CN108983813A - 一种无人机飞行避让方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无人机飞行避让方法及系统，其中方法包括：为各个无人机分别预先规划总体飞行路径；在每一个飞行控制计算机中集成ADS‑B模块，ADS‑B模块实时对外广播其搭载的无人机的飞行信息，飞行信息包括飞机编码、当前坐标点和距离当前时间点预设时间段内的未来飞行路径；任意一个ADS‑B模块均能够接收预设飞行区域内全部其他无人机上的ADS‑B模块发送的飞行信息，并将接收到的飞行信息中的未来飞行路径与自身的总体飞行路径进行比对，若比对成功，则利用避让算法计算避让路径，以使对应的无人机根据避让路径进行避让飞行。本发明可以不依赖于地面控制中心而实现多无人机的自主避让，当多无人机航线有冲突时，基于本发明的自主避让优势会很明显。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种无人机飞行避让方法及系统。
背景技术
无人机是一种利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，保障无人机自动驾驶安全性的重要技术支撑就是无人机飞行避让技术，当同时在一个地方的无人机数量较多时，无人机自主避让将显得尤为重要。目前，现有的无人机避让技术往往依赖于地面控制中心，一旦多无人机通信出现故障，将直接威胁无人机自动驾驶的安全。
发明内容
基于此，有必要针对目前的无人机避让技术往往依赖于地面控制中心的问题，提供一种无人机飞行避让方法及系统。
为解决上述问题，本发明采取如下的技术方案：
一种无人机飞行避让方法，该方法包括以下步骤：
为各个无人机分别预先规划总体飞行路径，并将总体飞行路径录入对应的无人机的飞行控制计算机中；
在每一个飞行控制计算机中集成ADS-B模块，ADS-B模块实时对外广播其搭载的无人机的飞行信息，飞行信息包括飞机编码、当前坐标点和距离当前时间点预设时间段内的未来飞行路径；
任意一个ADS-B模块均能够接收预设飞行区域内全部其他无人机上的ADS-B模块发送的飞行信息，并将接收到的飞行信息中的未来飞行路径与自身的总体飞行路径进行比对，若比对成功，则利用避让算法计算避让路径，以使对应的无人机根据避让路径进行避让飞行。
相应地，本发明还提出一种无人机飞行避让系统，该系统包括路径规划模块，还包括集成在各个无人机的飞行控制计算机中的ADS-B模块和避让算法模块；
路径规划模块用于为各个无人机分别预先规划总体飞行路径，并将总体飞行路径录入对应的无人机的飞行控制计算机中；
ADS-B模块用于实时对外广播其搭载的无人机的飞行信息，飞行信息包括飞机编码、当前坐标点和距离当前时间点预设时间段内的未来飞行路径；
任意一个ADS-B模块均能够接收预设飞行区域内全部其他无人机上的ADS-B模块发送的飞行信息，并将接收到的飞行信息中的未来飞行路径与自身的总体飞行路径进行比对，若比对成功，则避让算法模块利用避让算法计算避让路径，以使对应的无人机根据避让路径进行避让飞行。
本发明所公开的上述一种无人机飞行避让方法及系统可以不依赖于地面控制中心而实现多无人机的自主避让，该方法及系统利用集成在各个无人机的飞行控制计算机中的ADS-B模块来实时对外广播无人机的飞行信息，以使得预设飞行区域内其他的ADS-B模块接收到飞行信息，再将接收到的飞行信息中的未来飞行路径与自身的总体飞行路径进行比对，并利用避让算法计算避让路径，以使对应的无人机根据避让路径进行避让飞行，从而实现多无人机的自主避让，当多无人机航线有冲突时，基于本发明的自主避让优势会很明显。
附图说明
图1为本发明一种无人机飞行避让方法的流程示意图；
图2为无人机飞行路径示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
在其中一个实施例中，本发明提出了一种无人机飞行避让方法，该方法包括以下步骤：
