[发明专利]一种无人机避障方法

说明书

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种无人机避障方法。

背景技术

相比载人飞行器，无人机在军事与民用领域具有显著优势，现已广泛应用于航拍摄影、环境监测、森林防火等多种领域，且成本低廉。为促进无人机进入更为广阔的应用领域且与载人飞行器共享飞行空间，如何确保无人机的空中飞行安全成为当前需要解决的难题。目前，国内外学者陆续提出了关于无人机避障方法的专利以及文献，例如：

文献1(A.G.Shem,T.A.Mazzuchi,and S.Sarkani,”Addressing uncertainty in UAV navigation decision-making,”IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,vol.44,no.1,pp.295-313,2008.)作者为使无人机做出特定的机动达到规避碰撞的目的，在面对多个飞行器的情况下采取基于数值仿真的马尔科夫决策过程方法，规划路径并对无人机进行导航。

文献2(A.G.Shem,T.A.Mazzuchi,and S.Sarkani,”Addressing uncertainty in UAV navigation decision-making,”IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,vol.44,no.1,pp.295-313,2008.)作者考虑到环境的不确定性，采用动态规划法，结合势场法对无人机机组制导、跟踪目标。

文献3(S.Temizer,M.J.Kochenderfer,L.P.Kaelbling,T.Lozano-Perez,and J.K.Kuchar.”Collision avoidance for unmanned aircraft using Markov decision processes,”In Proceedings of AIAA Guidance,Navigation,and Control Conference,Toronto,Ontario,Canada,2010.)根据多种传感器的模态、成本函数、飞行器性能以及入侵者的轨迹，作者提出了采用马尔科夫决策过程实时规避碰撞的算法。

以上文献基于马氏决策应对飞行碰撞做出的无人机路径规划的方法缺少对无人机飞行包线限制的考虑，实际上无人机因为飞行器动力学限制，无法按照规划路径飞行。此外，应用马氏决策规划的路径存在局部陷阱，求解得到的航路容易出现来回震荡现象。

中国专利号为CN 105549014 A的专利公布了一种无人机的激光避障系统，该系统能通过接受外界反射的激光信号来计算障碍物位置，实现无人机的自动避障。该系统主要创新在于利用激光器转动，扩大观测范围，确定障碍物位置信息，局限在于缺少应对碰撞时无人机所须做出轨迹调整的方法。

中国专利号为CN 105807786 A的专利公布了一种无人机自动避障的方法及系统，无人机根据空间环境类型来启动合适的测距装置，提高了无人机避障的成功率。该系统主要创新点在于组合多种检测装置来精确定位障碍物，但同时也增加了无人机的负载，且缺少系统的路径规划方法。

中国专利号为CN 103365299 A的专利公布了一种基于人类避障行为的无人机避障方法及其装置，通过持续探测环境信息以读取障碍物信息并构建避障行为区，计算出无人机理想的前进航线与步长，直至抵达目标点。该方法存在计算量大，没有考虑到无人机动力学性能限制的缺点。

综上所述，现有专家已提出的涉及无人机避障方法的文献和专利，存在局限于定位障碍物，缺乏考虑无人机动力学限制及飞行包线要求的问题，无法实现实际中无人机的自主避障。

发明内容

本发明的目的在于克服上述提出方案的不足，提供了一种利用传感器检测无人机周围环境信息，将障碍物的位置及速度信息发送给控制系统，规划航迹的同时考虑无人机动力学性能限制，使之符合无人机飞行包线限制的要求，以规避碰撞的无人机避障方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种无人机避障方法，主要包括以下步骤：步骤一、无人机规划直达目的地的初始飞行路径；

步骤二、利用传感器检测无人机飞行过程中，无人机以及障碍物的位置、速度信息；

步骤三、根据步骤二采集的信息，采用碰撞检测算法计算按初始规划轨迹飞行是否会发生碰撞，若否，则继续飞行，如是，则进入步骤四；