技术领域
[0001] 本
发明属于集群控制与导航定位技术领域，尤其涉及一种基于RFID集群内部导航定位系统、方法。
背景技术
[0002] 大规模集群运动控制的
基础是集群定位，要求集群内每个运载体能够按照规划的路线进行运动，完成集群控制任务。对于集群定位而言其核心是解决集群内相对定位的问题，现有编队/集群定位大多采用的是“
单体绝对定位+集群通讯”的方式，由绝对定位反解出集群内部的相对
位置关系，这要求保证单体绝对定位的性能。随着集群规模的增加，保证集群内每个单体在整个任务中定位零故障的概率逐渐减低，而对于无人系统单体定位性能的下降极易引起集群内载体的相互碰撞，影响执行任务的效率甚至导致任务失败，因此需要考虑提升集群整体的定位能
力。
[0003] IMU/GPS组合是目前各类运载体平台最常用的导航定位方式，也是集群内每个单体实现绝对定位必备的导航
传感器。通过选择高性能的IMU可以提升单体绝对定位能力，从而提升集群整体定位能力，但其尺寸重量大、成本高，不是一种经济的导航方式。另外IMU自身
精度随时间发散，当GPS失效时，单纯提升IMU性能也难以在任务周期内保证足够的精度。
磁场和重力场等匹配技术能够作为GPS的备份手段，提升无GPS时的单体绝对定位性能，但原理上其绝对定位精度有限，不满足高
密度集群的使用要求。总体而言，单纯依赖于绝对定位的集群定位架构难以有效解决目前所面临的问题。另一种思路是建立相对定位关系作为辅助手段，加强集群定位能力。
激光雷达和视觉等相关技术可以获得高精度的相对定位关系，但一来激光和视觉传感器的成本高，二来其受环境因素约束无法实现全天候工作，在集群定位工程应用上受限。
[0004] 综上所述，
现有技术存在的问题是：(1)IMU/GPS组合当GPS失效时，靠单纯提升IMU的性能在任务周期内导航精度较低。
[0005] (2)磁场和重力辅助技术手段可在GPS失效时辅助定位，但精度相对较低，难以满足高密度集群使用要求。
[0006] (3)激光、视觉等相关技术成本高且无法全天候工作使用受限。
发明内容
[0007] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于RFID集群内部导航定位系统、方法及运载体平台。
[0008] 本发明是这样实现的，一种基于RFID集群内部导航定位系统，所述基于RFID集群内部导航定位系统包括：
[0009] 导航定位控
制模块，用于利用局部通讯网络内其他载体的信息辅助定位；
[0010] 识别通讯模块，用于实现对应的单体之间建立起通讯联系，实现集群内局部通讯的建立，同时以设定的RFID识别距离作为辅助信息，辅助完成集群内部的定位。
[0011] 进一步，所述导航定位
控制模块包括：IMU、GPS、磁力计、气压计、导航控制处理器；
[0012] IMU与GPS、磁力计、气压计组合实现导航定位功能；IMU敏感运载体自身的
角速度和
加速度并利用敏感到的信息完成导航解算，IMU提供连续实时的全量导航信息；
[0013] GPS辅助IMU完成速度、位置和
水平
姿态的信息修正，磁力计辅助IMU完成航向的信息修正，气压计辅助IMU完成高度信息的修正；
[0014] 导航控制处理器实现控制功能，利用修正后的实时定位信息和任务规划的位置信息生成控制指令，控制运载体生成机动，按照规划的路线完成机动。
[0015] 进一步，所述识别通讯模块包括：RFID系统、通讯模块；
[0016] 所述RFID系统由RFID读写器、RFID标签及天线组成；RFID标签与RFID读写器之间通过耦合元件实现射频
信号的耦合，完成
能量的传递、数据的交换；RFID系统通过RFID读写器的设置控制读写距离，达到对进入范围内的RFID标签进行识别的功能；在识别通讯模块中，RFID系统识别进入范围内的集群内其他单体，并将该单体信息发送给通讯模块，通讯模块与对应的单体之间建立起通讯联系，实现集群内局部通讯的建立，同时以设定的RFID识别距离作为辅助信息，辅助完成集群内部的定位。
[0017] 本发明的另一目的在于提供一种执行所述基于RFID集群内部导航定位系统的基于RFID集群内部导航定位方法，所述基于RFID集群内部导航定位方法包括：
[0018] 第一步，根据集群控制任务设定安全识别距离，并
选定对应的RFID读写器工作
频率；
[0019] 第二步，IMU/GPS/磁力计/气压计完成组合导航定位功能，将导航信息发送给导航控制处理器；
[0020] 第三步，导航控制处理器根据当前定位信息和规划路径信息调整控制参数，控制载体运动；
[0021] 第四步，当两运载体之间间距小于安全距离时，RFID系统识别出进入距离的载体，并将对应载体信息发送给通讯模块；
[0022] 第五步，通讯模块与进入安全距离的载体之间建立局部通讯，并将自身状态、定位、规划路径等信息发送给对方，同时将接收到的对方的信息发送给导航控制处理器；
[0023] 第六步，导航控制处理器根据自身及对方的工作状态，判断进行双方工作状态的
异常检测；
[0024] 第七步，当两运载体之间间距大于安全距离时，RFID系统识别出该状态，并将对应的信息发送给通讯模块，通讯模块将二者之间间距处于安全距离的状态发送给导航控制处理器后，双方通讯中断。
