CN103869822B - 多旋翼无人机感知与规避系统及其规避方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多旋翼无人机感知与规避系统，包括障碍规避模块，障碍规避模块的输出端连接有飞行控制模块，障碍规避模块的输入端还连接有导航模块，障碍规避模块还连接有ADS‑B感知模块进行数据收发；ADS‑B感知模块包括ADS‑B OUT发送模块和ADS‑B IN接收模块，ADS‑B OUT发送模块连接有发送天线，ADS‑B IN接收模块连接有接收天线。本发明还公开了一种规避方法，简化了无人机进行空间感知与障碍规避的复杂度，能够实现不依靠空中管制系统保证无人机进行空间安全飞行，适用于低空飞行的多旋翼无人机的感知与规避系统。

Description

多旋翼无人机感知与规避系统及其规避方法

技术领域

本发明属于无人机导航与控制技术领域，具体涉及多旋翼无人机感知与规避系统及其规避方法。

背景技术

随着无人机技术在民用领域的不断发展，以及近年来低空领域开放政策的不断施行，多旋翼无人机在低空民用领域的大量应用将成为必然。大量的无人在低空领域的工作应用必然会给空域的飞行安全和交通管制带来新的威胁。

现有的无人机空间感知技术中，常用的机载传感器包括光电、雷达等。通过传感器进行信息获取，并依据对传感器信息的后端处理提取目标状态信息，从而进行威胁估计与规避路径规划。基于雷达的无人机空域感知系统虽然能够实现对目标的位置和速度的获取，但存在角度误差较大、虚警概率大的缺点，且大多数雷达体积、功耗较大，不利于在轻小型多旋翼无人机系统中的集成和应用。基于光电的感知系统虽然能够得到目标的精确角度信息，但是光电传感器很难获取目标的距离信息，且其感知能力受光照、天气等影响较大，感知鲁棒性较差。另外，依靠雷达和光电等传感器的空域感知都需要无人机机载平台有较大的实时数据运算处理能力。综上，基于雷达和光电的非合作式无人机感知系统方案很难应用轻小型无人机系统中（Small Unmanned Aerial System，SUAS）进行空间感知和障碍规避。建立合作式感知与规避系统是面向未来低空领域无人机开放飞行安全的必要准备。

发明内容

本发明的目的是提供一种多旋翼无人机感知与规避系统，以解决现有雷达体积大、功耗较大，不利于在轻小型多旋翼无人机系统中的集成应用的问题。

本发明的另一个目的是提供一种多旋翼无人机感知与规避系统的规避方法，以解决现有无人机空域感知系统的角度误差较大，以及虚警概率大等感知不精确情况下的规避安全性问题。

本发明所采用的第一种技术方案是，多旋翼无人机感知与规避系统，包括障碍规避模块，障碍规避模块的输出端连接有飞行控制模块，障碍规避模块的输入端还连接有导航模块，障碍规避模块还连接有ADS-B感知模块进行数据收发；ADS-B感知模块包括ADS-BOUT发送模块和ADS-B IN接收模块，ADS-B OUT发送模块连接有发送天线，ADS-B IN接收模块连接有接收天线。

本发明第一种技术方案的特点还在于，

障碍规避模块包括数据收发模块、威胁估计模块和避撞规划模块；数据收发模块的输入端分别连接有ADS-B IN接收模块和导航模块，数据收发模块的输出端分别连接有ADS-B OUT发送模块和威胁估计模块，威胁估计模块的输出端依次连接避撞规划模块和飞行控制模块。

导航模块包括输出端均连接到数据收发模块的GPS模块、惯性导航单元和高度气压计。

本发明所采用的第二种技术方案是，一种多旋翼无人机感知与规避系统的规避方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，分别获取目标机和本机的位置信息以及速度信息，再将所述的位置信息和速度信息转换为NED坐标系下的位置信息和速度信息，即得到目标机的位置信息P_i和速度信息V_i，本机的位置信息P₀和速度信息V₀；