S1为各个无人机分别预先规划总体飞行路径，并将总体飞行路径录入对应的无人机的飞行控制计算机中；
S2在每一个飞行控制计算机中集成ADS-B模块，ADS-B模块实时对外广播其搭载的无人机的飞行信息，飞行信息包括飞机编码、当前坐标点和距离当前时间点预设时间段内的未来飞行路径；
S3任意一个ADS-B模块均能够接收预设飞行区域内全部其他无人机上的ADS-B模块发送的飞行信息，并将接收到的飞行信息中的未来飞行路径与自身的总体飞行路径进行比对，若比对成功，则利用避让算法计算避让路径，以使对应的无人机根据避让路径进行避让飞行。
在本实施例中，每一个无人机都作为一个飞行节点，所有的飞行节点在逻辑上都是相等的，即所有的飞行节点无主从之分，各个飞行节点不间断的发送带当前坐标点和未来一段时间将要飞行路径的广播，每个飞行节点通过接收到的路径和自己未来的路径对比，决定是否避让。避让的同时会实时更改避让路线，避让路线并不是开始避让时算好的，是实时计算并实时改变的，每一时刻避让路线都有可能不同，每架无人机的路线都在不停地改变。
具体地，在步骤S1中，为各个无人机分别预先规划总体飞行路径，并将总体飞行路径录入对应的无人机的飞行控制计算机中，其中总体飞行路径是无人机直达目的地的飞行路径，但是在进行避让飞行时，无人机可能偏离总体飞行路径。
在步骤S2中，在每一个无人机的飞行控制计算机中都集成ADS-B模块，ADS-B模块实时对外广播其搭载的无人机的飞行信息，其中飞行信息包括飞机编码、当前坐标点和距离当前时间点预设时间段内的未来飞行路径。ADS-B模块依靠空中每架飞机自动广播自身位置报告，并接收临近飞机位置报告，互相了解对方所处位置和行踪。
进一步地，本实施例中的飞行信息除包括飞机编码、当前坐标点和距离当前时间点预设时间段内的未来飞行路径之外，还包括三维位置、飞行速度、飞行航向和飞行时间。
进一步地，ADS-B模块可以从飞控接口获取无人机的当前坐标点，还可以从其他传感器获取飞行速度等信息。
ADS-B模块不仅通过广播的形式实时对外发送其搭载的无人机的飞行信息，而且任意一个ADS-B模块均能够接收预设飞行区域内全部其他无人机上的ADS-B模块发送的飞行信息，并将接收到的飞行信息中的未来飞行路径与自身的总体飞行路径进行比对，若比对成功，则利用避让算法计算避让路径，以使对应的无人机根据避让路径进行避让飞行，具体是哪个飞行节点进行避让，由避让算法决定。
下面结合图2所示的无人机飞行路径示意图对本实施例的无人机飞行避让方法进行说明。图2中仅以两架无人机——无人机A和无人机B为例，无人机A预先规划的总体飞行路径为黑色实线a1'-a2'，无人机B预先规划的总体飞行路径为黑色实线b1'-b2'，如果无人机A和无人机B按照各自的总体飞行路径飞行，那么将在C处相撞，而采用本实施例的无人机飞行避让方法后，无人机A上的ADS-B模块A1实时向无人机B上的ADS-B模块B1广播无人机A的飞行信息，无人机B上的ADS-B模块B1实时向无人机A上的ADS-B模块A1广播无人机B的飞行信息，而且ADS-B模块A1和ADS-B模块B1实时接收对方发送的飞行信息，由于在实际情况中会存在接收广播时间的误差，因此无人机A和无人机B之间可能存在以下几种避让方式：
(1)当无人机A先检测到无人机B时(理论上是同时的)，判断会相撞，无人机A进行避让，其避让路径为a1-a2-a3；
(2)当无人机B先检测到无人机A时(理论上是同时的)，判断会相撞，无人机B进行避让，其避让路径为b1-b2-b4；
(3)当无人机B检测到无人机A时，由于无人机A已经采取了避让行动，无人机B可能判断无人机A的飞行路径对自身的飞行路径没有影响，二者不会相撞，此时无人机B的飞行路径为b1-b3-b4。
上述实施例所公开的一种无人机飞行避让方法可以不依赖于地面控制中心而实现多无人机的自主避让，该方法利用集成在各个无人机的飞行控制计算机中的ADS-B模块来实时对外广播无人机的飞行信息，以使得预设飞行区域内其他的ADS-B模块接收到飞行信息，再将接收到的飞行信息中的未来飞行路径与自身的总体飞行路径进行比对，并利用避让算法计算避让路径，以使对应的无人机根据避让路径进行避让飞行，从而实现多无人机的自主避让，当多无人机航线有冲突时，基于本实施例的自主避让优势会很明显。
