我有两架运行良好的无人飞行器（飞机）。他们可以使用GPS自动飞到各个航路点。

现在我希望它们一起飞翔。我希望他们并排飞得很近。这太近了，无法可靠地使用GPS来确保它们安全地保持正确的相对位置，因此我正在寻找另一种方法。

无人飞机需要以某种方式能够在空中测量其位置和方向相对于另一个空间。我怎样才能做到这一点？是否有某种传感器可以做到这一点？它需要具有以下属性：


6轴（位置和方向）
范围0m-5m（从飞机中心之间，但是飞机实际上永远不会轻触翼尖）
白天或黑夜均可在所有天气条件下工作
重量轻（这是1.5m翼展RC飞机的重量，因此最大额外重量约为100g）
大概需要50Hz-100Hz刷新率，但使用IMU填补空白可能会少一些


#1 楼

距离有多近？如果他们使用相同品牌和型号的GPS装置，则可以使用通过GPS计算的相对位置。在这种情况下，两辆车的许多GPS错误源都是相同的（例如，大气，任何内置GPS过滤）。每辆车都可以向另一辆车广播其状态向量。

#2 楼

如果两个独立的GPS单元足够相似，可能会足够准确（如ViennaMike所建议的），如果它们从同一位置获得锁，并遵循大致相同的路径（因此累积的差分GPS误差大致相同），并且定期重新同步。

，如果您在两个设备之间也有某种接近度测量方法，则可能会大大帮助您。

将它们从固定位置移开一定距离。彼此同步两个差分GPS锁定并校准接近度阈值（起始距离，太近的阈值和太远的阈值）。然后，您可以使用接近传感器的距离来判断gps锁是否漂移得太多（它们变得比应有的接近或相距更远）。

我相信一个选项可以同时提供大致的接近度两个无人机之间的信息和数据通信将是蓝牙。将两台设备配对后，您就可以从一对无线电中获得设备内通信和粗略的接近度信息。

搜索Bluetooth Proximity使我看到RSSI的使用（已接收信号强度指示器）作为一种接近度的量度，从而使用RSSI和最小二乘估计＃进行蓝牙室内定位，这可能会为您提供一些有趣的想法。

＃Stack Exchange认为原始的链接http://202.175.25.24/papers/2010/fcc2010yapeng.pdf无效，因此不要让我将其用作链接，因此我使用了Google包装的链接。

评论

$ \ begingroup $
显然，基于IP的链接是不可靠的，但是您可以将它们放在代码块中，因此不必使用＃。另外，我们是否可以在其他地方托管文档？
$ \ endgroup $
– Rocketmagnet
2012年11月7日13:35


#3 楼

彼此之间的紧密程度很重要。我看到了0-5m的范围，但是如果您建议它们可能会碰，或者几乎不会碰，那么您会遇到困难。轻量也是一个模糊的术语，需要对其进行更好的定义才能充分回答您的问题。尽管如此，仍有一些事情要牢记：


增强型GPS可以使您达到亚英寸精度。这可能会涉及到额外的天线，因此空间和重量可能是个问题。您还必须确保在错误的时间不会丢失GPS精度，这在某些系统上已经见过。
如geez建议的那样，IMU对于6自由度跟踪非常有用。
您几乎可以肯定知道这一点，但是3D运动使这成为一个棘手的问题。避免碰撞相对容易，但是要确保这两种方法之间的正确形成以感测另一辆车，就需要进行广泛的检测。
诸如MS的Kinect之类的传感器将使您获得约0.6m至3m的3D感测能力，但是在一个相对较窄的圆锥体中，因此您需要几个覆盖整个平面。而且，它们的速度还不够快，在恶劣的天气中也会遇到麻烦。确实是大多数天气。我不知道有任何户外额定值的变体，尤其是在寒冷/潮湿的环境中（镜头上的冷凝水会杀死该传感器）。
这也使我想到另一个问题：速度。飞机都相当快，但是滑翔机也快，超音速喷气机也快，所有范围都在这之间。刷新率与无人机之间的距离将是一个非常重要的考虑因素。当无人机相距几米时，是否需要30-60hz的时间来校正它们，还是需要接近100hz的东西？
如果30-60Hz足够，您可能会用独特的样式标记您的无人机，并使用光学器件检测该样式，然后结合GPS等，将其用于近距离物体。直接图像检测的问题在于，它的计算量很大，有时很难完成，特别是取决于您的数学技能。像Kinect一样，您必须有一种使镜头保持清洁的方法，但是在这种情况下，我不认为这是一个棘手的问题，因为您在相机上有很多选择。并不是说这很容易，但是比使用Kinect样式的传感器要容易。
XBee很酷，但是它都是基于数据包的，因此在单元之间传输时有最大的刷新率。您可能还需要对丢失的数据包有一定的容忍度。

