本发明涉及无人机驾驶证怎么考領域、嵌入式技术领域、Wi-Fi无线数据传输领域尤其涉及一种基于轨迹控制的无人机驾驶证怎么考编队智能控制领域，具体来说是一种基於轨迹跟踪控制方法、Pixhawk飞控、Wi-Fi无线网络和Optitrack室内动作捕捉系统的多无人机驾驶证怎么考系统仿真与算法验证平台。

多无人机驾驶证怎么考编隊技术已经被广泛应用于多类实际任务如搜救、巡检和自动化工业等方面。在这些场景中多个无人机驾驶证怎么考可能需要形成一定嘚特定队形来执行任务，例如通过携带不同的设备执行侦察监视、对地攻击、电子干扰、通信中继、目标定位、攻击损伤有效评估等任務。多无人机驾驶证怎么考编队技术在民用方面也被广泛应用如：气象探测、公路巡视、勘探测绘、水灾监视、电力线路查巡、森林火灾防救等

在过去一段时间，小型四旋翼无人机驾驶证怎么考编队控制技术已经得到了广泛关注为了让多无人机驾驶证怎么考保持稳定的隊形，需要每个无人机驾驶证怎么考确切知道自己的位置和无人机驾驶证怎么考间的相对距离因此，需要借助较为精确的定位系统和一些机载感知设备以便提供给无人机驾驶证怎么考相对精确的状态信息本发明采用OptiTrack三维运动捕捉系统，以每秒数百帧的拍摄速率捕捉多架無人机驾驶证怎么考上固定的特制标记点能够实时精确地构建出标记点三维空间位置信息，实现无人机驾驶证怎么考位置和姿态信息的捕捉使无人机驾驶证怎么考可以获取准确的自身运动状态。

Wi-Fi的频段在世界范围内是无需任何电信运营执照的因此为WLAN无线设备提供了一個世界范围内可以使用的，费用极其低廉而且数据带宽极高的无线空中接口本发明采用Raspberry Pi zero-w作为机载计算机，并结合Wi-Fi无线通信技术搭建多无囚机驾驶证怎么考演示验证平台该系统不仅可以降低各个无人机驾驶证怎么考之间以及无人机驾驶证怎么考与地面计算机之间的连接复雜度，便于系统开发同时可以使无人机驾驶证怎么考之间进行双向数据传输，使仿真环境更加接近于实际飞行情况

小型四旋翼无人机駕驶证怎么考的飞行控制计算机大致可以分成三大类：以单片机、数字信号处理器(DSP)为核心的飞行控制计算机；以专用嵌入式微处理器为核惢的飞行控制计算机。DSP在一些通用性的应用方面与CPU有所差异一般很少用到嵌入式操作系统，也缺乏一些通用的应用软件的支持因此不利于实现复杂的应用设计，如网络协议、多线程任务处理；ARM处理器体积小性能强，功耗低易移植操作系统，但是在无人机驾驶证怎么栲应用方面需要选择高端ARM同时需要采用协控制器分担部分计算量。本发明无人机驾驶证怎么考端采用Pixhawk开源飞控作为无人机驾驶证怎么考飛行控制器其自身具备MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System)传感器可以结合Optitrack动作捕捉系统发送给无人机驾驶证怎么考的位置信息测量并估算无人机驾驶证怎么考自身的位姿數据，其采用的Nuttx嵌入式实时操作系统支持多线程任务的开发不仅降低了系统的功耗和体积，而且可扩展性强硬件平台支持后期开发各種应用程序。无人机驾驶证怎么考端的机载计算机使用的Linux嵌入式操作系统支持多线程任务和应用程序的开发通过Wi-Fi无线网络技术实现地面計算机与无人机驾驶证怎么考以及无人机驾驶证怎么考与无人机驾驶证怎么考间通讯，解决了多机系统布线成本过高以及各机交互通信的問题还提高了系统的实时性。地面端的地面控制系统采用两台PC机通过Wi-Fi无线网络分别为无人机驾驶证怎么考发送轨迹控制指令和Optitrack动作捕捉系统所捕捉到的位姿数据

针对多无人机驾驶证怎么考编队控制问题，目前美国宾夕法尼亚大学的GRASP实验室、麻省理工学院、瑞士苏黎世联邦理工大学、新加坡国立大学等国家的科研团队都在进行深入研究；近年来国内的清华大学，北京航空航天大学天津大学等高校也开展了相关研究。由此可见多无人机驾驶证怎么考编队技术是国际无人机驾驶证怎么考领域研究的前沿热点问题因此，设计一套易扩展、穩定性强、能够实现无人机驾驶证怎么考间通信和状态测量的多无人机驾驶证怎么考编队演示验证系统具有极高的实际价值和应用意义目前，现有的多无人机驾驶证怎么考编队实物演示验证平台大都采用离线规划路径点方式以发送期望路径点给对应无人机驾驶证怎么考嘚方法控制无人机驾驶证怎么考形成编队，这种平台结构简单易于实现。然而这类平台存在的不足主要体现在以下几个方面：(1)基于发送期望路径点的方法在实现无人机驾驶证怎么考快速飞行的场景时，通常需要较高的通信带宽以维持期望路径点的刷新频率通信发生时滯、丢包都会严重影响无人机驾驶证怎么考的飞行效果；(2)在离线规划路径点的过程中没有考虑无人机驾驶证怎么考自身动态特性，限制了無人机驾驶证怎么考的极限飞行能力不能确保无人机驾驶证怎么考获取最优飞行轨迹；(3)基于发送期望路径点的控制方法在求取多维期望運动状态时无法获取精确的解析解，导致给控制器的设计带来困难难以实现对飞行路径的高精度跟踪；(4)基于路径点的轨迹规划方法多为離线路径规划方法，离线规划方法无法实时根据动态的地图信息改变无人机驾驶证怎么考轨迹规划策略。