进一步地，在利用避让算法计算避让路径时，引入避让方向随机数参数，使对应的无人机根据避让路径和避让方向随机数参数进行避让飞行。避让方向随机数参数是关于无人机避让飞行时的飞行方向的参数，在避让算法中引入避让方向随机数参数的作用是可以避免相同的避让算法所计算出的不同无人机的避让路径相同，从而进一步提高了无人机飞行避让时的安全性。
更进一步地，无人机根据避让路径和避让方向随机数参数进行避让后，返回总体飞行路径继续飞行，即无人机的总体飞行方向是按照预先规划的总体飞行路径飞行的，但是在进行避让时，可能暂时脱离预先规划的总体飞行路径，避让完毕后，无人机按照预先规划的总体飞行路径飞行至目的地。
进一步地，本实施例中的预设飞行区域为以无人机为中心的方圆120～200公里，即每架无人机上集成的ADS-B模块均能接收以其搭载的无人机为中心的方圆120～200公里内其他无人机上集成的ADS-B模块广播的飞行信息。
在另一个实施例中，与上述实施例所提出的一种无人机飞行避让方法相对应地，本发明还提出一种无人机飞行避让系统，该系统包括路径规划模块，还包括集成在各个无人机的飞行控制计算机中的ADS-B模块和避让算法模块；
路径规划模块用于为各个无人机分别预先规划总体飞行路径，并将总体飞行路径录入对应的无人机的飞行控制计算机中；
ADS-B模块用于实时对外广播其搭载的无人机的飞行信息，其中飞行信息包括飞机编码、当前坐标点和距离当前时间点预设时间段内的未来飞行路径；
任意一个ADS-B模块均能够接收预设飞行区域内全部其他无人机上的ADS-B模块发送的飞行信息，并将接收到的飞行信息中的未来飞行路径与自身的总体飞行路径进行比对，若比对成功，则避让算法模块利用避让算法计算避让路径，以使对应的无人机根据避让路径进行避让飞行。
具体地，在本实施例中，路径规划模块为各个无人机分别预先规划总体飞行路径，并将总体飞行路径录入对应的无人机的飞行控制计算机中，其中总体飞行路径是无人机直达目的地的飞行路径，但是在进行避让飞行时，无人机可能偏离总体飞行路径。
在每一个无人机的飞行控制计算机中均集成有ADS-B模块和避让算法模块，ADS-B模块实时对外广播其搭载的无人机的飞行信息，其中飞行信息包括飞机编码、当前坐标点和距离当前时间点预设时间段内的未来飞行路径。ADS-B模块依靠空中每架飞机自动广播自身位置报告，并接收临近飞机位置报告，互相了解对方所处位置和行踪。
进一步地，本实施例中的飞行信息除包括飞机编码、当前坐标点和距离当前时间点预设时间段内的未来飞行路径之外，还包括三维位置、飞行速度、飞行航向和飞行时间。
进一步地，ADS-B模块可以从飞控接口获取无人机的当前坐标点，还可以从其他传感器获取飞行速度等信息。
ADS-B模块不仅通过广播的形式实时对外发送其搭载的无人机的飞行信息，而且任意一个ADS-B模块均能够接收预设飞行区域内全部其他无人机上的ADS-B模块发送的飞行信息，并将接收到的飞行信息中的未来飞行路径与自身的总体飞行路径进行比对，若比对成功，则避让算法模块利用避让算法计算避让路径，以使对应的无人机根据避让路径进行避让飞行，具体是哪个飞行节点进行避让，由避让算法决定。
上述实施例所公开的一种无人机飞行避让系统可以不依赖于地面控制中心而实现多无人机的自主避让，该系统利用集成在各个无人机的飞行控制计算机中的ADS-B模块来实时对外广播无人机的飞行信息，以使得预设飞行区域内其他的ADS-B模块接收到飞行信息，再将接收到的飞行信息中的未来飞行路径与自身的总体飞行路径进行比对，并利用避让算法计算避让路径，以使对应的无人机根据避让路径进行避让飞行，从而实现多无人机的自主避让，当多无人机航线有冲突时，基于本实施例的自主避让优势会很明显。