步骤2，设定本机的规避安全包络，根据步骤1中获取的目标机的位置信息P_i和速度信息V_i以及本机的位置信息P₀和速度信息V₀，判断目标机是否进入所述规避安全包络，将进入规避安全包络的目标机设为威胁目标机；

步骤3，将步骤2中所确定的威胁目标机，根据碰撞时间的先后顺序确定碰撞优先级，按照碰撞优先级从高到低的顺序依次对威胁目标机做出规避动作；

步骤4，步骤3的规避动作完成后，按飞行方向指向其飞行路径中最近航路点的方向进行飞行，并回归原始路线，即完成了本机对威胁目标机的规避过程。

本发明第二种技术方案的特点还在于，

步骤1的具体方法为：

通过ADS-B感知模块1获取目标机的位置信息，即经纬高为{lon_i,lat_i,alt_i}以及目标机的速度信息V＝(V_xi,V_yi,V_zi)，通过机载导航系统获得本机的经纬高{lon₀,lat₀,alt₀}以及本机的速度信息V＝(V_x0,V_y0,V_z0)；

设定参考原点为{lon_b,lat_b,alt_b}，由于ADS-B感知模块1的收发标准是WGS-84地心坐标系下的信息，为计算方便，将获取的目标机与本机位置信息和速度信息，转化为NED坐标系下的位置信息和速度信息，转换之后，目标机的位置为P_i＝{x_i,y_i,z_i}，速度为V_i＝{v_xi,v_yi,v_zi}，本机的位置为P₀＝{x₀,y₀,z₀}，速度为V₀＝{v_x0,v_y0,v_z0}；

目标机坐标转换公式为：

$\left[\begin{array}{c}{x}_i\\ y_i\\ z_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{lon}}_i-{\mathrm{lon}}_b\cos \left({\mathrm{lat}}_i\right)*40e6/360\\ ({\mathrm{lat}}_i-{\mathrm{lat}}_b)*40e6/360\\ {\mathrm{alt}}_i-{\mathrm{alt}}_b\end{array}\right],$

本机坐标转换公式为：

$\left[\begin{array}{c}{x}_o\\ y_o\\ z_o\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{lon}}_o-{\mathrm{lon}}_b\cos \left({\mathrm{lat}}_o\right)*40e6/360\\ ({\mathrm{lat}}_o-{\mathrm{lat}}_b)*40e6/360\\ {\mathrm{alt}}_o-{\mathrm{alt}}_b\end{array}\right]$

其中，x_i、y_i和z_i分别是目标机在拥有共同的零点且彼此相互正交的x轴、y轴和z轴的坐标值，V_xi、V_yi和V_zi分别是目标机在上述x轴、y轴和z轴上的速度值；x₀、y₀和z₀分别是本机在拥有共同的零点且彼此相互正交的x轴、y轴和z轴的坐标值，V_x0、V_y0和V_z0分别是目标机在上述x轴、y轴和z轴上的速度值。

步骤2的威胁评估方法具体为：

2.1）过滤远距离目标与远离目标

2.1.1）定义远距离标签函数为f_dst(P₀,P_i,V₀,V_i)，则

$f_{\mathrm{dst}}(P_0,P_i,V_0,V_i)=\left\{\begin{array}{cc}0& \sqrt{x_i^2+y_i^2}>\mathrm{Ror}\left|z_i\right|>h\\ 1& \mathrm{else}\end{array}\right.,$

其中，R表示无人机的工作半径，h表示无人机的工作空间高度，

若f_dst=0，则表示该目标为远距离目标，将其过滤；若f_dst=1，则表示该目标不是远距离目标，将其保留；

2.1.2）定义远离目标标签函数为f_lev(P₀,P_i,V₀,V_i)，

则 $f_{\mathrm{lev}}(P_0,P_i,V_0,V_i)=\left\{\begin{array}{cc}1& e_p\&CenterDot;e_v<0\\ 0& \mathrm{else}\end{array}\right.,$

其中，相对位置向量和相对速度向量分别为

$e_p=\frac{P_i-P_0}{\left|\right|P_i-P_0\left|\right|},e_v=\frac{V_i-V_0}{\left|\right|V_i-V_0\left|\right|},$

