CN101714300A - 一种无人机飞行防撞方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人机飞行防撞方法及装置。该方法是在无人机上设置机载应答识别系统，机载应答识别系统与无人机上的导航飞行控制系统连接；机载应答识别系统实时发送本机机号和飞行参数，告知地面和其它飞机本机的位置和飞行参数，同时接收其它飞机的机号和飞行参数判断与其它飞机的安全距离，当本机与其它飞机的距离小于安全距离时，机载应答识别系统通过无人机的导航飞行控制系统自动躲避其它飞机。其装置包括机载应答识别系统(1)，机载应答识别系统与无人机上的导航飞行控制系统(4)连接。与现有技术相比，本发明可以防止无人机在飞行中与其它飞机相撞，扩大了无人机的应用范围，也为无人机进入公共空域飞行提供了有利条件。

Description

一种无人机飞行防撞方法及装置
技术领域
本发明涉及一种无人机飞行防撞方法及装置，属于无人驾驶飞机技术领域。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控遥测设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。机上无驾驶舱，但安装有导航飞行控制系统、程序控制装置以及动力和电源等设备。地面遥控遥测站人员通过数据链等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。与载人飞机相比，它具有体积小、造价低、使用方便、适应多种飞行环境要求的特点，因此可广泛用于航空遥感、气象研究、农业飞播和病虫害防治中，特别是在战争中更具有特殊的优势，可广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等。
目前，无人机的使用仅仅局限在特定的任务空域，其潜在的作用远远没有发挥。随着无人机应用的进一步推广，无人机有可能进入公共空域与民航班机和其他通用飞机共享空域资源，那么保证民航的飞行安全就尤为重要。必须对无人机采取飞行安全的防撞技术，防止无人机与其它飞机发生相撞事故。现有的无人机，一般都没有安装防撞装置，只能在公共空域以外执行一些特定任务，不能进入公共空域，无法与民航班机和其他通用飞机共享空域资源。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种无人机飞行防撞方法及装置，以防止无人机在空中与其它飞机相撞，为无人机进入公共空域与民航班机和其他通用飞机共享空域资源提供前提条件，为无人机的应用开辟更广泛领域。
本发明的技术方案：本发明的一种无人机飞行防撞方法为，该方法是在无人机上设置机载应答识别系统，机载应答识别系统与无人机上的导航飞行控制系统连接；机载应答识别系统实时发送本机机号和飞行参数，告知地面站和其它飞机无人机的位置和飞行参数，同时接收其它飞机的机号和飞行参数判断与其它飞机的安全距离，当无人机与其它飞机的距离小于安全距离时，机载应答识别系统通过无人机的导航飞行控制系统自动躲避其它飞机。
上述的无人机飞行防撞方法中，在无人机上设置机载航线空域数据库，机载航线空域数据库中储存有民航飞机固定航线数据、限制飞机飞入的空域数据、本机执行任务的航线和限制本机飞出的空域数据；机载航线空域数据库供无人机上的导航飞行控制系统使用；无人机的导航飞行控制系统控制无人机避开民航飞机固定航线上的飞机，按本机执行任务的航线飞行，并禁止飞入或飞出限制飞行的空域。
前述的无人机飞行防撞方法中，在无人机上设置机载话音通信系统，机载话音通信系统与无人机上的导航飞行控制系统连接，或机载话音通信系统独立使用，适用于近距离通话；机载话音通信系统与地面站单向或双向无线连接；地面站设有与机载话音通信系统对应的话音设备。
