无人机集群搜寻方案
方案概述
集群搜寻套件是一款专为集群搜寻场景量身打造的高端解决方案，集成了先进的无人机飞行平台、高性能机载计算机、高精度定位系统、稳定可靠的通信链路以及智能视觉感知模块，同时配备了分布式集群搜索规划、目标识别、机间避撞、集群围捕等一系列软件模块，为集群规划、集群感知与集群协同领域的研究者提供了一个功能强大且高度灵活的二次开发平台。该套件不仅具备卓越的环境适应能力，还通过模块化设计与开源架构，为用户提供了从硬件到软件的全栈式支持，极大地降低了研究门槛，助力用户在集群智能领域实现技术突破与创新。
核心功能/特点
分布式区域搜寻：该功能的核心算法为基于MPC控制理论的分布式抗干扰动态实时规划搜寻算法。该算法基于MPC模型预测控制算法，通过建立理想化的无人机运动模型模拟预测出无人机的未来状态，并用粒子群算法选择出最优的控制量来选择最优状态。每架无人机根据搜寻区域任务、自身位置、其他无人机位置、已搜寻区域等信息进行实时综合评估规划自身行进路线。实现集群任务分布式计算，具备高可靠性和容错性，对于任务场景的动态变化可以迅速做出决策与响应。
目标识别：在无人机集群各个阶段对通信、定位、飞行模式等状态数据进行监控，对状态异常进行信息提示以及自主触发安全保护措施，保障无人机集群飞行安全以及避免用户误操作，降低炸机风险以及损失。
机间防撞：设定双重避障保护。一是规划层面，二是控制层面。 在规划层面中，目标函数中引入描述无人机之间距离的变量，让无人机更想往远离其他无人机的方向行进，在此基础上增加了矢量避障功能。当两架无人机之间的距离小于或等于安全距离时，在MPC模型预测给出的控制量基础上叠加避撞的控制量，让两架无人机远离的方向行进。
集群围捕：无人机集群系统中任意一架无人机发现并锁定目标时，会将目标信息发送给其它无人机，其它无人机收到信息后会迅速集结并组成三角形编队对目标进行围捕。
地面站：提供地面站软件方便用户快速操作以及显示无人机集群状态，可显示无人机连接状态、飞行模式、位置、速度、姿态等数据；提供平面地图以及三维地图用于显示无人机集群实际位置；可通过地面站进行集群搜寻任务并实时显示无人机集群搜寻区域完成状态。
仿真系统：提供无人机集群编队仿真系统，支持室内/室外定位模式以及三种无人机飞行模型，该仿真系统已适配无人机集群编队控制系统以及地面站软件，用户基于该仿真系统进行二次开发可无缝衔接到真实的无人机集群编队套件。
分布式智能：集群搜寻套件软件设计采用分布式自主智能的框架，每架无人机均搭载计算单元模块，无人机之间通过通信链路组网实现数据交互，无人机集群任务的控制以及规划运算都在自身计算单元上完成，地面站仅作为远程数据展示以及集群任务下发。
代码开源：对已购买集群搜寻套件的用户提供全套集群系统代码绝大部分代码开源（除地面站软件相关代码），提供二次开发接口，用户可基于此进行二次开发。
支持定制：可基于用户需求，承接基于集群搜寻套件的软硬件定制。
应用场景/方向
集群算法研究：用于多智能体协同控制、路径规划等算法的研究。
教学演示：作为教学工具，展示无人机技术以及集群协同原理。
区域巡检：在电力、石油、化工等行业中，对大型设施（如输电线路、管道、储罐）进行定期巡检。
安防监控：在边境巡逻、重要设施安保、公共活动监控等场景中，对可疑目标进行搜索与围捕。
搜寻救援：在自然灾害（如地震、洪水、山体滑坡）或人为事故（如火灾、化学泄漏）发生后，快速进入灾区进行搜索与救援。
第5章 技术参数
1. 机载计算机
| 参数 | AllSpark2-Orin-Nano | AllSpark2-Orin-NX（8G） |
|---|---|---|
| AI性能 | 40TOPS | 70TOPS |
| GPU | 搭载 32 个 Tensor Core 的 1024 核 NVIDIA Ampere 架构 GPU | 搭载 32 个 Tensor Core 的 1024 核 NVIDIA Ampere 架构 GPU |
| GPU最大频率 | 625 MHz | 765 MHz |
| CPU | 6 核 ARM® Cortex®-A78AE v8.2 64 位 CPU 1.5MB L2 + 4MB L3 | 6 核 ARM® Cortex®-A78AE v8.2 64 位 CPU 1.5MB L2 + 4MB L3 |
| CPU最大频率 | 1.5GHz | 2GHz |
| DL加速器 | / | 1x NVDLA v2 |
| DLA最大频率 | / | 614MHz |
