[發(fā)明專利]一種基于無線紫外光的無人機集群內(nèi)防碰撞系統(tǒng)及方法

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• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111880556A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙太飛;史海泉;崔真;薛蓉莉;蒙春
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 弓長

本發(fā)明公開了一種基于無線紫外光的集群無人機防碰撞系統(tǒng)，包括機載信息處理模塊和機載紫外光信號收發(fā)模塊；機載紫外光信號收發(fā)模塊包括紫外光信號發(fā)射機和紫外光電倍增管，紫外光信號發(fā)射機包括兩種波長的紫外光LED光源和三極管，紫外光LED光源采用三極管來控制，形成預(yù)警等級不同的預(yù)警區(qū)域。利用無人機之間各個方向上重疊的預(yù)警區(qū)域建立紫外光通信，通過判斷無人機之間的優(yōu)先級，來判斷無人機是否實行避讓，從而實現(xiàn)集群無人機之間防碰撞。利用無線紫外光檢測無人機各個方向上的碰撞信號，并做出防碰撞操作措施，具有全天候工作、全方位工作、保密性強等優(yōu)點，保證了無人機在集群飛行過程中的飛行安全。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電信息技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于無線紫外光的集群無人機防碰撞系統(tǒng)，還涉及其防碰撞方法。

背景技術(shù)

隨著科技水平的快速發(fā)展，無人機應(yīng)用范圍也越來越廣泛，無人機飛行表演、無人機空中移動通信組網(wǎng)、無人機機間協(xié)作等任務(wù)，要求無人機之間保持一定的飛行距離。

在無人機飛行過程中受風(fēng)力或是地形影響，無人機之間難以保持機間的距離，這時，就要求無人機之間通過一種防碰撞系統(tǒng)，及時預(yù)警無人機之間的距離，并做出相應(yīng)的應(yīng)對措施。

目前的無人機之間防碰撞系統(tǒng)大多采用無線電進行機間通信，或是通過GPS進行定位，但是GPS定位誤差較大，而無線電通信容易受到周圍環(huán)境中無線電信號的干擾，無人機之間防碰撞效果較差。

紫外光通信采用200nm-280nm波段“日盲”紫外光進行通信，利用該波段紫外光進行通信幾乎沒有周圍環(huán)境中背景噪聲的干擾，同時紫外光通信不受到周圍環(huán)境中無線電干擾，具有全天候工作、全方位工作、保密性強等優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于無線紫外光的集群無人機防碰撞系統(tǒng)，解決了無人機集群飛行過程中在無法保持機間距下造成無人機間發(fā)生碰撞的問題。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述集群無人機防碰撞方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種基于無線紫外光的集群無人機防碰撞系統(tǒng)，包括機載信息處理模塊和機載紫外光信號收發(fā)模塊；機載紫外光信號收發(fā)模塊包括紫外光信號發(fā)射機和紫外光信號接收機，紫外光信號發(fā)射機包括兩種波長的紫外光LED光源和三極管，紫外光信號接收機為兩種波長的紫外光電倍增管；機載信號處理模塊集成在無人機內(nèi)部。

本發(fā)明的特點還在于，

機載信號處理模塊為微處理器，微處理器的型號為STM32f429；微處理器內(nèi)部存儲有無人機優(yōu)先級以及無人機的兩個預(yù)警距離。

預(yù)警距離分別設(shè)置為20m和50m，每架無人機周圍的三維空間被劃分為三個預(yù)警等級。

紫外光LED光源的波長分別為255nm和280nm。

本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，一種基于無線紫外光的集群無人機防碰撞方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1，調(diào)整機載紫外光信號收發(fā)模塊：通過控制紫外LED光源和紫外光電倍增管的發(fā)散角，使得懸掛在無人機四個旋翼上的機載紫外光信號收發(fā)模塊能夠?qū)崿F(xiàn)全覆蓋式通信；

通過三極管調(diào)整紫外LED光源和紫外光電倍增管的通信距離，使得無人機周圍劃分成三個不同距離的預(yù)警區(qū)域，分別為安全區(qū)域D＞50m，在此區(qū)域內(nèi)無人機之間碰撞概率極低；警示區(qū)域20m＜D≤50m，在此區(qū)域內(nèi)無人機之間碰撞概率為中等；危險區(qū)域D≤20m，在此區(qū)域內(nèi)無人機碰撞等級為極高；其中D是以無人機質(zhì)心為球心的球半徑；

步驟2，無人機飛行過程中廣播信號：無人機飛行過程中通過懸掛在無人機四個旋翼上的紫外光信號發(fā)射機，全方位發(fā)送無人機的飛行狀態(tài)信息、無人機的優(yōu)先級信息、無人機飛行預(yù)警信息；