前述的无人机飞行防撞方法中，所述的地面站包括指挥终端和操作终端，指挥终端可以设置在地面、舰船或飞机上，指挥终端的话音设备通过无人机上的机载话音通信系统与地面站的操作终端通话；指挥终端和操作终端分别设有接收和处理无人机上的机载话音通信系统信息的对应的话音设备，操作终端发出的话音指令通过无线传输随时传送给无人机再转发给指挥终端的话音设备。
前述的无人机飞行防撞方法中，在无人机上设置机载应答识别系统、机载航线空域数据库和机载话音通信系统，上述的机载应答识别系统、机载航线空域数据库和机载话音通信系统均与无人机上的导航飞行控制系统连接，其中，机载话音通信系统也可以不连接导航飞行控制系统而独立使用；并在地面设置地面站，地面站设有与机载应答识别系统对应的飞行状态接收和显示装置和与机载话音通信系统对应的话音设备，飞行状态接收和显示装置供地面指挥人员监视无人机的飞机状态；地面站通过无人机原有的遥控遥测设备可以修改机载航线空域数据库的数据；话音设备供地面站操作人员与指挥终端人员进行话音通信。
本发明的一种无人机飞行防撞装置为，包括机载应答识别系统，机载应答识别系统与无人机上的导航飞行控制系统连接。
上述的无人机飞行防撞装置中，包括机载航线空域数据库，机载航线空域数据库与无人机上的导航飞行控制系统连接。
前述的无人机飞行防撞装置中，包括有能与地面站和指挥终端单向或双向无线连接的机载话音通信系统，机载话音通信系统与无人机上的导航飞行控制系统连接或不连接，地面站设有话音设备。
前述的无人机飞行防撞装置中，包括机载应答识别系统、机载航线空域数据库和机载话音通信系统；机载应答识别系统、机载航线空域数据库和机载话音通信系统分别与无人机上的导航飞行控制系统连接；机载话音通信系统与地面站和指挥终端进行单向或双向无线连接；地面站设有飞行状态接收和显示装置和话音设备。
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，现有的无人机由于没有防撞装置，因此只能在公共空域以外执行一些特定的任务，不能进入公共空域。限制了无人机的应用。本发明在无人机上安装了防撞装置，可以防止无人机在飞行中与其它飞机相撞，因此扩大了无人机的应用范围，也为无人机进入公共空域飞行提供了有利条件。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
附图中的标记为：1-机载应答识别系统，2-机载航线空域数据库，3-机载话音通信系统，4-导航飞行控制系统，5-地面站，6-飞行状态接收和显示装置，7-话音设备，8-指挥终端。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对本发明做任何限制的依据。
实施例1，一种无人机飞行防撞方法，该方法是在无人机上安装机载应答识别系统1，机载应答识别系统1与无人机上的导航飞行控制系统连接。机载应答识别系统1实时发送本机机号和飞行参数，告知地面和其它飞机本机的位置和飞行参数，同时接收其它飞机的机号和飞行参数，判断与其它飞机的安全距离，当本机与其它飞机的距离小于安全距离时，机载应答识别系统1通过无人机的导航飞行控制系统4使无人机优先自动躲避其它飞机。机载应答识别系统既向地面飞行管制室发送民航规定的空管应答机信号参数，同时该信号参数也能够被其它飞机接收，能够让其它飞机关注和避让无人机。所述的导航飞行控制系统4与无人机上现有的遥测遥控与信息传输系统连接，地面飞行管制室是指挥终端的一种。
