CN107943101A - 一种无人机选择干扰背景进行飞行的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机选择干扰背景进行飞行的方法，包括以下步骤：S10：确定危险目标的方位，通过影像采集设备获取无人机周围的背景影像图片，从获取的背景影像图片中选取与无人机外观颜色接近的区域作为干扰背景；S20：根据获取的所述干扰背景确定躲避所述危险目标视线追踪的飞行路径，且所述飞行路径包括麻痹飞行阶段和加速调整飞行阶段；所述麻痹飞行阶段使无人机从当前位置飞行至所述干扰背景和所述危险目标之间，所述加速调整飞行阶段使无人机在所述干扰背景和所述危险目标之间进行转向以脱离所述危险目标的视野范围。本发明能够躲避来自地面的危险目标的视线追踪，使高空无人机在远距离的任务执行过程中能够进行自身的保护。
Description
技术领域
本发明涉及一种无人机飞行智能控制系统技术领域，特别是一种无人机选择干扰背景进行飞行的方法。
背景技术
随着具有实时影像采集传输功能的遥控飞行器即无人机的不断发展，无人机的飞行范围也不断增大。但是，对于一些飞行范围较大的无人机，其执行任务的地点远离操作者或者操作基地，因而操作者或者操作基地无法直接为无人机提供保护，这一类无人机在远距离执行任务的过程中可能会受到监视，继而被捕获或被攻击，如果不能提供一种有效地保护无人机的方法，则远距离的任务执行将难以开展。
在高空飞行的无人机通常具有较好的安全性，但是随着各种远距离电磁干扰设备、远距离射击型破坏或捕捉装备的出现，使得500米以下飞行高度的无人机飞行安全性受到了严重的威胁。基于上述情况，申请人提出了一种先脱离危险目标的视线，再远离危险目标的飞行方法，使无人机在高空飞行时能够躲避危险目标的视线追踪，从而保障自身安全。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种无人机选择干扰背景进行飞行的方法，能够躲避来自地面的危险目标的视线追踪，使高空无人机在远距离的任务执行过程中能够进行自身的保护，从而避免受到捕捉或攻击。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种无人机选择干扰背景进行飞行的方法，包括以下步骤：
S10：确定危险目标的方位，通过影像采集设备获取无人机周围的背景影像图片，从获取的背景影像图片中选取与无人机外观颜色接近的区域作为干扰背景；
S20：根据获取的所述干扰背景确定躲避所述危险目标视线追踪的飞行路径，且所述飞行路径包括麻痹飞行阶段和加速调整飞行阶段；
所述麻痹飞行阶段使无人机从当前位置飞行至所述干扰背景和所述危险目标之间，所述加速调整飞行阶段使无人机在所述干扰背景和所述危险目标之间进行转向以脱离所述危险目标的视野范围。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤S10中，所述干扰背景的最大长度方向的两端与所述危险目标构成的以所述危险目标为顶点的夹角角度大于所述危险目标视线的观察角度的一半。
作为上述技术方案的进一步改进，无人机当前位置与所述干扰背景之间的距离为当前背景距离，所述危险目标与所述干扰背景之间的距离为目标背景距离，无人机当前位置与所述危险目标之间的距离为当前目标距离；所述干扰背景的最大长度方向的两端与所述危险目标构成的以所述危险目标为顶点的夹角为目标观察角，所述干扰背景的最大长度方向的两端与无人机当前位置构成的以无人机当前位置为顶点的夹角为当前观察角；
若所述当前背景距离和所述目标背景距离中的较小者大于等于所述当前目标距离的10倍，则：所述当前观察角作为所述目标观察角；
若所述当前背景距离和所述目标背景距离中的较小者小于所述当前目标距离的10倍，则：通过测定距离和角度数据计算获得所述目标观察角。
