相比,多无人机协同作业能完成许多更加丰富复杂的任务,而位置信息作为无人机实现导航控制所必需的关键信息,其精度以及可靠性对多于无人机协同作业的重要性不言而喻。在多无人机系统中,除了传统的GNSS观测信息外,还可以利用上无人机间的相对观测信息,例如相对距离观测信息,从而实现无人机之间的协同定位。本文围绕多无人机之间位置信息的求解问题,设计了一种基于GNSS/UWB的分布式协同定位方法。在该方法中采用超宽带技术（Ultra Wide Band,UWB）实现无人机之间高精度的相对距离测量,除此之外还采用ZigBee通信技术进行无人机之间信息的交换和共享,然后将GNSS观测信息以及无人机间相对距离观测信息进行数据融合,最终实现位置信息的协同解算,在数据融合估计中还引入了抗差估计,使得融合估计结果的可靠性得到了保证。本文的主要内容如下:（1）针对多无人机协同定位问题,本文基于因子图理论构建了一套分布式数据融合框架,在无人机之间引入消息传送与接收以实现信息共享,然后采用和积算法求取无人机节点位置信息的边缘概率密度函数,最后采用以最小均方误差估计器对无人机状态进行估计。（2）为了保证估计结果的可靠性,本方法在各个观测量上引入方差膨胀系数,然后根据IGGⅢ抗差方案,在残差的基础上将观测数据划分进保留区、膨胀区、淘汰区,并对膨胀系数进行估计,从而以合理的方式对异常观测数据进行利用,提高系统的鲁棒性。（3）基于本文提出的GNSS/UWB分布式协同定位方法,本文设计了一套硬件实验平台,并使用其采集真实的观测实验数据,以实验的方式来验证算法在真实环境下的有效性。本文采用仿真与实验相结合的研究方法,仿真及实验结果均表明,与单体无人机定位相比,本文设计的基于GNSS/UWB的分布式协同定位方法具有更高的定位精度,除此之外,在存在异常观测数据的条件下,本方法也能正确的估计出无人机的位置信息,因而使得系统具有较强的鲁棒性。
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