例如，当无人机在公共空域飞行时，无人机上的机载应答识别系统1实时发送本机机号和飞行参数，正在公共空域飞行的其它有人驾驶飞机接收到无人机的信号后，驾驶员可以正确判断无人机的飞行航向、飞行高度和飞行速度，采取有效的避让措施，防止相撞。无人机上的机载应答识别系统1实时发送的本机机号和飞行参数，也可以发送至地面，用于地面人员对无人机的飞机状态进行监视。
当无人机在公共空域飞机时，无人机上的机载应答识别系统1也实时接收其它飞机的机号和飞行参数，当无人机检测到有其它飞机(也可能是无人机)飞近本机的安全距离范围(如25公里范围内，该安全距离是人为设定的)时，无人机上的机载应答识别系统1通过导航飞行控制系统4降低或提升飞行高度，避开其它飞机；或控制无人机在等高度盘旋，等待其它飞机通过后，再按自己的航线继续飞行。
实施例2，在无人机上设置机载航线空域数据库，机载航线空域数据库中储存有民航飞机固定航线数据和限制飞机飞入的空域数据，本机执行任务的航线和限制本机飞出的空域数据也可以储存在其中；机载航线空域数据库供无人机上的导航飞行控制系统使用，典型的连接方式是机载航线空域数据库与无人机上的导航飞行控制系统连接；无人机的导航飞行控制系统控制无人机避开民航飞机固定航线上的飞机，按本机执行任务的航线飞行，并禁止飞入或飞出限制飞行的空域。现有的无人机只设置本机执行任务的航线，本发明提供了一种无人机自动的位置识别与飞行控制的方法。
具体实施时，将民航制定的已知民航飞机固定航线的航路点数据，和已知的限制飞入的空域范围数据输入到无人机的机载航线空域数据库2，也可以将本机执行任务时的飞行航线，以及限制飞出的空域范围数据也输入到无人机的机载航线空域数据库2，并设定本机航线也民航飞机航线的安全距离，安全距离是人为设定的，安全距离一般情况设置为25公里，特殊情况按照大于民航飞行管制法规要求的最小距离设置无人机对民航飞机的最小安全距离。在无人机执行飞行任务前，由地面人员设计无人机的飞行航线，尽可能避开民航航线。对限制飞入的空域，预定的无人机航线设计后可以仿真检查，出现与民航航线相交点时，对无人机航线数据进行修改。对限制飞出的空域，预定的无人机航线设计后可以仿真检查，出现与限制空域界面相交点时，对无人机航线数据进行修改。对飞行时临时设计的无人机限制空域在设计后可通过无人机的数据链装订，装定后飞行中出现与限制空域界面相交点，无人机自动对航线数据进行修改，对间飞行航线的断点作合理的数值拟合再自动连接上，数值拟合包括折返拟合，等高绕行拟合，以及变高绕行拟合。
这样，无人机在飞行时会自动避开机载航线空域数据库2中的民航航线或限制空域，并严格按照自己的航线飞行，当自己的航线与民航的航线距离小于安全距离时，无人机会通过导航飞行控制系统4自动调整自己的航线，避开其它航线；或控制飞行半径在等高度盘旋，等待其它航线上的飞机通过后，再按自己的航线继续飞行。
以上的实施例1和实施例2，都是通过无机人上的导航飞行控制系统4分别与机载应答识别系统1或机载航线空域数据库2配合，自动避开其它飞机防止相撞的，无人机在飞行中不接受地面控制，但可以在地面设置飞行状态接收和显示装置6，以监视无人机的飞行状态。
实施例3，在无人机上设置机载话音通信系统，该系统与指挥终端和操作终端无线连接，指挥终端可以设置在地面或舰船或飞机上，指挥终端人员的话音设备通过该系统能够与无人机地面站操作终端人员通话；机载话音通信系统可以独立安装在无人机上，或与无人机上的遥测遥控与信息传输系统复合打包传输，机载话音通信系统的打开与关闭的控制可以由无人机上的飞行控制系统进行开关控制；无人机地面站作为操作终端设有接收和处理机载话音通信系统信息的对应的话音设备装置，由地面站操作人员发出的话音指令通过无线传输随时传送给无人机再转发给指挥终端人员的话音设备。
