[发明专利]一种适用于低空空域无人机复杂飞行的多源导航增强方法

权利要求书

1.一种适用于低空空域无人机复杂飞行的多源导航增强方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A、构建低空空域无人机复杂飞行的场景，根据空域高度范围和不同业务类型的无人机特征计算碰撞响应时间，根据碰撞响应时间对飞行空域进行聚类划分，得到空域聚类划分结果；

步骤B、根据满足不同业务类型的无人机特征和步骤A中的空域聚类划分结果进一步建立无人机安全飞行的容量模型，计算不同空域范围的飞行容量；

步骤C、按照步骤B中所计算的空域范围的飞行容量和既定的虚警概率和漏警概率计算飞行三维保护级，确定不同业务类型和不同空域特征下的无人机所需导航性能；

步骤D、根据步骤C所确定的无人机所需导航性能建立多级多源导航增强服务框架，包括以北斗为主的卫星导航服务、分别考虑惯性传感和视觉SLAM的多源融合自主导航服务；

步骤E、对步骤C中所确定的无人机所需导航性能进行等级划分，分别为I级、II级和III级，其中，I级对应以北斗为主的卫星导航服务，II级对应惯性传感导航辅助北斗卫星导航服务，III级对应以惯性传感、视觉SLAM为主的自主导航服务；

步骤F、在无人机运行过程中，通过广播式自相关监视获取无人机飞行状态，并对其飞行航线的多源导航增强服务可用性与完好性进行评估，确定所需导航性能等级；

步骤G、若步骤F中判断的所需导航性能在无人机飞行过程发生变化，应变换相应的多源导航增强服务方式，使其与飞行环境相适应；

步骤H、在无人机飞行过程中，对步骤D所建立的多级多源导航增强服务框架进行完好性监测，当完好性超出步骤C中所建立保护级时，应调整飞行航线使得完好性满足步骤C中所建立保护级范围要求；

步骤I、当步骤H中无法调整航线以使得步骤D所建立的多级多源导航增强服务框架完好性满足要求时，应终止无人机飞行。

2.根据权利要求1所述的一种适用于低空空域无人机复杂飞行的多源导航增强方法，其特征在于：所述步骤A中，低空空域高度范围限制在1000米以下，所面向的业务类型包括：空中物流、自动巡检、应急救援、新闻航拍，所应用的无人机类型包括垂直起降、多旋翼无人机。

3.根据权利要求1所述的适用于低空空域无人机复杂飞行的多源导航增强方法，其特征在于：所述步骤B中，无人机安全飞行的容量模型描述如下：

，其中为无人机的密度，V为避免无人机碰撞的三维飞行间隔包含的体积；其计算方法为以r为半径的三维球体体积，r为同一空域内两架无人机之间的径向距离，r的计算方法为：

，

V_p为无人机空域容量，其中、、为第一架无人机的横向、侧向和纵向长度；、、为第二架无人机的横向、侧向和纵向长度；则；无人机导航精度需要确保其飞行安全风险在要求范围内；假设导航误差满足高斯分布，其分布函数描述为：

，其中表示误差，表示误差的标准差；

假定两架无人机之间在Δt时间间隔内其距离表示为：

，

其中、和表示两架无人机在横向、侧向和纵向的距离；t表示任意时刻；则两架无人机保持安全间隔的概率为：

,且，其中为两架无人机在获得导航增强服务后的导航误差标准差；S_12,min为两架无人机的安全间隔；S为两无人机之间的距离；

进一步定义：

，

两架无人机在给定时间间隔Δt内未能保持安全间隔的概率为P₁₂；

当时间间隔，t₀表示时间间隔的上限，且在一定时间范围T时，由导航误差引起的飞行安全风险为：

定义在给定空域范围内无人机之间保持正常间隔的概率为u₁，出现严重故障的概率为u₂，无人机操控者的可靠性为u₃，N为空域内无人机的数量，则给定空域内无人机的总体飞行安全风险为：

因此，导航误差需要满足的条件是确保对应的最小安全飞行间隔S_min情况下，总体飞行安全风险满足运行要求；在此情况下，S_min与任意两架无人机即第i架和第j架之间的导航误差标准差的取值同时影响了总体飞行安全风险；其中，S_min为最小安全飞行间隔。