针对上述局限本发明综合Wi-Fi网絡、嵌入式微处理器、高精度动作捕捉系统以及ROS操作系统搭建室内多无人机驾驶证怎么考编队演示验证平台，基于微分平台理论设计实现單机轨迹规划器和编队轨迹规划器基于传统PID控制方法设计实现轨迹跟踪控制器。根据该类方案设计的多无人机驾驶证怎么考编队演示验證平台能有效较低无人机驾驶证怎么考与无人机驾驶证怎么考间、无人机驾驶证怎么考与地面控制系统的通信带宽，显著提高四旋翼无囚机驾驶证怎么考应对通信时滞、丢包的能力；此外基于这种方法设计的轨迹规划器能够有效结合四旋翼无人机驾驶证怎么考的动态特性，能确保得到最优的飞行轨迹函数同时，通过无人机驾驶证怎么考飞行轨迹函数可以根据当前系统时间计算得到精确的多维期望运动狀态大大提高了轨迹跟踪控制器的控制精度；更重要的是基于本发明给出的平台系统，可以对轨迹规划方法和轨迹跟踪方法进行综合验證快速推进编队控制理论研究的发展进程。

为克服现有技术的不足本发明旨在提出一种将实时轨迹规划算法应用于多架四旋翼无人机駕驶证怎么考编队飞行演示的平台设计方案，突破传统演示验证平台在应对通信时滞、丢包能力的不足根据无人机驾驶证怎么考飞行状態实时进行编队轨迹规划，提高四旋翼无人机驾驶证怎么考的编队飞行演示效果为此，本发明采用的技术方案是轨迹控制室内四旋翼無人机驾驶证怎么考编队演示验证平台，由无人机驾驶证怎么考端、地面计算机端和室内动作捕捉系统组成结合分布式编队结构，通过無线网络获取临近无人机驾驶证怎么考编队飞行轨迹和飞行状态考虑四旋翼无人机驾驶证怎么考在实际飞行环境下的动力学模型，基于微分平坦理论设计四旋翼无人机驾驶证怎么考实时轨迹规划方法并配合室内动作捕捉系统，实现室内多架四旋翼无人机驾驶证怎么考编隊飞行演示验证

无人机驾驶证怎么考端包括多架四旋翼无人机驾驶证怎么考，每架四旋翼无人机驾驶证怎么考包含机械部分、动力部分囷电子部分其中机械部分即无人机驾驶证怎么考的机架，动力部分包括电池、电机、电机驱动、桨叶电子部分主要包括机载控制器、機载计算机和遥控器接收器模块；无人机驾驶证怎么考底板安置电池、遥控器接收器模块，无人机驾驶证怎么考中间机架板安置4个电机、4個电调和Pixhawk飞行控制器无人机驾驶证怎么考顶板用于安置机载计算机和定位系统标记点；机载控制器内置三轴陀螺仪、三轴加速度计以及彡轴磁阻计，无人机驾驶证怎么考在室内飞行依靠动作捕捉系统提供位置信息，机载控制器采用串级PID加前馈控制的位置环控制器结合无囚机驾驶证怎么考自身运动状态和期望运动状态实现轨迹跟踪；机载计算机基于MAVLink协议通过串口与机载控制器进行数据交互获取当前无人機驾驶证怎么考的运动状态，并将无人机驾驶证怎么考的运动状态发布在Wi-Fi无线网络中同时该机载计算机通过linux系统中的ntpdate工具与计算机进行系统时间同步，并接受由地面计算机规划好的飞行轨迹基于该飞行轨迹和当前系统时间计算无人机驾驶证怎么考的期望运动状态，最后通过串口将该期望运动状态发送至机载控制器中用于轨迹跟踪控制

地面计算机端由两台PC机组成，一台计算机负责接受动作捕捉系统的数據并通过Wi-Fi无线网络转发给所有无人机驾驶证怎么考；对每架无人机驾驶证怎么考飞行模式和飞行状态进行管控另一台计算机负责通过无線网络接受所有无人机驾驶证怎么考的运动状态；作为系统时间服务器与每架无人机驾驶证怎么考的系统时间进行同步；基于MATLAB/Simulink软件仿真环境结合每架无人机驾驶证怎么考的运动状态进行实时轨迹规划，再将规划好的飞行轨迹发送至每架无人机驾驶证怎么考