若f_lev(P₀,P_i,V₀,V_i)=0，则表示该目标为远离目标，将其过滤；若f_lev(P₀,P_i,V₀,V_i)=1，则表示该目标不是远离目标，将其保留；

2.2）定义威胁标签函数为f_threat(d,t)，则

$f_{\mathrm{threeat}}(d,t)=\left\{\begin{array}{ccc}1& \mathrm{if}& d_{\min }<R_{\mathrm{safe}}\mathrm{and}{t}_{\min }<t_{\max }\\ 0& & \mathrm{else}\end{array}\right.,$

其中，最小距离为最小距离对应时间为为球形规避安全包络的半径，P₀、P_i和V₀、V_i分别为本机和目标机的位置和速度向量，

若f_threat=1，则表示该目标存在威胁；若f_threat=0，则表示该目标不存在威胁。

步骤3的规避处理方法具体为：

3.1）根据步骤2中确定的所有威胁目标的最小距离对应时间，对威胁目标进行优先级排序，越小，其规避优先级越高，按照从高级向低级的顺序逐级对威胁目标进行规避处理；

3.2）由于多旋翼无人机在垂直方向有较好的飞行特性，因此多旋翼无人机的规避动作以上升和下降为主，具体路径计算流程如下：

3.2.1）定义无人机与目标机的碰撞点位于最小距离d_min位置处，

则目标机的位置为Pⁱ _collision，即

则其高度分量为zⁱ _collision=z_i+v_zit_dmin；

3.2.2）定义无人机在^t _dmin时刻的位置为P⁰ _collision，且

则其高度分量为z⁰ _collision=z_i+v_z0t_dmin；

323）当时，无人机进行爬升动作，

爬升速度为 ${\mathrm{\&upsi;}}_{\mathrm{zf}}=\min \{{\mathrm{\&upsi;}}_{z0}+\frac{2\mathrm{\&Delta;h}}{t_{d\min }},{\mathrm{\&upsi;}}_{z0\max }\};$

当时，无人机进行下降动作，

下降速度为 ${\mathrm{\&upsi;}}_{\mathrm{zf}}=\min \{{\mathrm{\&upsi;}}_{z0}+\frac{2\mathrm{\&Delta;h}}{t_{d\min }},{\mathrm{\&upsi;}}_{z0\max }\};$

其中v_z0max表示本机在z轴方向的最大速度，爬升或下降的高度为 $\mathrm{Dh}=R_{\mathrm{safe}}-|{z^0}_{\mathrm{collision}}-{z^i}_{\mathrm{collision}}|,$ 爬升或下降的时间为 $t_{\mathrm{collision}}=\frac{1}{2}{t}_{\mathrm{dmi},}$ 爬升或下降完成后保持速度为V_collision={v_x,v_y,v_zf}，

当远离目标标签函数f_lev(P₀,P_i,V₀,V_i)＝0且||P_i-P₀||＞R_safe时，即完成规避动作。

本发明的有益效果是，简化了无人机进行空间感知与障碍规避的复杂度，利用ADS-B模块进行感知和规避，能够实现不依靠空中管制系统进行空间安全飞行，具有数据速率高（2～5Hz），不受气象条件影响，体积、重量、功耗小等特点，同时威胁估计与规避机动计算简单、可靠，适合轻小型旋翼系统的应用，适用于低空飞行的多旋翼无人机的感知与规避系统。

附图说明

图1是本发明多旋翼无人机感知与规避系统的结构示意图。

图中，1.ADS-B感知模块，1-1.ADS-B OUT发送模块，1-2.ADS-B IN接收模块，2.发送天线，3.接收天线，4.障碍规避模块，5.飞行控制模块，6.导航模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种多旋翼无人机感知与规避系统，参见结构图1，包括障碍规避模块4，障碍规避模块4的输出端连接有飞行控制模块5，障碍规避模块4的输入端还连接有导航模块6，障碍规避模块4还连接有ADS-B感知模块1进行数据收发；ADS-B感知模块1包括ADS-B OUT发送模块1-1和ADS-B IN接收模块1-2，ADS-B OUT发送模块1-1连接有发送天线2，ADS-B IN接收模块1-2连接有接收天线3。

