基于无线紫外线通信的无人机集群防撞定位算法研究

刘涛; 贾遂民

doi:doi:10.3788/LOP57.212805

激光与光电子学进展, 2020, 57 (21): 212805, 网络出版: 2020-10-24

基于无线紫外线通信的无人机集群防撞定位算法研究下载： 886次

Collision Avoidance Algorithm for Unmanned Aerial Vehicle Group Based on Wireless Ultraviolet Communication

刘涛 ^*贾遂民

作者单位

郑州师范学院信息科学与技术学院, 河南郑州, 450044

图 & 表

图 1. NLOS 紫外线通信模型

Fig. 1. NLOS UV communication model

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图 2. 紫外线信标通信模型。(a)二维模型;(b)三维模型

Fig. 2. UV beacon communication model. (a) Two-dimensional model; (b) three-dimensional model

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图 3. 无线紫外线信标节点在2D和3D空间中的通信覆盖范围。(a) 2D空间;(b) 3D空间

Fig. 3. Communication coverage of a wireless UV beacon node in two- and three-dimensional spaces. (a) Two-dimensional space; (b) three-dimensional space

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图 4. 四节点定位模型

Fig. 4. Four-node positioning model

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图 5. 两架无人机的运动状态

Fig. 5. Movement status of two drones

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图 6. 向量共享法防撞

Fig. 6. Vector sharing method for collision avoidance

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图 7. 4种测距方式下的信号接收强度

Fig. 7. Received signal strength of four ranging methods

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图 8. NLOS下不同发射和接收角度下的信号接收强度

Fig. 8. Received signal strength of different transmitting and receiving angles under NLOS

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图 9. 不同测距模式下的紫外线测距误差

Fig. 9. UV ranging error at different ranging modes

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图 10. 2D和3D空间的定位结果。 (a) 2D空间;(b) 3D空间

Fig. 10. Positioning results of two- and three-dimensional spaces. (a) Two-dimensional space; (b) three-dimensional space

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图 11. 2D和3D空间定位精度

Fig. 11. 2D and 3D spatial positioning accuracy

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图 12. 两无人机避撞路径

Fig. 12. Two UAV collision avoidance paths

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图 13. 两架无人机之间的距离

Fig. 13. Distance between two UAVs

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表 1系统模型参数

Table1. System model parameters

Parameter	Value
Wavelength λ /nm	255
Average power T_x /mW	50
Effective areaA_r /mm	8×24
Typical Gain ofPMT G	10⁷
Quantum efficiencyη_r /%	25
Beam divergence angleof the transmitter ϕ₁ /(°)	6
Field of View ofthe receive ϕ₂/(°)	80
Atmospheric absorptioncoefficient K_a /km^-1	0.74
Mie scattering coefficientK_m/km^-1	0.25
Rayleigh scatteringcoefficient K_r/km^-1	0.24
Atmospheric scatteringcoefficient K_s/km^-1	0.49
Atmospheric extinctioncoefficient K_e/km^-1	1.23

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刘涛, 贾遂民. 基于无线紫外线通信的无人机集群防撞定位算法研究[J]. 激光与光电子学进展, 2020, 57(21): 212805. Liu Tao, Jia Suimin. Collision Avoidance Algorithm for Unmanned Aerial Vehicle Group Based on Wireless Ultraviolet Communication[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2020, 57(21): 212805.

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图 1. NLOS 紫外线通信模型

Fig. 1. NLOS UV communication model

图 2. 紫外线信标通信模型。(a)二维模型;(b)三维模型

Fig. 2. UV beacon communication model. (a) Two-dimensional model; (b) three-dimensional model

图 3. 无线紫外线信标节点在2D和3D空间中的通信覆盖范围。(a) 2D空间;(b) 3D空间

Fig. 3. Communication coverage of a wireless UV beacon node in two- and three-dimensional spaces. (a) Two-dimensional space; (b) three-dimensional space

图 4. 四节点定位模型

Fig. 4. Four-node positioning model

图 5. 两架无人机的运动状态

Fig. 5. Movement status of two drones

图 6. 向量共享法防撞

Fig. 6. Vector sharing method for collision avoidance

图 7. 4种测距方式下的信号接收强度

Fig. 7. Received signal strength of four ranging methods

图 8. NLOS下不同发射和接收角度下的信号接收强度

Fig. 8. Received signal strength of different transmitting and receiving angles under NLOS

图 9. 不同测距模式下的紫外线测距误差

Fig. 9. UV ranging error at different ranging modes

图 10. 2D和3D空间的定位结果。 (a) 2D空间;(b) 3D空间

Fig. 10. Positioning results of two- and three-dimensional spaces. (a) Two-dimensional space; (b) three-dimensional space

图 11. 2D和3D空间定位精度

Fig. 11. 2D and 3D spatial positioning accuracy

图 12. 两无人机避撞路径

Fig. 12. Two UAV collision avoidance paths

图 13. 两架无人机之间的距离

Fig. 13. Distance between two UAVs

表 1系统模型参数

Table1. System model parameters

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图 1. NLOS 紫外线通信模型

Fig. 1. NLOS UV communication model

图 2. 紫外线信标通信模型。(a)二维模型;(b)三维模型

Fig. 2. UV beacon communication model. (a) Two-dimensional model; (b) three-dimensional model

图 3. 无线紫外线信标节点在2D和3D空间中的通信覆盖范围。(a) 2D空间;(b) 3D空间

Fig. 3. Communication coverage of a wireless UV beacon node in two- and three-dimensional spaces. (a) Two-dimensional space; (b) three-dimensional space

图 4. 四节点定位模型

Fig. 4. Four-node positioning model

图 5. 两架无人机的运动状态

Fig. 5. Movement status of two drones

图 6. 向量共享法防撞

Fig. 6. Vector sharing method for collision avoidance

图 7. 4种测距方式下的信号接收强度

Fig. 7. Received signal strength of four ranging methods

图 8. NLOS下不同发射和接收角度下的信号接收强度

Fig. 8. Received signal strength of different transmitting and receiving angles under NLOS

图 9. 不同测距模式下的紫外线测距误差

Fig. 9. UV ranging error at different ranging modes

图 10. 2D和3D空间的定位结果。 (a) 2D空间;(b) 3D空间

Fig. 10. Positioning results of two- and three-dimensional spaces. (a) Two-dimensional space; (b) three-dimensional space

图 11. 2D和3D空间定位精度

Fig. 11. 2D and 3D spatial positioning accuracy

图 12. 两无人机避撞路径

Fig. 12. Two UAV collision avoidance paths

图 13. 两架无人机之间的距离

Fig. 13. Distance between two UAVs

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