[发明专利]一种机载无人机防撞技术验证系统及其验证方法

权利要求书

1.一种机载无人机防撞技术验证系统，其特征在于，包括：

搭载了防撞设备的无人机，通过在航路航线以及终端区进行真实飞行，以进行机载防撞设备的测试；

无人机地面站，通过空地通信链路进行机载数据与仿真数据的传输，进行无人机飞行数据仿真模块与机载端的数据中转；

机载无人机防撞技术验证方法模块，包括以下子模块：测试场景生成模块、真实航迹数据接收模块、真实航迹预处理模块、真实航迹预测模块、仿真航迹生成模块、仿真航迹数据发送模块；

其中：

测试场景生成模块，用于依据无人机防撞设备的告警和引导逻辑以及此次飞行的测试目标生成测试场景配置文件；

真实航迹接收模块，用于通过无人机空地通信链路从无人机地面站或通过接收机载监视设备的数据，从中解析获取无人机的实时飞行参数；

真实航迹预处理模块，用于对接收到的无人机数据进行清洗、有效性检验等基本处理，并将真实的航迹数据由1984年世界大地坐标系统(World Geodetic System一1984Coordinate System，简称WGS-84)坐标转换成地心地固坐标系(Earth-Centered,Earth-Fixed，简称ECEF)坐标系中，为后续航迹预测做准备；

真实航迹预测模块，用于考虑“空地”、“地空”的通信时延以及机载无人机防撞技术验证方法处理过程时延的总时延△t，将t时刻真实航迹的所在位置外推到t+△t时刻真实的航迹的所在位置；

仿真航迹生成模块，通过测试需求的测试场景设计，依据真实航迹的坐标位置，计算出仿真航迹的理想位置；再依据不同机载监视传感器的特点，添加不同的测量误差后生成不同格式的仿真航迹数据；

仿真航迹数据发送模块，用于将生成的监视航迹数据直接通过微波广播发送给机载端，或将数据发送给无人机地面站，由无人机地面站通过空地通信链路发送给机载端。

2.一种机载无人机防撞技术验证方法，其特征在于，通过权利要求1所述的一种机载无人机防撞技术验证系统，包括以下步骤：

步骤1：测试场景生成；

考虑无人机防撞设备的告警与引导逻辑，从空间纬度与时间纬度两个方面均触发无人机防撞设备的告警与引导功能，其中空间阈值包括水平与垂直两个方向；

定义仿真无人机与真实无人机距离最接近的点为CPA(Closest Point of Approach)点；进行“不产生告警与引导”场景仿真时，保证仿真无人机与真实无人机CPA点之间的距离不小于安全间隔，则飞行全过程中不产生告警与引导；进行“产生告警与引导”场景仿真时，保证仿真无人机与真实无人机CPA点之间的距离小于安全间隔，则飞行的过程中，一定会触发告警与引导功能；

依靠空间阈值告警：是当两架飞机在当前t时刻的空间位置小于两架飞机之间的空间告警阈值，则触发机载防撞设备的告警与引导功能；

依据时间阈值告警：是两架飞机在当前t时刻保持安全的空间间隔，未产生告警与引导信息，但依据当前两架飞机的飞行状态，预测在飞行一段规定的时间后必然会失去安全的空间间隔而在当前t时刻就开始产生告警信息；

依据告警阈值，通过配置告警时间与告警类型，设计测试场景；

步骤2：真实航迹数据接收；

通过无人机空地通信链路从无人机地面站或通过接收机载监视设备的数据，从中解析获取无人机的实时飞行参数；

步骤3：真实航迹预处理；

首先，对真实航迹数据进行有效性检验，可以从以下几个方面进行检验：

1)航迹数据的更新时间；

2)水平位置不确定度NAC_P、水平位置完整性界限NIC、水平速度不确定度NAC_V参数的取值；将航迹位置坐标从WGS-84坐标系转换到ECEF坐标系中；

步骤4：真实航迹预测；

数据由机载端传输至地面端或地面端传输至机载端的两条通信链路上均存在时延t₁、t₂，同时在地面端的数据仿真处理也需要时间t₃，在仿真无人机数据生成前，真实无人机航迹的外推时间Δt＝t₁+t₂+t₃

其中，

t₁为真实无人机航迹数据发送至地面端的时间，直接由机载端通过微波广播发送给地面端与通过无人机地面站接收机载端数据两种通信方式的t₁不同；

t₂为地面端将仿真数据发送至机载端的时间，直接由地面端通过微波广播发送给机载端与通过无人机地面站发送数据给机载端两种通信方式的t₂不同；

t₃为无人机仿真技术的处理时间；

将真实无人机的飞行视为简单的直线飞行，将真实无人机航迹在ECEF坐标系中，由当前时间t外推Δt至时间t′，则t′时刻真实无人机在ECEF中的位置坐标为：

其中，

EWV_t为无人机在t时刻的东西向速度；

NWV_t为无人机在t时刻的南北向速度；

VR_t为无人机在t时刻的爬升下降率；

为无人机在t时刻时ECEF坐标中X轴方向上的位置；

为无人机在t时刻时ECEF坐标中Y轴方向上的位置；

为无人机在t时刻时ECEF坐标中Z轴方向上的位置；

为无人机在t′时刻时ECEF坐标中X轴方向上的位置；

为无人机在t′时刻时ECEF坐标中Y轴方向上的位置；

为无人机在t′时刻时ECEF坐标中Z轴方向上的位置。

步骤5：基于测试场景的仿真航迹数据生成；

通过配置两架无人机之间的告警水平阈值Δl、告警垂直阈值Δh、告警时间阈值T，以及本次测试中需要产生告警的时间、告警等级与飞行场景测试需求，基于真实无人机的航迹数据生成仿真无人机的理想航迹数据；根据仿真数据的输出类型输出为相应的仿真监视数据；

步骤6：仿真航迹数据发送；

将仿真航迹数据通过无人机地面站依靠空地通信链路发送至机载端；或者通过微波广播直接发送至机载端。