其中，障碍规避模块4包括数据收发模块、威胁估计模块和避撞规划模块；数据收发模块的输入端分别连接有ADS-B IN接收模块1-2和导航模块6，数据收发模块的输出端分别连接有ADS-B OUT发送模块1-1和威胁估计模块，威胁估计模块的输出端依次连接避撞规划模块和飞行控制模块5；导航模块6包括输出端均连接到数据收发模块的GPS模块、惯性导航单元和高度气压计。

ADS-B感知模块1即广播式自动相关监视模块，能够实现无需应答的飞机与飞机，飞机与地面站之间的数据广播。根据功能属性可分为ADS-B IN接收模块1-2和ADS-B OUT发送模块1-1两部分，ADS-B IN接收模块1-2完成对收发范围内的ADS-B信息进行接收和解析，ADS-B OUT发送模块1-1设备将无人机信息进行编码和广播。

导航模块6主要包括了GPS模块、惯导系统、高度气压计等。通过将GPS OUT与飞机的GPS模块、惯导系统和高度气压计进行连接，获取无人机的位置、速度信息进行广播。根据无人机感知与规避任务要求，定义ADS-B感知模块1广播的内容包括：飞机编号、经纬度、高度和速度方向。

本发明还提供了一种多旋翼无人机感知与规避系统的规避方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，分别获取目标机和本机的位置信息以及速度信息，再将所述的位置信息和速度信息转换为NED坐标系下的位置信息和速度信息，即得到目标机的位置信息P_i和速度信息V_i，本机的位置信息P₀和速度信息V₀。

通过ADS-B感知模块1获取目标机的位置信息，即经纬高为{lon_i,lat_i,alt_i}以及目标机的速度信息V＝(V_xi,V_yi,V_zi)；通过机载导航系统获得本机的经纬高{lon₀,lat₀,alt₀}以及本机的速度信息V＝(V_x0,V_y0,V_z0)，并将以上信息转换至北-东-地坐标系。

设定参考原点为{lon_b,lat_b,alt_b}，由于ADS-B感知模块1的收发标准是WGS-84地心坐标系下的信息，为计算方便，将获取的目标机与本机位置信息和速度信息，转化为NED坐标系下的位置信息和速度信息，转换之后，目标机的位置为P_i＝{x_i,y_i,z_i}，速度为V_i＝{v_xi,v_yi,v_zi}，本机的位置为P₀＝{x₀,y₀,z₀}，速度为V₀＝{v_x0,v_y0,v_z0}。

目标机坐标转换公式为：

$\left[\begin{array}{c}{x}_i\\ y_i\\ z_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{lon}}_i-{\mathrm{lon}}_b\cos \left({\mathrm{lat}}_i\right)*40e6/360\\ ({\mathrm{lat}}_i-{\mathrm{lat}}_b)*40e6/360\\ {\mathrm{alt}}_i-{\mathrm{alt}}_b\end{array}\right],$

本机坐标转换公式为：

$\left[\begin{array}{c}{x}_o\\ y_o\\ z_o\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{lon}}_o-{\mathrm{lon}}_b\cos \left({\mathrm{lat}}_o\right)*40e6/360\\ ({\mathrm{lat}}_o-{\mathrm{lat}}_b)*40e6/360\\ {\mathrm{alt}}_o-{\mathrm{alt}}_b\end{array}\right]$

其中，x_i、y_i和z_i分别是目标机在拥有共同的零点且彼此相互正交的x轴、y轴和z轴的坐标值，V_xi、V_yi和V_zi分别是目标机在上述x轴、y轴和z轴上的速度值；x₀、y₀和z₀分别是本机在拥有共同的零点且彼此相互正交的x轴、y轴和z轴的坐标值，V_x0、V_y0和V_z0分别是目标机在上述x轴、y轴和z轴上的速度值。

步骤2，设定本机的规避安全包络，根据步骤1中获取的目标机的位置信息P_i和速度信息V_i以及本机的位置信息P₀和速度信息V₀，判断目标机是否进入所述规避安全包络，将进入规避安全包络的目标机设为威胁目标机，威胁评估方法具体为：