作为上述技术方案的进一步改进，所述危险目标视线的观察角度为45°～50°。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤S20中，所述麻痹飞行阶段终点时的飞行方向垂直于所述干扰背景的最大长度方向，所述加速调整飞行阶段的飞行方向与所述干扰背景的最大长度方向共线。
作为上述技术方案的进一步改进，所述加速调整飞行阶段在所述干扰背景中的飞行路径起点和终点与所述危险目标构成的以所述危险目标为顶点的夹角角度大于所述危险目标视线的观察角度的一半。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤S10中，获取多个所述干扰背景；在步骤S20中，根据获取的所述干扰背景确定多个所述飞行路径；还包括：
S30：无人机随机执行一个所述飞行路径进行飞行。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤S20中，无人机在所述加速调整飞行阶段的飞行线速度大于在所述麻痹飞行阶段的飞行线速度。
所述加速调整飞行阶段的飞行线速度大于在所述麻痹飞行阶段的飞行线速度，一方面可以通过所述麻痹飞行阶段的低速麻痹所述危险目标的判断，使所述危险目标对无人机的飞行线速度产生误判，因此所述危险目标在丢失目标后搜索范围半径小于无人机在所述加速调整飞行阶段的实际飞行距离；另一方面所述麻痹飞行阶段的低速有利于无人机在所述加速调整飞行阶段进行快速的转向，减小了无人机转向时的运动惯性。
与现有技术相比较，本发明的有益效果是：
本发明所提供的一种无人机选择干扰背景进行飞行的方法，通过寻找干扰背景结合改变飞行状态的方式，可以有效地躲避危险目标的视线追踪；本发明尤其适用于无人机在高空飞行时躲避来自地面的危险目标的视线追踪，使高空无人机在远距离的任务执行过程中能够进行自身的保护，从而避免受到捕捉或攻击。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明具体实施例中所述的干扰背景、危险目标和无人机的位置示意图；
图2是本发明具体实施例中所述的躲避飞行路径的示意图。
具体实施方式
本发明所述危险目标主要是指对无人机具有捕捉和攻击企图的人或通过人工控制进行跟踪监视的常规成像设备，所述常规成像设备是指不通过红外等方式进行跟踪，只是采集类似人眼获得的视觉图像。本发明所述高空无人机是相对于常规1～5米低空飞行的无人机而言的，一般飞行高度为10～500米，这也是常规远距离电磁干扰设备、远距离射击型破坏或捕捉装备所能及的作用范围。
本实施例提供一种无人机选择干扰背景进行飞行的方法，其整个躲避飞行路径主要分成麻痹飞行阶段、加速调整飞行阶段和持续隐匿飞行阶段：
麻痹飞行阶段可以是水平、竖直或倾斜等任意方式的飞行方式，其目的是到达干扰背景区域并且麻痹危险目标使之对无人机的飞行速度和路径产生误判；
加速调整飞行阶段是与麻痹飞行阶段作近似直角的转向加速飞行，且加速调整飞行阶段的路径应当近似垂直于危险目标与无人机之间的连线，其目的是逃逸出危险目标的视线角度范围，从而在危险目标的视线中隐匿；
持续隐匿飞行阶段的目的是飞行至危险目标视线的后方，以便于后续进行持续隐匿飞行，直至完全脱离危险目标的威胁范围。
具体地，一种无人机选择干扰背景进行飞行的方法，主要包括以下步骤：
S10：确定危险目标的方位，通过测距设备测定无人机与所述危险目标之间的距离；通过影像采集设备获取无人机周围的背景影像图片，从获取的背景影像图片中选取与无人机外观颜色接近的区域作为干扰背景。
S11：确定对无人机造成威胁的危险目标方向和距离：
由于无人机为人工遥控操作的，远程遥控人员可以人为地判断可能的威胁即确定所述危险目标，然后下达命令给无人机，因此所述危险目标的位置是给定的。
S12：获得无人机周围的全方位视觉背景信息：
