CN110673638A - 一种无人飞艇避让系统和无人飞艇飞行控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种无人飞艇避让系统和无人飞艇飞行控制系统，该无人飞艇避让系统包括：环境感知模块，避让模块和多种感知传感器；感知传感器检测无人飞艇的感知信息，并将感知信息传输给环境感知模块；环境感知模块根据当前环境以及感知传感器在不同环境下权重值，对接收到的感知信息对应的加权信息进行融合、分析和认知处理，将得到的分析结果信息传输给避让模块；避让模块根据接收到的分析结果信息判断是否执行避让操作，并在确认执行避让操作后向飞行控制系统发送用于执行避让操作的控制指令。本发明实施例解决了现有无人飞艇的飞行仅通过飞控计算机来控制，无法对周围环境进行感知以及避免障碍的问题。

Description

一种无人飞艇避让系统和无人飞艇飞行控制系统

技术领域

本申请涉及但不限于浮空器技术领域，尤指一种无人飞艇避让系统和无人飞艇飞行控制系统。

背景技术

无人飞艇是一种具有推进装置，利用气囊中封闭的轻质气体产生的浮力升空，可控制飞行轨迹的轻于空气的无人飞行器。

目前的无人飞艇通常仅配置飞控计算机用于实现飞艇的飞行控制，通过手动控制或程序控制无人飞艇飞行。一方面，当无人飞艇超过飞艇操作手的视线范围外，一般通过飞控计算机执行事先规划好的航线进行自动飞行；地面站通过数传电台或其他无线链路保持与飞艇的通信，一旦数据链路中断，飞艇自动执行返航程序返回起飞点；上述控制策略要求飞艇飞行航线不能有其他飞行器或障碍物，否则有可能和飞艇发生碰撞。另一方面，无人飞艇的起飞和降落采用人工手动控制，无人飞艇一般采用垂直起降方式，需要垂直起飞时，推力矢量装置使飞艇螺旋桨的拉力向上倾转90度的来实现向上的力，需要垂直降落时，推力矢量装置使螺旋桨拉力向下，实现飞艇近似垂直着陆；在起飞或降落时，飞艇的水平速度近似为0，无法通过尾翼舵面实现飞艇的航向控制，一旦环境风速较大，很容易导致飞艇漂移，导致飞艇起飞降落失败。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种无人飞艇避让系统和无人飞艇飞行控制系统，以解决现有无人飞艇的飞行仅通过飞控计算机来控制，无法对周围环境进行感知以及避免障碍的问题。

本发明实施例提供一种无人飞艇避让系统，包括：环境感知模块，与所述环境感知模块相连接的避让模块，以及分别与所述环境感知模块相连接的多个感知传感器；

所述感知传感器，被配置为检测所述无人飞艇的感知信息，并将所述感知信息传输给所述环境感知模块，所述感知信息包括飞行信息、环境信息、周围飞行器和障碍物信息中的一项或多项；

所述环境感知模块，被配置根据当前环境以及所述感知传感器在不同环境下权重值，对接收到的所述感知信息对应的加权信息进行融合、分析和认知处理，将得到的分析结果信息传输给所述避让模块；所述分析结果信息包括：障碍物的类型，威胁程度，所述障碍物的速度和位置中的一项或多项；

所述避让模块，被配置为根据接收到的所述分析结果信息判断是否执行避让操作，并在确认执行避让操作后向飞行控制系统发送用于执行避让操作的控制指令。

可选地，如上所述的无人飞艇避让系统中，所述多个感知传感器包括以下部分或全部传感器：

电磁场感知仪，被配置为探测所述无人飞艇周围是否有高压线物体；

风速风向传感器，被配置为获取所述无人飞艇的风速和风向参数；

广播式自动相关监视器ADS-B，被配置为获取所述无人飞艇周围其它飞行器的位置、高度、速度、航向和识别号信息；

超短波电台，被配置为接收地面塔台的空管语音信息；

可见光传感器，被配置为获取所述无人飞艇周围障碍物的外形信息；

红外视觉传感器，被配置为获取所述无人飞艇周围障碍物的外形信息；

激光雷达，被配置为获取所述无人飞艇周围障碍物的距离信息；

所述激光雷达与所述可见光传感器或与所述红外视觉传感器，被配置为通过获取的障碍物的外形信息和障碍物的距离信息，融合得到所述障碍物的空间位置信息。

可选地，如上所述的无人飞艇避让系统中，还包括以下一项或多项：

所述环境感知模块，还被配置为在所述无人飞艇的飞行高度小于100米时，获取所述电磁场感知仪与所述ADS-B检测到的感知信息的加权信息，所述电磁场感知仪对应的权重值为0.7，所述ADS-B对应的权重值为0.3；