| 视觉加速器 | / | 1x PVA v2 |
| 外部存储 | 128G SSD固态盘,M.2 KEY M ,Nvme协议 | |
| 显示接口 | 1个micro HDMI显示接口，支持1920*1080P输出 | |
| CSI接口 | 2路MIPI CSI 2 Lane接口 | |
| 以太网口 | 2路100Mbps网口 | |
| WiFi | 内置WiFi mini PCIe 模块，支持外接天线 | |
| USB接口 | 1个USB3.2 Type A口，一个USB3.2 Type C口（使用Xavier NX模组时只支持USB2.0）,一个micro USB,用于系统程序烧写 | |
| GPIO | 4路GPIO ，CMOS 3.3V | |
| CAN收发器 | CAN收发器，支持CANH,CANL通信 | |
| UART | 4路UART(CMOS3.3V ,含1路Debug UART) | |
| I2C | 1路I2C，CMOS3.3V | |
| SPI | 1路SPI ，CMOS3.3V | |
| 电源输入 | XT30M,10~26V@3A | |
| 整机自身功率 | 6~25W | |
| 重量 | 约188g | |
| 尺寸 | 102.5mmx62.5mmx31mm | |
2.无人机机架
| 参数 | 大型无人机 |
|---|---|
| 类型 | 旋翼无人机 |
| 轴距 | 600mm |
| 最大起飞重量 | 4.0Kg |
| 最大载重 | 1.5kg |
| 最大水平飞行速度 | 12m/s |
| 最大上升速度 | 5m/s |
| 最大下降速度 | 3m/s |
| 悬停飞行时间 | 空载70min； 1.5kg负载30min |
3. 通信链路
| 参数 | Homer |
|---|---|
| 接口 | 串口x3, 网口x3 |
| 频段 | 5.1GHz~5.9GHz |
| 最大带宽 | 80Mbps |
| 最大距离 | 2.5km |
| 最大节点数 | 12 |
| 尺寸 | 88mmx78mmx20mm |
4. 定位系统
| 参数 | RTK |
|---|---|
| 定位精度 | 2~4cm |
| 适用场景 | 室外 |
| 定位数据 | 三维位置定位数据 |
5. 吊舱
| 参数 | GX40 |
|---|---|
| 外形尺寸 | 85.8 x 86 x 129.3 mm(云台) 45.4 x 40 x 13.5mm(GCU控制器) |
| 质量 | 405g(云台)+ 18.6g(GCU控制器) |
| 工作电压 | 14 ~ 53 VDC |
| 功耗 | 8.5W(典型工况) 55W(堵转,照明开) |
| 工作环境温度 | -20℃～ 50℃ |
| 流媒体类型 | RTSP GB/T28181 ONVIF |
| 编码格式 | H.264/H.264H/H.264B/H.265/MJPEG |
| 分辨率 | 4k@30fps 1080P@30fps SCGA(1280 1024)@30fps 1.3M(1280 960)@30fps 720P@30fps |
| 码率 | 0.25Mbps-10Mbps@H.265 0.5Mbps-16Mbps@H.264 |
| 镜头类型 | 光学变焦镜头 |
| 焦距 | 4.8~48 mm |
| 光圈 (F/NO.) | f1.7~f3.2 |
| 对角 FOV(D) | 67.2°～ 7.6° |
| 垂直 FOV(V) | 36.1°～ 3.7° |
| 水平 FOV(H) | 60.2°～ 6.6° |
| 光学变焦倍数 | 10x |
| 图像传感器类型 | CMOS |
| 有效像素 | 8.29M |
| 传感器尺寸 | 1/2.8” |
| 像素点尺寸 | 1.45×1.45(μm) |
| 电子快门速度 | 1~1/30000s |
| 最低照度 | 0.01Lux / f1.5(夜视关) 0.001Lux / f1.5(夜视开) |
| 增稳模式 | 非正交机械三轴 |
| 可控角度 | 俯仰：+157°~ -70° 横滚：±30° 偏航：±360°(连续) |
| 最大控制转速 | 200°/S |
| 角度抖动量 | ±0.01° |
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