2.1）由于ADS-B感知模块1的工作原理为空域广播方式，其收发半径大多在200km以上，对如此大空域的目标进行跟踪和路径规划将大大增加数据的处理量，因此，需要对接收的目标信息进行过滤。需要过滤的目标分为两类，远距离目标与远离目标，远距离目标指目标处于无人机监视空间外的目标，远离目标是指在无人机监视空间中，安全包络外，且其与无人机的空间距离随时间增加的目标；

2.1.1）定义远距离标签函数为f_dst(P₀,P_i,V₀,V_i)，则

$f_{\mathrm{dst}}(P_0,P_i,V_0,V_i)=\left\{\begin{array}{cc}0& \sqrt{x_i^2+y_i^2}>\mathrm{Ror}\left|z_i\right|>h\\ 1& \mathrm{else}\end{array}\right.,$

其中，R表示无人机的工作半径，h表示无人机的工作空间高度，

若f_dst=0，则表示该目标为远距离目标，将其过滤；若f_dst=1，则表示该目标不是远距离目标，将其保留；

2.1.2）定义远离目标标签函数为f_lev(P₀,P_i,V₀,V_i)，

则 $f_{\mathrm{lev}}(P_0,P_i,V_0,V_i)=\left\{\begin{array}{cc}1& e_p\&CenterDot;e_v<0\\ 0& \mathrm{else}\end{array}\right.,$

其中，相对位置向量和相对速度向量分别为

$e_p=\frac{P_i-P_0}{\left|\right|P_i-P_0\left|\right|},e_v=\frac{V_i-V_0}{\left|\right|V_i-V_0\left|\right|},$

若f_lev(P₀,P_i,V₀,V_i)=0，则表示该目标为远离目标，将其过滤；若f_lev(P₀,P_i,V₀,V_i)=1，则表示该目标不是远离目标，将其保留；

2.2）在进行目标威胁估计时，首先需定义无人机的规避安全包络，安全包络是指无人机安全工作的最小接近距离的范围，设规避安全包络为球形，其半径为R_safe，将经步骤2.2）保留下来的所有目标机的位置信息与无人机的位置信息逐个进行比较，当两者运动过程中的最小距离d_min小于无人机安全包络半径R_safe，且时间t_dmin小于最大规避时间T_max时，则定义目标机为威胁目标，具体方法如下：定义威胁标签函数为f_threat(d,t)，则

$f_{\mathrm{threeat}}(d,t)=\left\{\begin{array}{ccc}1& \mathrm{if}& d_{\min }<R_{\mathrm{safe}}\mathrm{and}{t}_{\min }<t_{\max }\\ 0& & \mathrm{else}\end{array}\right.,$

其中，最小距离为最小距离对应时间为为球形规避安全包络的半径，P₀、P_i和V₀、V_i分别为本机和目标机的位置和速度向量；

若f_threat=1，则表示该目标存在威胁；若f_threat=0，则表示该目标不存在威胁；

步骤3，将步骤2中所确定的威胁目标机，根据碰撞时间的先后顺序确定碰撞优先级，按照碰撞优先级从高到低的顺序依次对威胁目标机做出规避动作；

3.1）根据步骤2中确定的所有威胁目标的最小距离对应时间，对威胁目标进行优先级排序，越小，其规避优先级越高，按照从高级向低级的顺序逐级对威胁目标进行规避处理；

3.2）由于多旋翼无人机在垂直方向有较好的飞行特性，因此多旋翼无人机的规避动作以上升和下降为主，具体路径计算流程如下：

3.2.1）定义无人机与目标机的碰撞点位于最小距离d_min位置处，

则目标机的位置为Pⁱ _collision，即

则其高度分量为zⁱ _collision=z_i+v_zit_dmin；

3.2.2）定义无人机在t_dmin时刻的位置为且

则其高度分量为

3.2.3）当时，无人机进行爬升动作，

爬升速度为 ${\mathrm{\&upsi;}}_{\mathrm{zf}}=\min \{{\mathrm{\&upsi;}}_{z0}+\frac{2\mathrm{\&Delta;h}}{t_{d\min }},{\mathrm{\&upsi;}}_{z0\max }\};$

