[发明专利]一种自主飞行的无人机地理围栏算法

说明书

本发明公开了一种自主飞行的无人机地理围栏算法，包括：在原始地理围栏的基础上等距离缩放生成地理围栏预控制层；无人机飞行前，利用射线法对规划飞行路径进行地理围栏越界探测；若规划飞行路径上的航点相对地理围栏预控制层出现越界，则进行越界航点重规划，得到修正后的飞行路径；基于地理围栏自主控制控制律，无人机按照修正后的飞行路径完成相应的任务。本发明通过生成地理围栏预控制层，以确保无人机在飞行过程中可足够早地触发地理围栏的边界保持自主控制控制律来避免地理围栏越界，从而保证无人机的飞行安全。

技术领域

本发明属于空中交通管制技术领域，涉及低空无人机交通管理系统，具体涉及一种自主飞行的无人机地理围栏算法。

背景技术

随着无人机(UAS,Unmanned Aircraft System)产业的飞速发展，无人机数量激增，这对地面人员的人身财产安全和空中的航空器构成了严重的威胁。人们迫切需要发展无人机交通管理系统(UTM,UAS Traffic Management System)来保证无人机在空域中的安全有序飞行。

无人机的机载地理围栏是UTM的重要组成部分，在获得由权威来源发布和共享的地理围栏数据后，地理围栏将空域分为可用空域(禁出地理围栏)与禁飞区(禁入地理围栏)，由垂直方向上的高度限制与水平方向上的边界组成。无人机在水平方向上的边界可以视为由若干顶点构成的多边形。飞行过程中，无人机的飞行空域可以视为由一个禁出地理围栏与任意数量的禁入地理围栏组成。为了避免无人机地理围栏越界，需要在无人机飞行时实时监控无人机与地理围栏边界的位置关系，判断无人机是否越界或存在越界的危险，在必要时根据无人机的越界状态来触发边界保持自主控制。

无人机在飞行过程中一旦出现越界危险之后，无人机上的地理围栏系统将会利用相应的控制机制来避免地理围栏的越界，例如强制终止无人机飞行或者RTL(Return ToLaunch)等控制机制。但是，如果无人机越界之后再进行警告或者对无人机的控制进行干预的话，无人机将不能被地理围栏严格包含而只是停留在地理围栏边界附近。这种看似微小的地理围栏越界在复杂危险的环境下(如空中禁飞区、空中危险区等)可能会造成毁灭性的后果。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种自主飞行的无人机地理围栏算法。

本发明公开了一种自主飞行的无人机地理围栏算法，包括：

在原始地理围栏的基础上等距离缩放生成地理围栏预控制层；

无人机飞行前，利用射线法对规划飞行路径进行地理围栏越界探测；

若规划飞行路径上的航点相对所述地理围栏预控制层出现越界，则进行越界航点重规划，得到修正后的飞行路径；

基于地理围栏自主控制控制律，无人机按照修正后的飞行路径完成相应的任务。

作为本发明的进一步改进：

当所述原始地理围栏为禁出地理围栏时，所述原始地理围栏向内缩放；

当所述原始地理围栏为禁入地理围栏时，所述原始地理围栏向外缩放。

作为本发明的进一步改进，所述在原始地理围栏的基础上等距离缩放生成地理围栏预控制层，包括：

通过地理围栏缩放算法对所述原始地理围栏进行等距离缩放，得到缩放地理围栏；

通过地理围栏顶角平滑算法对所述缩放地理围栏中大于180°的内角进行处理，产生两个新的顶点来替换原内角大于180°的顶点；

通过地理围栏自相交检测处理算法对所述缩放地理围栏中自相交区域进行处理，得到若干未冲突的缩放地理围栏。

作为本发明的进一步改进，所述利用射线法对规划飞行路径进行地理围栏越界探测，包括：