因此，目前尚无确定的答案，但是通过缩小域范围，我们可能会为您提供更多帮助。大小，重量，最小距离和最大速度限制都将严重影响您可能采用的解决方案。

根据其他信息进行更新：

嗯。我认为没有理想的解决方案。超声波阵列可以避免碰撞，但是据我所知，没有一个高刷新率3D传感器会在飞机周围0-5m范围内产生气泡。如果要扩大规模，则可以使用Velodyne激光之类的工具进行类似的操作，但是如果没有在软件端进行工作，环境条件将使这种情况不理想。

认真考虑公差。他们能够在翼尖的X厘米内飞到翼尖至关重要吗？它们是否需要共面，或者如果一个例如比另一个高+/-米，只要它们不发生碰撞就可以了吗？您可能还会看到在飞机的导航智能装置上是否有选择，因此，只要它们在公差范围内遵循其飞行计划，它们就会保持安静，但是如果它们偏离航向（或其他任何方向），则它们向其他无人机发出警报，告知他们知道的错误。差分系统可能就足够了，尽管我认为这样做的测试周期会很令人兴奋。

此外，请检查增强型GPS系统，看看是否有人制造了轻量级版本。我见过的大多数拖拉机都是农业用的，因此他们更渴望使其成为拖拉机的理想之选，但值得一看。

评论

$ \ begingroup $
感谢您的回答。我在问题中添加了一些规格。
$ \ endgroup $
– Rocketmagnet
2012年11月7日在22:21
$ \ begingroup $
安装类似Kinect的东西可能意味着过多的重量，特别是因为它需要某种功能强大的PC来处理数据。基于相机的解决方案也可能无法正常工作，因为我无法保证视觉清晰度。可能是黑暗，有雾，多云，冒烟等。
$ \ endgroup $
– Rocketmagnet
2012年11月7日在22:25
$ \ begingroup $
根据您的新信息，我在评论中添加了一些其他想法。
$ \ endgroup $
– Brian G. Geiger
2012年11月8日15:38

#4 楼

6自由度有点困难。您可以实现愿景，但是很难实现。您说无人机正在使用GPS进行本地化；您是否也在使用IMU + Kalman过滤？对于接近检测，您可以尝试使用红外/超声波传感器，例如https://www.sparkfun.com/products/242。您可以将其与Kalman滤波器结合使用以获得相对位置估计值，并直接从Kalman滤波器获取方向。

尽管我认为如果您使用的是GPS + IMU + Kalman，然后将估计状态广播到每个假设GPS单位的校准方法类似，则其他（XBee？）可能就足够了。您可以通过减去惯性系中的方向来轻松计算相对方向。

#5 楼

取决于要使用多少GPS信号，可以使用某种形式的差分GPS来比使用WGS84输出所提供的方式更精确地计算它们的相对位置。基本上，这将消除大多数来自大气效应和星历误差的误差。

确切的精度取决于所使用的接收器和算法，尤其是是否还要使用载波相位差。 ...但是我的猜测是，您可以达到1或2米的精度。

#6 楼

您可以将gps系统用于远程协调，将高度计用于高度，将超声波传感器用于近程协调。当飞机靠近时，超声波传感器将用于防止碰撞。唯一的额外重量将是超声波传感器和高度计。