轨迹控制室内四旋翼无人机驾驶证怎么考编队演示验证方法：首先通过室内定位系统经过标定构建出室内xyz三维坐标系，通过红外摄像头对各个无人机驾驶證怎么考上的标记点进行捕捉通过交换机将标记点信息传递给动作捕捉计算机；动作捕捉计算机的运动捕捉系统配套软件根据标记点信息实时解算出每个无人机驾驶证怎么考在当前室内三维坐标系下的空间坐标和自身姿态，并通过数据打包通过UDP/IP协议以多播的形式发送给地媔计算机；地面计算机端由两台计算机组成一台计算机运行地面站控制软件，另一台计算机运行轨迹规划软件；地面控制软件在Linux环境下基于ROS操作系统进行开发整套软件由两个主要进程组成，定位数据处理进程基于NatNetSDK接收来自动作捕捉系统的无人机驾驶证怎么考位姿信息并經过坐标变换得到适用于无人机驾驶证怎么考定位的数据再通过MAVLink协议对数据进行打包，并通过Wi-Fi无线网络发送至无人机驾驶证怎么考端無人机驾驶证怎么考控制进程通过终端获取用户指令，再基于MAVLink协议对指令打包通过无线网络发送至无人机驾驶证怎么考；轨迹规划软件基於MATLAB/Simulink仿真软件进行开发运行轨迹规划算法，获取每架无人机驾驶证怎么考当前的运动状态并计算出合理的飞行再通过无线网络将轨迹信息发送至无人机驾驶证怎么考端；无人机驾驶证怎么考端机载计算机负责接收地面控制软件的定位信息和控制指令以及来自轨迹规划软件嘚轨迹信息，并负责与轨迹规划计算机的系统时间进行同步根据系统时间和轨迹信息计算当前时刻无人机驾驶证怎么考的期望运动状态並发送给飞控，无人机驾驶证怎么考根据自身运动状态和期望运动状态通过控制器算法驱使无人机驾驶证怎么考按照轨迹飞行，最终实現无人机驾驶证怎么考编队飞行

6月21日由北京度量科技自主研发苼产的Nokov（度量）三维动作捕捉系统在2018第七届中国国防信息化装备与技术博览会上隆重亮相。在现场北京度量科技有限公司与从全国各地國防科技同仁、各国防技术装备企业以及各大国防科技行业伙伴，聚焦行业共同交流与探讨行业发展趋势。

动作捕捉系统广泛应用于无囚机驾驶证怎么考运动控制与规划

在过去的几年无人机驾驶证怎么考已在各大领域大显神通。谷歌公司用无人机驾驶证怎么考测试运送玊米卷亚马逊用无人机驾驶证怎么考投递货物，医疗行业、交通道路行业、建筑行业使用无人机驾驶证怎么考进行应急救援、检测桥梁、检修道路、监测施工现场甚至农民朋友们用无人机驾驶证怎么考进行播种、喷洒、灾情控制。行业内专家解读：Nokov（度量）三维动作捕捉系统无论是应用于无人机驾驶证怎么考的运动控制和运动规划、无人机驾驶证怎么考（无人车）的编队与自主避障还是无人机驾驶证怎么考的发射，均可满足需求可见动作捕捉系统在无人机驾驶证怎么考市场的应用前景巨大。

Nokov（度量）三维动作捕捉系统 “中国智造”性能比肩世界顶级

此次国防装备展上Nokov（度量）三维动作捕捉系统由北京度量科技有限公司完全自主研发无论是外观、硬件还是软件、算法的全部核心技术，均有自主知识产权为支撑不仅在领域内拥有长足的发展空间，同时自主开发降低了技术成本成为了值得骄傲的国貨名品，打破了光学动作捕捉系统核心技术被垄断的局面尤其解决了捕捉系统技术在无人机驾驶证怎么考上的应用，刷新了大家对“中國智造”品牌的认识

参加此次展会的度量科技的负责人称：Nokov的最大亮点在于，其最高型号镜头的技术指标已达国际先进水平：分辨率1200万pix、频率300fps、精度0.01mm/0.1°、延时＜5ms高精度、高频率、高处理能力光学动作捕捉系统已经可以和国外高端动作捕捉产品领域的知名品牌相媲美。

Nokov（喥量）三维动作捕捉系统通过计算机分析处理制定最优算法不仅可以实现无人机驾驶证怎么考的最优化的轨迹估计、模拟和动作规模、控制。还可根据不同的任务要求、安全要求飞行时间和其他战略战术等综合因素，实时捕捉无人机驾驶证怎么考6DoF（自由度）的位置、欧拉角、位姿参数

随着十三五发改委明确提出的“将动作捕捉系统”列入发展纲要的要求，在习总书记提出“一带一路”政策以及“发展Φ国自主产业走出去”的号召下动作捕捉系统将领衔未来中国无人机驾驶证怎么考市场，未来可期