[0025] 进一步，所述步骤六中当判断自己异常时，利用正常载体的定位信息、两个载体在集群内的队形位置关系、RFID的识别距离得到位置修正量；利用该修正量修正自身位置；根据修正后的位置及规划路线信息生成对应的控制量修正载体运动，向正常的路径上靠拢；并向外发送自身处于定位异常的状态。
[0026] 进一步，所述步骤六中根据两个载体在集群内的队形位置关系和实时机动特性生成控制量，调整自身运动轨迹进行规避动作，避免与异常的运载体直接相撞；并向外发送自身处于规避机动的状态。
[0027] 进一步，所述步骤六中当判断双方都正常时，计算两载体间距小于识别距离的时间，当在
阈值时间T内两载体不做处理，当超出阈值时间T时根据两单机在集群内的队形位置，选择远离集群中心的单机做规避机动；并向外发送自身处于规避机动的状态；所述规避机动根据两个载体在集群内的队形位置关系和实时机动特性生成控制量，调整自身运动轨迹进行规避动作，避免与异常的运载体直接相撞；并向外发送自身处于规避机动的状态。
[0028] 进一步，所述步骤六中当双方都异常时，根据两个载体在集群内的队形位置，选择远离集群中心的单机做规避机动；并外发送自身处于定位异常的状态；
[0029] 所述规避机动根据两个载体在集群内的队形位置关系和实时机动特性生成控制量，调整自身运动轨迹进行规避动作，避免与异常的运载体直接相撞；并向外发送自身处于规避机动的状态。
[0030] 本发明的另一目的在于提供一种实现所述基于RFID集群内部导航定位方法的信息
数据处理终端。
[0031] 本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的基于RFID集群内部导航定位方法。综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明建立集群内部的交互机制，通过相对导航的方式，利用集群内正常单体的定位信息辅助出现异常的单体完成定位，提升集群整体的定位能力。RFID技术可以实现一定范围内物体的识别，其兼具了测距与识别两项功能，借助该特性建立辅助定位功能，实现集群内部的定位，帮助实现集群控制。利用RFID标签唯一性和RFID识别距离的可控性，在集群内建立起局部通讯网络，导航定位控制模块利用局部通讯网络内其他载体的信息辅助定位，完成集群控制：本发明具有成本低、系统复杂性小、可扩展性强、适用于二维/三维集群控制等优点。本发明单独RFID一套系统的成本在百元级别，而现有技术激光雷达和摄像头实现对应的全方位识别成本至少在千元级别。
附图说明
[0032] 图1是本发明
实施例提供的基于RFID集群内部导航定位系统的结构示意图；
[0033] 图中：1、导航定位控制模块；2、识别通讯模块。
[0034] 图2是本发明实施例提供的基于RFID集群内部导航定位方法
流程图。
[0035] 图3是本发明实施例提供的基于RFID集群内部导航定位系统的导航定位控制模块示意图。
[0036] 图中：3、IMU；4、GPS；5、磁力计；6、气压计；7、导航控制处理器；8、RFID读写器；9、RFID标签；10、天线；11、通讯模块。
[0037] 图4是本发明实施例提供的基于RFID集群内部导航定位方法实现流程图。
[0038] 图5是本发明实施例提供的二维集群系统示意图。
具体实施方式
[0039] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0040] 现有技术中，IMU/GPS组合当GPS失效时，靠单纯提升IMU的性能在任务周期内导航精度较低。磁场和重力辅助技术手段可在GPS失效时辅助定位，但精度相对较低，难以满足高密度集群使用要求。激光、视觉等相关技术成本高且无法全天候工作使用受限。
[0041] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于RFID集群内部导航定位系统、方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
[0042] 如图1所示，本发明实施例提供的基于RFID集群内部导航定位系统包括：导航定位控制模块1、识别通讯模块2。
[0043] 导航定位控制模块1，用于利用局部通讯网络内其他载体的信息辅助定位。
[0044] 识别通讯模块2，用于实现对应的单体之间建立起通讯联系，实现集群内局部通讯的建立，同时以设定的RFID识别距离作为辅助信息，辅助完成集群内部的定位。
[0045] 如图2所示，本发明实施例提供的基于RFID集群内部导航定位方法包括以下步骤：
[0046] S201：根据集群控制任务设定安全识别距离，并选定对应的RFID读写器工作频率。
[0047] S202：IMU/GPS/磁力计/气压计完成组合导航定位功能，将导航信息发送给导航控制处理器。
[0048] S203：导航控制处理器根据当前定位信息和规划路径信息调整控制参数，控制载体运动。
[0049] S204：当两运载体之间间距小于安全距离时，RFID系统识别出进入距离的载体，并将对应载体信息发送给通讯模块。
