[發(fā)明專利]一種無(wú)人機(jī)自主安全控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011060931.2
• 申請(qǐng)日: 2020-09-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112241178B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李照宏;王毅;唐瑞卿;劉宇佳;陳根浦;紀(jì)海成;劉海亮;張頌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 成都君合集專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51228
• 代理人: 尹玉

本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)人機(jī)自主安全控制方法，當(dāng)無(wú)人機(jī)規(guī)劃路徑經(jīng)過(guò)保護(hù)區(qū)域時(shí)，若直線路徑段與保護(hù)域相交，采用中間航路點(diǎn)法生成同向旋轉(zhuǎn)解與反向旋轉(zhuǎn)解，以無(wú)人機(jī)位置、中間航路點(diǎn)、待飛航點(diǎn)進(jìn)行路徑重規(guī)劃；若圓弧路徑段與保護(hù)域相交，若圓弧路徑與保護(hù)域相交，采用調(diào)整運(yùn)動(dòng)圓弧曲率的方法計(jì)算與保護(hù)域相切的點(diǎn)規(guī)避保護(hù)域；若重規(guī)劃后的路徑與圓弧段或者直線段相交，通過(guò)迭代產(chǎn)生避開(kāi)保護(hù)域的路徑。本發(fā)明使無(wú)人機(jī)具備自主安全控制處置能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)航區(qū)內(nèi)預(yù)定目標(biāo)的區(qū)域保護(hù)以及飛行邊界的自主判斷與處置。一旦無(wú)人機(jī)因?yàn)槭Э鼗蚱渌驅(qū)е略匠霭踩珔^(qū)域或飛往保護(hù)區(qū)域，按照預(yù)定的策略自動(dòng)輸出控制信號(hào)，最大程度保證地面設(shè)備和人員的安全。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于飛行器安全控制的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無(wú)人機(jī)自主安全控制方法。

背景技術(shù)

無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中，一旦出現(xiàn)故障造成無(wú)人機(jī)失控將對(duì)周邊目標(biāo)構(gòu)成重大威脅，甚至可能出現(xiàn)越出國(guó)境線，造成重大政治及外交影響。因此當(dāng)無(wú)人機(jī)在執(zhí)行飛行任務(wù)時(shí)，根據(jù)無(wú)人機(jī)執(zhí)行任務(wù)區(qū)域、外界環(huán)境和航路要求，將無(wú)人機(jī)的飛行范圍限制在一塊提前規(guī)劃好的安全區(qū)域內(nèi)，該區(qū)域的選定除了包含無(wú)人機(jī)飛行航區(qū)的飛行邊界外，同時(shí)盡可能避開(kāi)人口稠密區(qū)及重要經(jīng)濟(jì)軍事目標(biāo)等保護(hù)區(qū)域。

一旦無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中失去控制，墜毀在地面或海上，將對(duì)周邊區(qū)域的人員生命與財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成威脅，若越出國(guó)境線，則可能造成惡劣的政治影響。無(wú)人機(jī)自主安全控制方法使無(wú)人機(jī)具備自主安全控制(簡(jiǎn)稱安控)處置能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)航區(qū)內(nèi)預(yù)定目標(biāo)的區(qū)域保護(hù)以及飛行邊界的自主判斷與處置。一旦無(wú)人機(jī)因?yàn)槭Э鼗蚱渌驅(qū)е略匠霭踩珔^(qū)域或飛往保護(hù)區(qū)域，按照預(yù)定的策略自動(dòng)輸出控制信號(hào)，最大程度保證地面設(shè)備和人員的安全。

2019年，陶德桂提出了一種自主安控器模塊設(shè)計(jì)方法，通過(guò)計(jì)算有序排列的相鄰向量叉乘實(shí)現(xiàn)凸形區(qū)域的自主判斷。實(shí)際空域中，邊界線不完全為凸形域，針對(duì)邊界為凹形空域的自主越界判斷控制鮮少研究，本發(fā)明提出一種無(wú)人機(jī)自主安全控制方法，在此基礎(chǔ)上，對(duì)于邊界區(qū)域內(nèi)存在不可飛區(qū)域的路徑相交檢測(cè)與規(guī)避進(jìn)行了補(bǔ)充研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)人機(jī)自主安全控制方法，使無(wú)人機(jī)具備自主安全控制處置能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)航區(qū)內(nèi)預(yù)定目標(biāo)的區(qū)域保護(hù)以及飛行邊界的自主判斷與處置。一旦無(wú)人機(jī)因?yàn)槭Э鼗蚱渌驅(qū)е略匠霭踩珔^(qū)域或飛往保護(hù)區(qū)域，按照預(yù)定的策略自動(dòng)輸出控制信號(hào)，最大程度保證地面設(shè)備和人員的安全。

在此基礎(chǔ)上，對(duì)于邊界區(qū)域內(nèi)存在不可飛區(qū)域的路徑相交檢測(cè)與規(guī)避進(jìn)行了補(bǔ)充研究。本發(fā)明提出的自主安控模塊設(shè)計(jì)方法適用于多類型空域，并且具備預(yù)警功能，多類型空域比如凹凸邊界域、單連通、多連通域。

本發(fā)明主要通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種無(wú)人機(jī)自主安全控制方法，當(dāng)無(wú)人機(jī)規(guī)劃路徑經(jīng)過(guò)保護(hù)區(qū)域時(shí)，判斷相交路徑為直線路徑或圓弧路徑，若直線路徑段與保護(hù)域相交，采用中間航路點(diǎn)法生成同向旋轉(zhuǎn)解與反向旋轉(zhuǎn)解，以無(wú)人機(jī)位置、中間航路點(diǎn)、待飛航點(diǎn)進(jìn)行路徑重規(guī)劃；若圓弧路徑段與保護(hù)域相交，若圓弧路徑與保護(hù)域相交，采用調(diào)整運(yùn)動(dòng)圓弧曲率的方法計(jì)算與保護(hù)域相切的點(diǎn)規(guī)避保護(hù)域；若重規(guī)劃后的路徑與圓弧段或者直線段相交，通過(guò)迭代產(chǎn)生避開(kāi)保護(hù)域的路徑。

為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，進(jìn)一步地，當(dāng)無(wú)人機(jī)位置位于保護(hù)域的高度區(qū)間內(nèi)時(shí)，若所規(guī)避對(duì)象的類型屬性為柱形，則以保護(hù)域最大半徑為保護(hù)圓半徑，否則，以保護(hù)域在無(wú)人機(jī)高度平面的水平投影圓半徑疊加安全距離為保護(hù)圓半徑；以保護(hù)圓半徑為路徑重規(guī)劃所用的安全圓半徑。

為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，進(jìn)一步地，直線路徑與保護(hù)域相交判據(jù)：保護(hù)域中心點(diǎn)距離直線路徑段的距離小于保護(hù)域半徑，且交點(diǎn)至少有一個(gè)點(diǎn)在直線路徑段上。

為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，進(jìn)一步地，采用中間航路點(diǎn)算法生成中間航路點(diǎn)，若中間航路點(diǎn)所在圓弧半徑小于最小轉(zhuǎn)彎半徑，則以最小轉(zhuǎn)彎半徑為重規(guī)劃路徑圓弧段半徑，否則，以中間航路點(diǎn)所在圓弧半徑作為重規(guī)劃路徑圓弧段半徑。