当时，无人机进行下降动作，

下降速度为 ${\mathrm{\&upsi;}}_{\mathrm{zf}}=\min \{{\mathrm{\&upsi;}}_{z0}+\frac{2\mathrm{\&Delta;h}}{t_{d\min }},{\mathrm{\&upsi;}}_{z0\max }\};$

其中v_z0max表示本机在z轴方向的最大速度，爬升或下降的高度为 $\mathrm{Dh}=R_{\mathrm{safe}}-|{z^0}_{\mathrm{collision}}-{z^i}_{\mathrm{collision}}|,$ 爬升或下降的时间为 $t_{\mathrm{collision}}=\frac{1}{2}{t}_{\mathrm{dmi},}$ 爬升或下降完成后保持速度为V_collision={v_x,v_y,v_zf}，

3.2.4）当远离目标标签函数f_lev(P₀,P_i,V₀,V_i)＝0且||P_i-P₀||＞R_safe时，即完成规避动作。

步骤4，步骤3的规避动作完成后，按飞行方向指向其飞行路径中最近航路点的方向进行飞行，并回归原始路线，即完成了本机对威胁目标机的规避过程。

Claims (4)

1.一种多旋翼无人机感知与规避系统的规避方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1，分别获取在WGS-84地心坐标系下的目标机和本机的位置信息以及速度信息，再将所述的位置信息和速度信息转换为NED坐标系下的位置信息和速度信息，即得到在NED坐标系下，目标机的位置信息P_i和速度信息V_i，本机的位置信息P₀和速度信息V₀；

步骤2，设定本机的规避安全包络，根据步骤1中获取的目标机的位置信息P_i和速度信息V_i以及本机的位置信息P₀和速度信息V₀，判断目标机是否进入所述规避安全包络，将进入规避安全包络的目标机设为威胁目标机；

步骤3，将步骤2中所确定的威胁目标机，根据碰撞时间的先后顺序确定碰撞优先级，按照碰撞优先级从高到低的顺序依次对威胁目标机做出规避动作；

步骤4，步骤3的规避动作完成后，按飞行方向指向其飞行路径中最近航路点的方向进行飞行，并回归原始路线，即完成了本机对威胁目标机的规避过程。

2.如权利要求1所述的多旋翼无人机感知与规避系统的规避方法，其特征在于，所述的步骤1的具体方法为：

通过ADS-B感知模块1获取目标机的位置信息，即经纬高为{lon_i,lat_i,alt_i}以及目标机的速度信息V＝(V_xi,V_yi,V_zi)，通过机载导航系统获得本机的经纬高{lon₀,lat₀,alt₀}以及本机的速度信息V＝(V_x0,V_y0,V_z0)；

设定参考原点为{lon_b,lat_b,alt_b}，由于ADS-B感知模块1的收发标准是WGS-84地心坐标系下的信息，为计算方便，将获取的目标机与本机位置信息和速度信息，转化为NED坐标系下的位置信息和速度信息，转换之后，目标机的位置为P_i＝{x_i,y_i,z_i}，速度为V_i＝{v_xi,v_yi,v_zi}，本机的位置为P₀＝{x₀,y₀,z₀}，速度为V₀＝{v_x0,v_y0,v_z0}；

目标机坐标转换公式为：

$\left[\begin{array}{c}{x}_i\\ y_i\\ z_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{lon}}_i-{\mathrm{lon}}_b\cos \left({\mathrm{lat}}_i\right)*40e6/360\\ ({\mathrm{lat}}_i-{\mathrm{lat}}_b)*40e6/360\\ {\mathrm{alt}}_i-{\mathrm{alt}}_b\end{array}\right],$

本机坐标转换公式为：

$\left[\begin{array}{c}{x}_i\\ y_i\\ z_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{lon}}_i-{\mathrm{lon}}_b\cos \left({\mathrm{lat}}_i\right)*40e6/360\\ ({\mathrm{lat}}_i-{\mathrm{lat}}_b)*40e6/360\\ {\mathrm{alt}}_i-{\mathrm{alt}}_b\end{array}\right],$

