[发明专利]一种小型固定翼无人机空中防撞系统及防撞方法

摘要

本发明属于无人机技术领域，涉及一种小型固定翼无人机空中防撞系统及防撞方法。本发明防撞系统包括一种小型固定翼无人机空中防撞系统，包括感知模块和避碰模块；所述感知模块和避碰模块均安装在固定翼无人机上；所述感知模块包括自身状态感知子模块、通信子模块和障碍物感知子模块；所述避碰模块包括碰撞预测子模块和碰撞避免子模块。所述碰撞预测子模块与所述感知模块建立连接，所述碰撞预测子模块生成继续飞行是否会引发碰撞的预测信息，然后将预测信息传输至碰撞避免子模块中，所述碰撞避免子模块根据预测信息调整固定翼无人机的飞行方向和飞行速度。本发明还提供了一种防撞方法，避免了无人机在飞行过程中发生相撞，确保了飞行安全。

主权项

1.一种小型固定翼无人机空中防撞方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(S1)在固定翼无人机上安装小型固定翼无人机空中防撞系统，所述小型固定翼无人机空中防撞系统包括感知模块和避碰模块；所述感知模块和避碰模块均安装在固定翼无人机上；所述感知模块包括自身状态感知子模块、通信子模块和障碍物感知子模块；所述自身状态感知子模块包括动态压力传感器、回转仪、地磁仪，GPS定位系统、数字式气压表、超频率音响感应器和高帧率相机；所述障碍物感知子模块包括声呐传感器和激光雷达；所述避碰模块包括碰撞预测子模块和碰撞避免子模块，所述碰撞预测子模块与所述感知模块建立连接，所述碰撞预测子模块根据感知模块提供的固定翼无人机自身状态信息、周边障碍物信息和协同无人机状态信息生成继续飞行是否会引发碰撞的预测信息，然后将预测信息传输至碰撞避免子模块中，所述碰撞避免子模块根据预测信息调整固定翼无人机的飞行方向和飞行速度；(S2)固定翼无人机飞行过程中，通过感知模块获取固定翼无人机自身状态信息和周边障碍物信息；所述固定翼无人机自身状态信息包括无人机的位置、速度和运动方向；所述周边障碍物信息包括障碍物的位置、速度和运动方向；(S3)通过通信子模块收集周边其它协同无人机状态信息；所述协同无人机状态信息包括协同无人机的位置、速度和运动方向；(S4)根据固定翼无人机自身状态信息、周边障碍物信息和协同无人机状态信息，所述碰撞预测子模块分别预测某时刻后固定翼无人机与障碍物、协同无人机的位置，并计算固定翼无人机与障碍物、协同无人机之间的距离值，若存在距离值小于设定安全阈值时，则记录所有距离值小于设定安全阈值的障碍物和协同无人机状态信息，并进入步骤(S5)，否则继续原航线飞行；(S5)将步骤(S4)中记录的所有障碍物和协同无人机状态信息传输至碰撞避免子模块中，基于碰撞避免算法调整固定翼无人机的飞行方向和飞行速度，返回步骤(S4)；所述碰撞避免算法具体为：将固定翼无人机在下个时间间隔的可能状态设为状态空间，固定翼无人机选择状态空间中的具体某个状态取决于三个因素，第一个因素是无人机最终目标与状态空间中的状态之间的距离，第二个因素是当前飞行方向与无人机和最终目标的夹角，第三个因素是无人机状态空间中状态的特征值；第一个因素和第二个因素分别由参数f(D)、f(A)进行调整，其计算方法如下式(9)、式(10)所示，其中K1,K2为正常数阈值：其中，表示第i架无人机在t时刻的位置，g_i表示第i架无人机的目标位置，dist表示求两个位置的距离，||·||表示求空间两点距离；对于状态的特征值，其初始时刻是相同的，随着迭代进行，减小轨迹路径中的状态特征值，以增大其他状态的选择概率，当迭代结束时，增大最佳路径中的状态特征值，使其更容易被选中；状态特征值迭代公式如下，其中Pxyz(n)表示第n次迭代时(x,y,z)点的特征值，λ表示衰减系数，ρ表示更新系数，K3为正常数阈值，min_length表示任务的最短距离，P′xyz(n)＝Pxyz(n)*(1‑λ)     (11)Pxyz(n+1)＝(1‑ρ)*P′xyz(n)+ρ*ΔPxyz(n)    (12)当算法确定了一条飞行路径时，再次判定新的路径是否会引发新的碰撞，重新返回碰撞预测算法，如果碰撞预测算法判定无碰撞发生，则碰撞避免算法将不更新既定轨迹。