CN107992092A - 一种高空无人机背景干扰逃逸飞行系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高空无人机背景干扰逃逸飞行系统，包括用于采集无人机外部影像的影像采集设备、用于测定无人机外部物体与无人机之间的距离的非接触式测距设备、用于测定所述非接触式测距设备旋转角度的转角测定设备、用于对采集的图像进行分析以获取干扰背景的图像分析模块、用于控制所述非接触式测距设备和所述转角测定设备获取角度和距离信息的方位信息采集控制模块、用于根据所述方位信息采集控制模块提供的角度和距离信息计算获得逃逸飞行路径的飞行路径运算模块、用于控制无人机按照所述飞行路径运算模块提供的逃逸飞行路径进行飞行的路径执行操控模块。本发明能够躲避来自地面的危险目标的视线追踪。
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，特别是一种高空无人机背景干扰逃逸飞行系统。
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，本发明提供了一种高空无人机背景干扰逃逸飞行系统，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：
一种高空无人机背景干扰逃逸飞行系统，包括：
用于采集无人机外部影像的影像采集设备、
用于测定无人机外部物体与无人机之间的距离的非接触式测距设备、
用于测定所述非接触式测距设备旋转角度的转角测定设备、
用于对所述影像采集设备采集的图像进行分析以获取与无人机外观颜色接近的干扰背景的图像分析模块、
用于根据获取的所述干扰背景控制所述非接触式测距设备和所述转角测定设备获取角度和距离信息的方位信息采集控制模块、
用于根据所述方位信息采集控制模块提供的角度和距离信息计算获得逃逸飞行路径的飞行路径运算模块、
用于控制无人机按照所述飞行路径运算模块提供的逃逸飞行路径进行飞行的路径执行操控模块。
作为上述技术方案的进一步改进，所述影像采集设备和所述非接触式测距设备为一体式测距摄像设备。
作为上述技术方案的进一步改进，无人机为固定翼结构，所述一体式测距摄像设备为两个且分别设置于无人机的两个机翼末端。
作为上述技术方案的进一步改进，无人机为多旋翼结构，无人机包括机身、和分别设置于所述机身水平两侧的两个伸缩杆，所述一体式测距摄像设备为两个且分别设置于两个所述伸缩杆的末端。
作为上述技术方案的进一步改进，所述飞行路径运算模块计算获得逃逸飞行路径依次包括麻痹飞行阶段、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起始位置飞行至所述干扰背景和危险目标之间；
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飞行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。
作为上述技术方案的进一步改进，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，无人机在所述加速调整飞行阶段转向后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，所述持续隐匿飞行阶段使无人机朝着所述危险目标的正上方飞行，以越过所述危险目标飞行至所述危险目标的视线后方。
作为上述技术方案的进一步改进，所述图像分析模块还用于根据所述方位信息采集控制模块提供的角度和距离信息对所述干扰背景进行筛选，使所述干扰背景的最大长度方向的两端与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，所述危险目标视线的观察角度为45°～50°。
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高空无人机背景干扰逃逸飞行系统，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固定翼结构的无人机的结构示意图；
图2是本发明具体实施例中所述的多旋翼结构的无人机的结构示意图；
图3是本发明具体实施例中所述的逃逸飞行路径的示意图；
图4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。
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。
本实施例提供一种高空无人机背景干扰逃逸飞行系统，其主要包括：
用于采集无人机外部影像的影像采集设备、
用于测定无人机外部物体与无人机之间的距离的非接触式测距设备、
用于测定所述非接触式测距设备旋转角度的转角测定设备、
用于对所述影像采集设备采集的图像进行分析以获取与无人机外观颜色接近的干扰背景的图像分析模块、
用于根据获取的所述干扰背景控制所述非接触式测距设备和所述转角测定设备获取角度和距离信息的方位信息采集控制模块、
用于根据所述方位信息采集控制模块提供的角度和距离信息计算获得逃逸飞行路径的飞行路径运算模块、
用于控制无人机按照所述飞行路径运算模块提供的逃逸飞行路径进行飞行的路径执行操控模块。
上述一种高空无人机背景干扰逃逸飞行系统在工作时，首先需要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。
然后需要获得无人机周围的全方位视觉背景信息：
通过所述影像采集设备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；所述影像采集设备可以是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。
再次还需要从不完整球面背景中分析获得所述干扰背景的位置：
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所述干扰背景，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所述干扰背景。
具体地，如图1和图2所示，所述影像采集设备和所述非接触式测距设备为一体式测距摄像设备1。具体地，所述一体式测距摄像设备1可以是测距摄像头。
如图1所示，无人机为固定翼结构，所述一体式测距摄像设备1为两个且分别设置于无人机的两个机翼末端。