其中，x_i、y_i和z_i分别是目标机在拥有共同的零点且彼此相互正交的x轴、y轴和z轴的坐标值，V_xi、V_yi和V_zi分别是目标机在上述x轴、y轴和z轴上的速度值；x₀、y₀和z₀分别是本机在拥有共同的零点且彼此相互正交的x轴、y轴和z轴的坐标值，V_x0、V_y0和V_z0分别是本机在上述x轴、y轴和z轴上的速度值。

3.如权利要求1所述的多旋翼无人机感知与规避系统的规避方法，其特征在于，所述的步骤2的威胁评估方法具体为：

2.1)过滤远距离目标与远离目标

2.1.1)定义远距离标签函数为f_dst(P₀,P_i,V₀,V_i)，则

$f_{dst}(P_0,P_i,V_0,V_i)=\left\{\begin{array}{cc}0& \sqrt{{x_i}^2+{y_i}^2}>Ror\left|z_i\right|>h\\ 1& else\end{array}\right.,$

其中，R表示无人机的工作半径，h表示无人机的工作空间高度，

若f_dst＝0，则表示该目标为远距离目标，将其过滤；若f_dst＝1，则表示该目标不是远距离目标，将其保留；

2.1.2)定义远离目标标签函数为f_lev(P₀,P_i,V₀,V_i)，

则

其中，相对位置向量和相对速度向量分别为

$e_p=\frac{P_i-P_0}{\left|\right|P_i-P_0\left|\right|},e_v=\frac{V_i-V_0}{\left|\right|V_i-V_0\left|\right|},$

若f_lev(P₀,P_i,V₀,V_i)＝0，则表示该目标为远离目标，将其过滤；若f_lev(P₀,P_i,V₀,V_i)＝1，则表示该目标不是远离目标，将其保留；

2.2)定义威胁标签函数为f_threat(d,t)，则

$f_{threat}(d,t)=\left\{\begin{array}{cc}1& if{d}_{min}<R_{safe}and{t}_{min}<t_{max}\\ 0& else\end{array}\right.,$

其中，最小距离为最小距离对应时间为R_safe为球形规避安全包络的半径，P₀、P_i和V₀、V_i分别为本机和目标机的位置和速度向量，

若f_threat＝1，则表示该目标存在威胁；若f_threat＝0，则表示该目标不存在威胁。

4.如权利要求1所述的多旋翼无人机感知与规避系统的规避方法，其特征在于，所述的步骤3的规避处理方法具体为：

3.1)根据步骤2中确定的所有威胁目标的最小距离对应时间对威胁目标进行优先级排序，越小，其规避优先级越高，按照从高级向低级的顺序逐级对威胁目标进行规避处理；

3.2)由于多旋翼无人机在垂直方向有较好的飞行特性，因此多旋翼无人机的规避动作以上升和下降为主，具体路径计算流程如下：

3.2.1)定义无人机与目标机的碰撞点位于最小距离d_min位置处，

则目标机的位置为Pⁱ _collision，即

则其高度分量为zⁱ _collision＝z_i+v_zit_dmin；

3.2.2)定义无人机在t_dmin时刻的位置为P⁰ _collision，且

则其高度分量为z⁰ _collision＝z_i+v_z0t_dmin；

3.2.3)当z⁰ _collision>zⁱ _collision时，无人机进行爬升动作，

爬升速度为

当z⁰ _collision<zⁱ _collision时，无人机进行下降动作，

下降速度为

其中v_z0max表示本机在z轴方向的最大速度，爬升或下降的高度为Dh＝R_safe-|z⁰ _collision-zⁱ _collision|，爬升或下降的时间为爬升或下降完成后保持速度为V_collision＝{v_x,v_y,v_zf}，Δh表示无人机在工作空间高度方向上爬升或下降的高度变化量；

当远离目标标签函数f_lev(P₀,P_i,V₀,V_i)＝0且||P_i-P₀||＞R_safe时，即完成规避动作。