具体实施时，机载话音通信系统3由符合民航适航技术标准的话音通信设备及其天线和电源电线连接组成，安装在无人机上。其中，话音通信设备选用独立的电台通信系统，无人机仅为机载话音通信系统3提供特需的接口，如电源或开关控制。机载话音通信系统3也可以选用与无人机系统已有数据链复合话音通信的数据链通信系统，包括与视距数据链复合话音通信或卫星中继数据链复合话音通信的数据链通信系统。机载话音通信系统3根据需要可以选用一路或多路通信。在地面站设有与机载话音通信系统对应的话音设备。无人机在飞行中，民航航行管制室作为一种指挥终端需要呼叫无人机时，通过无人机机载话音通信系统3与地面控制站之间建立话音通信联系，可以对无人机的飞行协调调整，提高无人机飞行安全防撞的能力水平，或协调地面站对无人机进行航线的临时补充修改操作。地面站是操作终端，指挥终端可以设置在地面、舰船或飞机上，指挥终端人员的话音设备通过无人机上的机载话音通信系统与地面站的操作终端人员通话；操作终端设有接收和处理无人机上的机载话音通信系统信息的对应的话音设备装置，由操作终端人员发出的话音指令通过无线传输随时传送给无人机再转发给指挥终端人员的话音设备。
实施例4，在无人机上设置机载应答识别系统、机载航线空域数据库和机载话音通信系统，机载应答识别系统、机载航线空域数据库和机载话音通信系统，均与无人机上的导航飞行控制系统连接，以控制无人机的飞行状态；并在地面站设置与机载应答识别系统对应的飞行状态接收和显示装置以及与机载话音通信系统对应的话音设备装置，飞行状态接收和显示装置供地面指挥人员监视无人机的飞机状态；话音设备装置供地面站操作人员与指挥终端人员进行话音通信。
飞行状态接收和显示装置6接收机载应答识别系统1发送的信息和接收的信息，并通过显示器或各种仪表显示，还可以设置灯光或声音报警。显示器可以将空中航线以平面或三维方式显示，并将当前无人机的实时位置动态的显示，可以明确的显示出无人机与航线或空域边界的相对位置，显示其他邻近飞机的位置，可以监视无人机盘旋待机的情况或调整高度飞行的情况，就象飞行员坐在驾驶舱的感觉一样。对机载航线空域数据库2可以由地面控制站遥控进行其数据更新或临时装订。特殊需要时航线空域数据库2可以改为安装在地面控制站上，通过地面站与无人机系统的数据链实现所述的飞行安全防撞功能和显示或提示功能。对机载话音通信系统3，地面控制站内安装与无人机机载话音通信设备3相应的地面控制站话音通信系统，通过无线电分发到1个或多个指挥终端，实现地面控制站通过无人机机载话音通信系统与民航管制中心等指挥终端进行话音通信，其话音频率可以调整。
本发明的无人机飞行防撞装置，包括机载应答识别系统1，机载应答识别系统1与无人机上的导航飞行控制系统4连接。无人机飞行防撞装置可以只包括机载航线空域数据库2，机载航线空域数据库2可以制作在移动存储介质上，机载航线空域数据库2与无人机上的导航飞行控制系统4按传统方式典型连接。无人机飞行防撞装置也可以只安装机载话音通信系统3，机载话音通信系统3与无人机上的遥控遥测系统4典型连接，而简化的近距离使用时可以独立安装使用，机载话音通信系统3与地面站5单向或双向无线连接，地面站5设有飞行状态接收和显示装置6和话音设备7。地面站是操作终端，指挥终端可以设置在地面、舰船或飞机上，指挥终端人员的话音设备通过无人机上的机载话音通信系统与地面站的操作终端人员通话；操作终端设有接收和处理无人机上的机载话音通信系统信息的对应的话音设备装置，由操作终端人员发出的话音通过无线传输随时传送给无人机再转发给指挥终端人员的话音设备。
以上的实施例中，所述的机载应答识别系统、机载话音通信系统、导航飞行控制系统、遥控遥测数据链系统、飞行状态接收和显示装置、话音设备均采用现有的成品部件。其中，机载应答识别系统还可以在现有产品基础上改进，特别是小型化；近距离机载话音通信系统通常使用在通视距离，一般约为200公里；机载航线空域数据库为导航飞行控制系统提供航线依据，机载航线空域数据库可按传统的数据库信息设备结构方式进行制作。

