[發明專利]一種小型固定翼無人機空中防撞系統及防撞方法

有效

• 申請號: 201710754400.5
• 申請日: 2017-08-29
• 公開（公告）號: CN107368095B
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發明（設計）人: 湯俊;朱峰;于天元;老松楊
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 陸薇薇

本發明屬于無人機技術領域，涉及一種小型固定翼無人機空中防撞系統及防撞方法。本發明防撞系統包括一種小型固定翼無人機空中防撞系統，包括感知模塊和避碰模塊；所述感知模塊和避碰模塊均安裝在固定翼無人機上；所述感知模塊包括自身狀態感知子模塊、通信子模塊和障礙物感知子模塊；所述避碰模塊包括碰撞預測子模塊和碰撞避免子模塊。所述碰撞預測子模塊與所述感知模塊建立連接，所述碰撞預測子模塊生成繼續飛行是否會引發碰撞的預測信息，然后將預測信息傳輸至碰撞避免子模塊中，所述碰撞避免子模塊根據預測信息調整固定翼無人機的飛行方向和飛行速度。本發明還提供了一種防撞方法，避免了無人機在飛行過程中發生相撞，確保了飛行安全。

技術領域

本發明屬于無人機技術領域，具體涉及一種小型固定翼無人機空中防撞系統及防撞方法。

背景技術

多無人機在同一空域中協作執行任務已經成為無人機發展的重要趨勢。伴隨著無人機的廣泛應用，撞損、墜毀等安全事故頻發，特別是在飛行器密度較高空域中，無人機與無人機、無人機與有人機共空域飛行所面臨的碰撞沖突已成為影響多無人機協同使用的突出問題。因此，對于無人機空中防撞系統研究的需求變得非常迫切。

小型固定翼無人機，與傳統飛機相比較，它的飛行速度較低，尺寸更小，常處于低雷諾數下飛行，高雷諾數空氣動力學不再適合于小型固定翼無人機。而與普通懸浮翼無人機相比，它具有更高的負載和抗風能力，但是不能像普通懸浮翼無人機一樣，在緊急時刻保持懸浮狀態避免碰撞。隨著技術的進步，小型固定翼無人機性能進一步完善，可以集飛行控制、導航、實時任務處理以及任務協同于一身，必將在諸多領域獲得廣泛應用。而要完成上述目標，小型固定翼無人機的防撞研究是必要條件。

從當前對無人機防碰撞研究的進展來看，國內多以單機的靜態障礙物防碰撞為主，尚未開展動態的多機防撞研究。國外方面，雖然多無人機防撞問題近幾年備受關注，但是對固定翼無人機的研究仍然較少，距離實踐應用還有一定的距離。總之，目前針對小型固定翼無人機的空中防撞系統與防撞方法正處于研究發展之中，已有的民航客機空中防撞系統由于體積和載重的原因，不能直接移植到小型固定翼無人機中；而對于懸浮翼無人機來說，其飛行速度較慢，防撞系統中使用的雷達搜索范圍較近，不適用于速度更高的小型固定翼無人機。因此，迫切需要研制小型固定翼無人機空中防撞系統，確保航空飛行安全。本文將威脅分為三種，靜態的障礙物如高樓、非協作的飛行器以及協作的無人機，考慮固定翼無人機在上述威脅中的防撞問題，需要解決硬件體系設計問題與避碰算法設計問題。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種適用于小型固定翼無人機空中防撞系統，能夠避免無人機在飛行過程中發生相撞，確保了無人機飛行安全，具體技術方案如下：

一種小型固定翼無人機空中防撞系統，包括感知模塊和避碰模塊；所述感知模塊和避碰模塊均安裝在固定翼無人機上；

所述感知模塊包括自身狀態感知子模塊、通信子模塊和障礙物感知子模塊；所述自身狀態感知子模塊包括動態壓力傳感器、回轉儀、地磁儀，GPS定位系統、數字式氣壓表、超頻率音響感應器和高幀率相機；所述障礙物感知子模塊包括聲吶傳感器和激光雷達；

所述避碰模塊包括碰撞預測子模塊和碰撞避免子模塊，所述碰撞預測子模塊與所述感知模塊建立連接，所述碰撞預測子模塊根據感知模塊提供的固定翼無人機自身狀態信息、周邊障礙物信息和協同無人機狀態信息生成繼續飛行是否會引發碰撞的預測信息，然后將預測信息傳輸至碰撞避免子模塊中，所述碰撞避免子模塊根據預測信息調整固定翼無人機的飛行方向和速度。

進一步地，所述通信子模塊為射頻收發器。

本發明還提供了一種小型固定翼無人機空中防撞方法，在無人機上安裝上述的小型固定翼無人機空中防撞系統，具體包括以下步驟：