通过设置在无人机表面各位置处的广角监视器或者是设置在无人机上的多个可旋转的广角监视器对无人机周围不完整球面的背景都进行采集，由于无人机的下方即为地面，因此无人机可以飞行躲避的以危险目标为圆心、以无人机和危险目标之间的距离为半径的飞行轨迹总和所构成的球面是不完整的。
S13：从不完整球面背景中分析获得干扰背景的位置：
当无人机颜色较繁杂的时候，可以选择颜色繁杂且接近无人机主体颜色的背景作为干扰背景，当无人机颜色较为单一时，可以选择颜色较为接近无人机颜色的背景作为干扰背景。
干扰背景应当优选连续长度较大的，以便于无人机在加速调整飞行阶段的路径上能够有充分长度的干扰背景做保护。具体地，所述干扰背景的最大长度方向的两端与所述危险目标构成的以所述危险目标为顶点的夹角角度大于所述危险目标视线的观察角度的一半。
无人机当前位置与所述干扰背景之间的距离为当前背景距离，所述危险目标与所述干扰背景之间的距离为目标背景距离，无人机当前位置与所述危险目标之间的距离为当前目标距离；所述干扰背景的最大长度方向的两端与所述危险目标构成的以所述危险目标为顶点的夹角为目标观察角，所述干扰背景的最大长度方向的两端与无人机当前位置构成的以无人机当前位置为顶点的夹角为当前观察角；
若所述当前背景距离和所述目标背景距离中的较小者大于等于所述当前目标距离的10倍，则：所述当前观察角作为所述目标观察角；
若所述当前背景距离和所述目标背景距离中的较小者小于所述当前目标距离的10倍，则：通过测定距离和角度数据计算获得所述目标观察角。
具体地，如图1所示，MN为所述干扰背景最大长度方向的两端，F为无人机的当前位置，A为所述危险目标的位置。
通过测定FN、FM的长度，并测定∠MFN即可获得MN的长度；通过测定∠AFN，并结合AF和FN的长度即可获得AN的长度；通过测定∠AFM，并结合AF和MF的长度即可获得AM的长度；通过AN、AM和MN的长度即可获得∠MAN。
此外，干扰背景的长度应当与无人机到干扰背景的飞行路径近似垂直，因为加速调整飞行阶段的路径与麻痹飞行阶段的路径越垂直，则无人机在加速调整飞行阶段中逃离危险目标视线范围的所需时间越短，从而有利于无人机迅速地隐匿。
S20：根据选取的所述干扰背景分析获得躲避视线追踪的飞行路径；所述飞行路径包括麻痹飞行阶段、加速调整飞行阶段和持续隐匿飞行阶段，所述麻痹飞行阶段使无人机从当前位置飞行至所述干扰背景和所述危险目标之间，所述加速调整飞行阶段使无人机在所述干扰背景和所述危险目标之间进行转向以脱离所述危险目标的视野范围，所述持续隐匿飞行阶段使无飞机飞行至所述危险目标的视线后方并持续飞行至脱离所述危险目标的威胁范围。
在步骤S13中可以选择出多个较佳的干扰背景，然后根据每个干扰背景的长度方向和位置各确定一条飞行路径。具体地如图2所示，其中MN为所述干扰背景最大长度方向的两端，F为无人机的当前位置，A为所述危险目标的位置，FK垂直于MN且垂足为K；则飞行路径中：
麻痹飞行阶段的路径即为FK、或者是连接FK两端的曲线；进一步优选地，使连接FK两端的曲线与所述危险目标之间的最小距离大于等所述危险目标与无人机当前位置之间的距离。
加速调整飞行阶段的路径即为KM或KN；从NM与FK的垂足K处开始沿着NM飞行有两个方向可供选择，即图2中所示的N端方向和M端方向，根据实际情况如果K很靠近N端，显然无人机只能朝向M端方向飞行，如果K与N端和M端之间的距离均足够无人机飞出危险目标视线的观察角度α的范围，则N端方向和M端方向可随机选择。
所述危险目标以人为例：在视线方向确定的情况下，人的视野夹角大约为45°，即向上或向下各具有20°～25°的视线余光范围；因此所述危险目标视线的观察角度α可以设定为45°～50°。
持续隐匿飞行阶段可以在与危险目标保持安全距离的前提下，选择任意一条不经过危险目标视线范围且飞行至危险目标视线的后方的最短路径，然后位于危险目标视线的后方进行持续地隐匿飞行。
S30：随机执行一个躲避视线追踪的飞行路径进行飞行。