进一步地，避让算法模块在利用避让算法计算避让路径时，引入避让方向随机数参数，使对应的无人机根据避让路径和避让方向随机数参数进行避让飞行。避让方向随机数参数是关于无人机避让飞行时的飞行方向的参数，避让算法模块在避让算法中引入避让方向随机数参数的作用是可以避免相同的避让算法所计算出的不同无人机的避让路径相同，从而进一步提高了无人机飞行避让时的安全性。
更进一步地，无人机根据避让路径和避让方向随机数参数进行避让后，返回总体飞行路径继续飞行，即无人机的总体飞行方向是按照预先规划的总体飞行路径飞行的，但是在进行避让时，可能暂时脱离预先规划的总体飞行路径，避让完毕后，无人机按照预先规划的总体飞行路径飞行至目的地。
进一步地，本实施例中的预设飞行区域为以无人机为中心的方圆120～200公里，即每架无人机上集成的ADS-B模块均能接收以其搭载的无人机为中心的方圆120～200公里内其他无人机上集成的ADS-B模块广播的飞行信息。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种无人机飞行避让方法，其特征在于，包括以下步骤：
为各个无人机分别预先规划总体飞行路径，并将总体飞行路径录入对应的无人机的飞行控制计算机中；
在每一个飞行控制计算机中集成ADS-B模块，ADS-B模块实时对外广播其搭载的无人机的飞行信息，飞行信息包括飞机编码、当前坐标点和距离当前时间点预设时间段内的未来飞行路径；
任意一个ADS-B模块均能够接收预设飞行区域内全部其他无人机上的ADS-B模块发送的飞行信息，并将接收到的飞行信息中的未来飞行路径与自身的总体飞行路径进行比对，若比对成功，则利用避让算法计算避让路径，以使对应的无人机根据避让路径进行避让飞行。
2.根据权利要求1所述的一种无人机飞行避让方法，其特征在于，
在利用避让算法计算避让路径时，引入避让方向随机数参数，使对应的无人机根据避让路径和避让方向随机数参数进行避让飞行。
3.根据权利要求2所述的一种无人机飞行避让方法，其特征在于，
无人机根据避让路径和避让方向随机数参数进行避让后，返回总体飞行路径继续飞行。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种无人机飞行避让方法，其特征在于，
ADS-B模块从飞控接口获取无人机的当前坐标点。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的一种无人机飞行避让方法，其特征在于，
飞行信息还包括三维位置、飞行速度、飞行航向和飞行时间。
6.根据权利要求1至3任意一项所述的一种无人机飞行避让方法，其特征在于，
预设飞行区域为以无人机为中心的方圆120～200公里。
7.一种无人机飞行避让系统，其特征在于，包括路径规划模块，还包括集成在各个无人机的飞行控制计算机中的ADS-B模块和避让算法模块；
路径规划模块用于为各个无人机分别预先规划总体飞行路径，并将总体飞行路径录入对应的无人机的飞行控制计算机中；
ADS-B模块用于实时对外广播其搭载的无人机的飞行信息，飞行信息包括飞机编码、当前坐标点和距离当前时间点预设时间段内的未来飞行路径；
任意一个ADS-B模块均能够接收预设飞行区域内全部其他无人机上的ADS-B模块发送的飞行信息，并将接收到的飞行信息中的未来飞行路径与自身的总体飞行路径进行比对，若比对成功，则避让算法模块利用避让算法计算避让路径，以使对应的无人机根据避让路径进行避让飞行。
8.根据权利要求7所述的一种无人机飞行避让方法，其特征在于，
避让算法模块在利用避让算法计算避让路径时，引入避让方向随机数参数，使对应的无人机根据避让路径和避让方向随机数参数进行避让飞行。
9.根据权利要求8所述的一种无人机飞行避让方法，其特征在于，
无人机根据避让路径和避让方向随机数参数进行避让后，返回总体飞行路径继续飞行。
10.根据权利要求7至9任意一项所述的一种无人机飞行避让方法，其特征在于，
ADS-B模块从飞控接口获取无人机的当前坐标点。
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