[发明专利]无人机自动避撞系统

说明书

本发明公开了一种无人机自动避撞系统，包括无人机态势感知模块，用于信号级或像素级的目标检测、跟踪和识别，以及从信息中抽象出对环境的整体性认识，实现环境的认知；无人机防相撞威胁评估与预测模块，用于在无人机在空域运行中，对所探测区域内的静态障碍、极端天气和动态目标进行威胁评估与冲突预测；无人机决策避撞模块，用在无人机通过评估预测得到飞行冲突趋势后，生成相应的行为选择，并通过飞行轨迹规划器及时规划出可飞的最优避撞路径，并输出规避决策和机动指令。本发明能够实现无人机在空中飞行时的自动感知‑避让，实现无人机防相撞的系统化、自动化、智能化，显著提高无人机与其他航空器共用空域时所有航空器的飞行安全。

技术领域

本发明涉及空中交通智能化领域，具体涉及一种无人机自动避撞系统。

背景技术

随着航空技术的飞速发展，无人机在军事领域、民用领域的用途不断拓展，无人机的飞行范围、运行时间成倍增长，无人机与有人机共域飞行已是必然趋势。但同时，无人机与有人机之间的飞行冲突和安全问题日益突出，而无人机自动避撞系统正是解决该问题的关键所在。

自动避撞系统作为无人机系统的核心组成部分，它直接关系到无人机飞行平台的交通安全和智能化水平，也是无人机系统更为广泛应用的主要挑战之一。随着空中无人机的数量和种类越来越多、无人机应用领域越来越广，“感知-避让”是进一步提高无人机自主化水平必须要面对问题。目前，无人机的自动避撞系统的研究还停留在基础阶段，许多理论和技术上的问题有待研究解决，因此，从实际需求出发，研究无人机自动避撞系统问题对于无人机安全飞行极其重要，也是为无人机在各个领域的应用提供关键的技术支撑。

当无人机与有人飞机，特别是与民用运输机共享空域时，防相撞安全问题将是我们不得不考虑和解决的问题。自动避撞系统能够有力提升无人机的智能化交通水平，其实质就是防止无人机与其他航空器空中相撞。有人机依靠飞行员进行态势判断和决策，对于无人机来说就是自动避撞系统，“自动避撞系统通过无人机自身携带的传感器对空域探测，基于数据链路或卫星与其它有人驾驶飞机、无人机及地面站进行通讯，自动生成决策，应对各种威胁，实时更新飞行策略，确保飞行不发生相撞事故。总之，要消除无人机“非隔离空域”运行安全的隐患，使无人机具有“感知-避让”能力是其安全飞行的必要手段。为此，必须采取必要的技术措施，研究各类飞行环境中的“感知”技术，并根据“感知”情况，研究基于无人机飞行决策、飞行控制下的冲突“避让”技术，形成避让方案，并自动优化及恢复航线，即研究无人机自动避撞系统。

安全问题长期得不到很好的解决是制约无人机系统发展的重要因素。由于无人机缺乏自主的“感知-避让”能力，空中相撞事故频频发生，据统计，2003年到2012年美国发生了11起无人机与有人机相撞事件。而且“感知-避让”能力不足使军用无人机各项技术、战术指标受到限制，其战斗力不能有效发挥，至使军用远程无人机发展进程缓慢；对于民用无人机而言，其影响了民用无人机在摄影、测绘、勘探、灾情监测、海岸缉私等行业充分应用。安全问题制约着无人机乃至航空工业的发展。解决无人机的安全问题，最有效途径就是解决“感知-避让”问题，美国和欧洲对无人机的自动避撞系统都提出了明确要求并展开深入的研究。无人机自动避撞系统能从根本上解决无人机在共域飞行时与其他航空器的飞行安全问题，对推动无人机系统和航空运输业的发展具有重要意义。

目前，无人机感知避让系统中有许多技术、方法结合在一起来降低无人机的碰撞风险。例如，无人机地面管控系统，用于监管、控制空域中所有受控无人机，并时刻保持与空中交通管理系统的通信，一旦发现碰撞冲突后，则由地面指控人员控制执行避撞策略，防止无人机发生碰撞；而无人机的自动避撞系统可使无人机自主规避碰撞，而不需地面操纵人员的干预。在这些技术方法中，对潜在目标的精确监视是一个关键步骤，目标的错过或者其位置的错误判断将降低其有效性。监视就是指无人机通过多传感器信息融合技术快速得到目标的准确信息，多传感器信息融合技术已成为了实现无人机环境态势感知的关键和核心，但当前的多传感器融合技术还不成熟，需要得到进一步的改进与提高。无人机多传感器融合技术必须列在研究工作的第一位。