Claims (10)

1.一种无人机飞行防撞方法，其特征在于：该方法是在无人机上设置机载应答识别系统，机载应答识别系统与无人机上的导航飞行控制系统连接；机载应答识别系统实时发送本机机号和飞行参数，告知地面站和其它飞机无人机的位置和飞行参数，同时接收其它飞机的机号和飞行参数判断与其它飞机的安全距离，当无人机与其它飞机的距离小于安全距离时，机载应答识别系统通过无人机的导航飞行控制系统自动躲避其它飞机。
2.根据权利要求1所述的无人机飞行防撞方法，其特征在于：在无人机上设置机载航线空域数据库，机载航线空域数据库中储存有民航飞机固定航线数据、限制飞机飞入的空域数据；机载航线空域数据库供无人机上的导航飞行控制系统使用；无人机的导航飞行控制系统控制无人机避开民航飞机固定航线上的飞机，按本机执行任务的航线飞行，并禁止飞入或飞出限制飞行的空域。
3.根据权利要求2所述的无人机飞行防撞方法，其特征在于：在机载航线空域数据库中还储存有本机执行任务的航线和限制本机飞出的空域数据。
4.根据权利要求1所述的无人机飞行防撞方法，其特征在于：在无人机上设置有机载话音通信系统，机载话音通信系统与无人机上的导航飞行控制系统连接；或机载话音通信系统独立使用，适用于近距离通话；机载话音通信系统与地面站单向或双向无线连接；地面站设有与机载话音通信系统对应的话音设备。
5.根据权利要求4所述的无人机飞行防撞方法，其特征在于：所述的地面站包括指挥终端和操作终端，指挥终端可以设置在地面、舰船或飞机上，指挥终端的话音设备通过无人机上的机载话音通信系统与地面站的操作终端通话；指挥终端和操作终端分别设有接收和处理无人机上的机载话音通信系统信息的对应的话音设备，操作终端发出的话音指令通过无线传输随时传送给无人机再转发给指挥终端的话音设备。
6.根据权利要求5所述的无人机飞行防撞方法，其特征在于：在无人机上设置机载应答识别系统、机载航线空域数据库和机载话音通信系统，机载应答识别系统、机载航线空域数据库和机载话音通信系统均与无人机上的导航飞行控制系统连接，其中，机载话音通信系统或不连接导航飞行控制系统而独立使用；并在地面设置地面站，地面站设有与机载应答识别系统对应的飞行状态接收和显示装置和与机载话音通信系统对应的话音设备，飞行状态接收和显示装置供地面指挥人员监视无人机的飞机状态；地面站通过无人机原有的遥控遥测设备修改机载航线空域数据库的数据；话音设备供地面站操作人员与指挥终端人员进行话音通信。
7.一种无人机飞行防撞装置，包括无人机上的导航飞行控制系统(4)，其特征在于：在无人机上的导航飞行控制系统(4)上连接有机载应答识别系统(1)
8.根据权利要求7所述的无人机飞行防撞装置，其特征在于：在无人机上的导航飞行控制系统(4)上还连接有机载航线空域数据库(2)。
9.根据权利要求8所述的无人机飞行防撞装置，其特征在于：在无人机飞行防撞装置中包括有能与地面站(5)和指挥终端(8)进行单向或双向无线连接的机载话音通信系统(3)，导航飞行控制系统(4)与机载话音通信系统(3)连接或不连接，在地面站(5)上设有话音设备(7)。
10.根据权利要求9所述的无人机飞行防撞装置，其特征在于：在无人机上的导航飞行控制系统(4)上分别连接有机载应答识别系统(1)、机载航线空域数据库(2)和机载话音通信系统(3)；机载话音通信系统(3)与地面站(5)和指挥终端(8)进行单向或双向无线连接；地面站(5)设有飞行状态接收和显示装置(6)和话音设备(7)。
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