[发明专利]一种无人机飞行安全预测评估装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无人机飞行安全领域，特别一种无人机飞行安全预测评估装置及方法。

背景技术

随着日益增长的应用需求，越来越多的无人机进入融合空域，带来极大的安全风险。对无人机飞行状态进行安全评估是提高无人机飞行安全的一种重要手段。当前无人飞行器飞行安全预测与评估主要采用的是基于无人机飞行器健康管理数据库和飞行规则的实时检测和故障诊断方法。利用机载传感器实时采集飞行器关键飞行状态数据并对其进行滤波处理，利用健康管理数据库和飞行规则对各类关键设备的状态信息数据进行相关分析，从而确认并隔离故障。

综上所述，现有方法存在以下问题：1、受尺寸和载重能力的限制，安全监测的传感器搭载数量和测量精度难以保证。2、无人机的人在回路控制是通过测控数据链路完成的，有较大的延时，因此仅通过飞行状态的健康度监控和地面操控人员干预，是难以确保无人机飞行安全的。为了让地面操控人员赢得更多的干预的时间，最为重要是对无人机未来的飞行状态进行预测，并通过一定手段进行安全性评估。

发明内容

本发明的目的是提供一种无人机飞行安全预测与评估装置及方法，从飞行状态预测和飞行安全包线的角度为无人机飞行状态预测和安全评估提供解决方案。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种无人机飞行安全预测评估装置，包括数据采集单元、数据预测单元、数据评估单元和数据输出单元；数据采集单元用于采集无人机的飞行参数和指控人员的控制命令，并发送到数据预测单元；数据预测单元用于将数据采集单元采集的信号数据进行预测，并发送到数据评估单元；数据评估单元用于将数据预测单元预测的数据进行评估，并发送到数据输出单元；数据输出单元用于将数据评估单元处理后的数据输出。

可选的，数据采集单元为地面控制站，数据采集单元通过实时传输链路发送到飞行安全实时监测终端，通过滤波处理后再发送到数据预测单元。

可选的，数据预测单元包括无人机六自由度模块和非线性的无人机动力系统模块。

一种无人机飞行安全预测评估方法，包括步骤：

(1)采集飞行参数和指控人员的控制命令，并发送到数据预测单元；

(2)控制命令在数据预测单元通过无人机预测模型，输出飞行状态参数；

(3)飞行状态参数在数据评估单元通过无人机飞行安全评估模型，输出飞行状态评估结果到数据输出单元；

(4)飞行状态评估结果通过数据输出单元输出飞行状态的评估结果。

可选的，步骤(2)中无人机预测模型通过使用时域Hammerstein级数模型对无人机动力系统进行非线性建模，时域Hammerstein级数模型定义如下：

其中u(t)和y(t)分别是系统的输入和输出，函数{g_n(τ)},n＝1,2,...,称为Hammerstein核函数，分别刻画系统的线性、二次以及高阶次的响应特性，

通常具有p阶非线性阶次和记忆长度m的时域Hammerstein级数模型可表示为：

其中e(t)是与输入和输出相独立的零均值白噪声；

假设已经得到包含待建模系统输入-输出数据Z^N∈{u(1),y(1),...,u(N),y(N)}的数据集合，则能够将(2)式写为矩阵形式：

y＝Φθ+e (3)

其中

Φ＝(X₁ X₂ ... X_p)(4)

θ＝(g₁ g₂ ... g_p)^T (6)

g_k＝(g_k(0) g_k(1) … g_k(m))^T (7)

y＝(y(1) ... y(N))^T (8)

e＝(e(1) ... e(N))^T (9)

从式(3)可以利用最小二乘法获得Hammerstein核函数的θ估计：