[0050] S205：通讯模块与进入安全距离的载体之间建立局部通讯，并将自身状态、定位、规划路径等信息发送给对方，同时将接收到的对方的信息发送给导航控制处理器。
[0051] S206：导航控制处理器根据自身及对方的工作状态，判断进行双方工作状态的异常检测。
[0052] S207：当两运载体之间间距大于安全距离时，RFID系统识别出该状态，并将对应的信息发送给通讯模块，通讯模块将二者之间间距处于安全距离的状态发送给导航控制处理器后，双方通讯中断。
[0053] 在本发明的优选实施例中，步骤S206同时根据不同的异常状态情况采用不同的策略如下：
[0054] (1)自己异常：当判断自己异常(如GPS通讯中断等)时，利用正常载体的定位信息、两个载体在集群内的队形位置关系、RFID的识别距离得到位置修正量；利用该修正量修正自身位置；根据修正后的位置及规划路线信息生成对应的控制量修正载体运动，向正常的路径上靠拢；并向外发送自身处于定位异常的状态；
[0055] (2)对方异常：根据两个载体在集群内的队形位置关系和实时机动特性生成控制量，调整自身运动轨迹进行规避动作，避免与异常的运载体直接相撞；并向外发送自身处于规避机动的状态；
[0056] (3)方都正常：当判断双方都正常时，计算两载体间距小于识别距离的时间，当在阈值时间T内两载体不做处理，当超出阈值时间T时根据两单机在集群内的队形位置，选择远离集群中心的单机做如(2)中所述的规避机动；并向外发送自身处于规避机动的状态；
[0057] (4)双方都异常：当双方都异常时，根据两个载体在集群内的队形位置，选择远离集群中心的单机做如(2)所述的规避机动；并外发送自身处于定位异常的状态。
[0058] 下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。
[0059] 如图3所示，本发明实施例提供的基于RFID集群内部导航定位系统的导航定位控制模块，包括：IMU(3)、GPS(4)、磁力计(5)、气压计(6)和导航控制处理器(7)。导航定位控制模块具备导航定位和控制两种功能，其中IMU(3)与GPS(4)、磁力计(5)、气压计(6)组合实现导航定位功能。IMU(3)敏感运载体自身的角速度和加速度并利用敏感到的信息完成导航解算，IMU(3)能够提供连续实时的全量导航信息，但其随时间发散，需要其他传感器提供参考信息辅助修正。这里选择的辅助传感器包括但不限于GPS(4)、磁力计(5)和气压计(6)，其中GPS(4)辅助IMU(3)完成速度、位置和水平姿态的信息修正，磁力计(5)辅助IMU(3)完成航向的信息修正，气压计(6)辅助IMU(3)完成高度信息的修正。导航控制处理器(7)实现控制功能，利用修正后的实时定位信息和任务规划的位置信息生成控制指令，控制运载体生成机动，按照规划的路线完成机动。
[0060] 所述的识别通讯模块包括：RFID系统和通讯模块。RFID是一种利用无线射频方式进行非
接触通信的系统，一般由RFID读写器(8)(又称读写装置、扫描器、通讯器)、RFID标签(9)(又称射频标签、应答器)及天线(10)组成。RFID标签(9)与RFID读写器(8)之间通过耦合元件实现
射频信号的耦合，完成能量的传递、数据的交换。RFID系统通过RFID读写器(8)的设置可以控制读写距离，达到对进入范围内的RFID标签(9)进行识别的功能。在识别通讯模块中，RFID系统识别进入范围内的集群内其他单体，并将该单体信息发送给通讯模块(11)，通讯模块(11)再与对应的单体之间建立起通讯联系，实现集群内局部通讯的建立，同时以设定的RFID识别距离作为辅助信息，辅助完成集群内部的定位。
[0061] 图4是本发明实施例提供的基于RFID集群内部导航定位方法原理。
[0062] 如图5所示，本发明二维集群系统示意图，对应为单个运载体，并以该示意图为场景讨论系统工作流程，其中图中的虚线为RFID的识别距离。
[0063] 在上述实施例中，可以全部或部分地通过
软件、
硬件、
固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以
计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、
计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个
网站站点、计算机、
服务器或
数据中心通过有线(例如同轴
电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、
微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是
磁性介质，(例如，
软盘、
硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者
半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
[0064] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