通过设置足够多的限制条件或评价参数，显然可以对所有可行的飞行路径做出排序并分析处最佳的躲避飞行路径，但是这样一方面分析处理的程序较复杂，计算量大、影响分析的效率，另一方面当危险目标获取了躲避飞行路径的分析方法后，可以通过同样的分析方式对无人机的躲避动作作出反躲避的视线追踪动作，而采用多个飞行路径方案进行随机选择的方式，一方面可以降低分析处理的计算量大，另一方面即使危险目标获取了躲避飞行路径的分析方法后，仍然无法得出无人机的躲避动作的具体方案，从而无法采取反躲避的视线追踪动作。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，当然，本发明还可以采用与上述实施方式不同的形式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下所作的等同的变换或相应的改动，都应该属于本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种无人机选择干扰背景进行飞行的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10：确定危险目标的方位，通过影像采集设备获取无人机周围的背景影像图片，从获取的背景影像图片中选取与无人机外观颜色接近的区域作为干扰背景；
S20：根据获取的所述干扰背景确定躲避所述危险目标视线追踪的飞行路径，且所述飞行路径包括麻痹飞行阶段和加速调整飞行阶段；
所述麻痹飞行阶段使无人机从当前位置飞行至所述干扰背景和所述危险目标之间，所述加速调整飞行阶段使无人机在所述干扰背景和所述危险目标之间进行转向以脱离所述危险目标的视野范围。
2.根据权利要求1所述的一种无人机选择干扰背景进行飞行的方法，其特征在于：在步骤S10中，所述干扰背景的最大长度方向的两端与所述危险目标构成的以所述危险目标为顶点的夹角角度大于所述危险目标视线的观察角度的一半。
3.根据权利要求2所述的一种无人机选择干扰背景进行飞行的方法，其特征在于：无人机当前位置与所述干扰背景之间的距离为当前背景距离，所述危险目标与所述干扰背景之间的距离为目标背景距离，无人机当前位置与所述危险目标之间的距离为当前目标距离；所述干扰背景的最大长度方向的两端与所述危险目标构成的以所述危险目标为顶点的夹角为目标观察角，所述干扰背景的最大长度方向的两端与无人机当前位置构成的以无人机当前位置为顶点的夹角为当前观察角；
若所述当前背景距离和所述目标背景距离中的较小者大于等于所述当前目标距离的10倍，则：所述当前观察角作为所述目标观察角；
若所述当前背景距离和所述目标背景距离中的较小者小于所述当前目标距离的10倍，则：通过测定距离和角度数据计算获得所述目标观察角。
4.根据权利要求2所述的一种无人机选择干扰背景进行飞行的方法，其特征在于：所述危险目标视线的观察角度为45°～50°。
5.根据权利要求1所述的一种无人机选择干扰背景进行飞行的方法，其特征在于：在步骤S20中，所述麻痹飞行阶段终点时的飞行方向垂直于所述干扰背景的最大长度方向，所述加速调整飞行阶段的飞行方向与所述干扰背景的最大长度方向共线。
6.根据权利要求5所述的一种无人机选择干扰背景进行飞行的方法，其特征在于：所述加速调整飞行阶段在所述干扰背景中的飞行路径起点和终点与所述危险目标构成的以所述危险目标为顶点的夹角角度大于所述危险目标视线的观察角度的一半。
7.根据权利要求1所述的一种无人机选择干扰背景进行飞行的方法，其特征在于：在步骤S10中，获取多个所述干扰背景；在步骤S20中，根据获取的所述干扰背景确定多个所述飞行路径；还包括：
S30：无人机随机执行一个所述飞行路径进行飞行。
8.根据权利要求1所述的一种无人机选择干扰背景进行飞行的方法，其特征在于：在步骤S20中，无人机在所述加速调整飞行阶段的飞行线速度大于在所述麻痹飞行阶段的飞行线速度。
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