如图2所示，无人机为多旋翼结构，无人机包括机身2、和分别设置于所述机身2水平两侧的两个伸缩杆3，所述一体式测距摄像设备1为两个且分别设置于两个所述伸缩杆3的末端。
具体地，所述飞行路径运算模块计算获得逃逸飞行路径依次包括麻痹飞行阶段、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起始位置飞行至所述干扰背景和危险目标之间；
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飞行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。
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，无人机在所述加速调整飞行阶段转向后的飞行方向与所述干扰背景的最大长度方向共线。
具体地如图3所示，其中MN为所述干扰背景最大长度方向的两端，F为无人机的起始位置，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起始位置之间的距离。
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1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。
持续隐匿飞行阶段可以在与所述危险目标保持安全距离的前提下，选择任意一条不经过所述危险目标视线范围且飞行至所述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。优选地，所述持续隐匿飞行阶段使无人机朝着所述危险目标的正上方飞行，以越过所述危险目标飞行至所述危险目标的视线后方。
进一步优化地，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。
且所述图像分析模块还用于根据所述方位信息采集控制模块提供的角度和距离信息对所述干扰背景进行筛选，使所述干扰背景的最大长度方向的两端与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。通过所述图像分析模块对所述干扰背景进行筛选，从而减少所述飞行路径运算模块的数据处理量。
具体地，如图4所示，MN为所述干扰背景最大长度方向的两端，F为无人机的起始位置，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。
距离的测量可以通过所述非接触式测距设备来实现，角度的测量则可以通过所述转角测定设备来实现，以测定为例∠MFN，首先使所述非接触式测距设备朝向M，再使所述非接触式测距设备朝向N，期间所述非接触式测距设备旋转的角度通过所述转角测定设备可以测定出来，即为∠MFN的角度值。
具体地，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°。
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 (10)
1.一种高空无人机背景干扰逃逸飞行系统，其特征在于，包括：
用于采集无人机外部影像的影像采集设备、
用于测定无人机外部物体与无人机之间的距离的非接触式测距设备、
用于测定所述非接触式测距设备旋转角度的转角测定设备、
用于对所述影像采集设备采集的图像进行分析以获取与无人机外观颜色接近的干扰背景的图像分析模块、
用于根据获取的所述干扰背景控制所述非接触式测距设备和所述转角测定设备获取角度和距离信息的方位信息采集控制模块、
用于根据所述方位信息采集控制模块提供的角度和距离信息计算获得逃逸飞行路径的飞行路径运算模块、
用于控制无人机按照所述飞行路径运算模块提供的逃逸飞行路径进行飞行的路径执行操控模块。
2.根据权利要求1所述的一种高空无人机背景干扰逃逸飞行系统，其特征在于：所述影像采集设备和所述非接触式测距设备为一体式测距摄像设备（1）。
3.根据权利要求2所述的一种高空无人机背景干扰逃逸飞行系统，其特征在于：无人机为固定翼结构，所述一体式测距摄像设备（1）为两个且分别设置于无人机的两个机翼末端。
4.根据权利要求2所述的一种高空无人机背景干扰逃逸飞行系统，其特征在于：无人机为多旋翼结构，无人机包括机身（2）、和分别设置于所述机身（2）水平两侧的两个伸缩杆（3），所述一体式测距摄像设备（1）为两个且分别设置于两个所述伸缩杆（3）的末端。
5.根据权利要求1所述的一种高空无人机背景干扰逃逸飞行系统，其特征在于：所述飞行路径运算模块计算获得逃逸飞行路径依次包括麻痹飞行阶段、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起始位置飞行至所述干扰背景和危险目标之间；
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飞行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。
6.根据权利要求5所述的一种高空无人机背景干扰逃逸飞行系统，其特征在于：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，无人机在所述加速调整飞行阶段转向后的飞行方向与所述干扰背景的最大长度方向共线。
7.根据权利要求6所述的一种高空无人机背景干扰逃逸飞行系统，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。
8.根据权利要求5所述的一种高空无人机背景干扰逃逸飞行系统，其特征在于：所述持续隐匿飞行阶段使无人机朝着所述危险目标的正上方飞行，以越过所述危险目标飞行至所述危险目标的视线后方。
9.根据权利要求1所述的一种高空无人机背景干扰逃逸飞行系统，其特征在于：所述图像分析模块还用于根据所述方位信息采集控制模块提供的角度和距离信息对所述干扰背景进行筛选，使所述干扰背景的最大长度方向的两端与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。
10.根据权利要求7或9所述的一种高空无人机背景干扰逃逸飞行系统，其特征在于：所述危险目标视线的观察角度为45°～50°。
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