所述环境感知模块，还被配置为在所述无人飞艇的飞行高度大于100米时，获取所述电磁场感知仪与所述ADS-B检测到的感知信息的加权信息，所述电磁场感知仪对应的权重值为0.2，所述ADS-B对应的权重值为0.8；

所述环境感知模块，还被配置为在环境光强度在所述可见光传感器的检测范围内时，通过对所述可见光传感器获取的障碍物的外形信息和所述激光雷达获取的障碍物的距离信息对应的加权信息进行融合处理，得到所述障碍物的空间位置信息，所述可见光传感器和所述激光雷达的加权值分别为0.5；

所述环境感知模块，还被配置为在环境光强度不在所述可见光传感器的检测范围内时，通过对所述红外视觉传感器获取的障碍物的外形信息和所述激光雷达获取的障碍物的距离信息对应的加权信息进行融合处理，得到所述障碍物的空间位置信息，所述红外视觉传感器和所述激光雷达的加权值分别为0.5。

可选地，如上所述的无人飞艇避让系统中，

所述避让模块，还被配置为将接收到的所述分析结果信息通过数据链路传输到地面控制站。

可选地，如上所述的无人飞艇避让系统中，所述无人飞艇避让系统的飞行模式包括：环境感知模式，环境认知模式，避让模式和应急模式；

所述无人飞艇避让系统，还被配置在正常航行状态下处于环境感知模式，在所述感知传感器检测出障碍物时切换到环境认知模式，在所述避让模块分析所述障碍物的类型、威胁程度、所述障碍物的速度和位置后切换到避让模式，在检测到系统处于故障或失效状态后切换到应急模式。

本发明实施例还提供一种无人飞艇飞行控制系统，包括：如上述任一项所述的无人飞艇避让系统，分别与所述无人飞艇避让系统的避让模块相连接的飞控模块以及舵控与转向模块；

所述飞控模块，被配置为根据接收到的所述控制指令，向所述舵控与转向模块发送飞控指令，以指示所述控制舵控与转向模块执行相应模式的飞行操作；

所述避让模块向飞行控制系统发送控制指令，包括：

所述避让模块，被配置为在确认执行避让操作后分别向所述飞控模块和所述舵控与转向模块发送所述控制指令；

所述舵控与转向模块还与所述飞控模块相连接，所述舵控与转向模块，被配置为根据所述飞控模块发送的飞控指令执行相应的飞行操作，还被配置为在检测出所述飞控模块发送故障时，根据所述避让模块发送的控制指令执行相应模式的飞行控制。

可选地，如上所述的无人飞艇飞行控制系统中，还包括：被配置为与地面控制站进行通信连接的艇载天线和艇载数据终端，所述艇载天线与所述艇载数据终端相连接；

所述艇载数据终端还分别与所述避让模块和所述飞控模块相连接，被配置为接收所述避让模块和所述飞控模块发送的指令，并通过所述艇载天线与所述地面控制站进行信息交互。

可选地，如上所述的无人飞艇飞行控制系统中，还包括：设置于所述无人飞艇尾翼安定面上的尾部航向电机，以及设置于所述无人飞艇前部上方的前部航向电机；

所述尾部航向电机和所述前部航向电机分别与所述无人飞艇飞行控制系统中的舵控与转向模块相连接；

所述舵控与转向模块，还被配置为根据所述飞控模块的飞控指令，控制所述尾部航向电机和所述前部航向电机，实现所述无人飞艇的左转、右转、左偏和右偏控制。

可选地，如上所述的无人飞艇飞行控制系统中，

所述舵控与转向模块，还被配置为在所述无人飞艇的上升或下降阶段，通过控制所述尾部航向电机和所述前部航向电机，控制所述无人飞艇的航向与环境风向一致；

所述舵控与转向模块，还被配置为根据测量的风速大小，调整涵道偏转角度，使涵道推力水平分量和风的阻力一致，涵道推力的垂直分量用来保持飞艇垂直升空或降落。

本发明实施例提供的无人飞艇避让系统和无人飞艇飞行控制系统，其中无人飞艇避让系统可以在无人飞艇巡航的过程中，通过多个感知传感器(例如包括ADS-B、可见光/红外视觉传感器、激光雷达、电磁场感知仪、风速风向传感器、超短波电台等)之间的互补作用，环境感知模块采用加权平均信息融合算法，利用信息综合的优势来提高整个传感器信息融合的智能性，避让模块得到通过加权融合生成的分析结果信息后，分析障碍物的类型、威胁程度、障碍物的速度和位置等信息，判断出执行避让操作后向飞行控制系统发送用于执行避让操作的控制指令，从而使得飞行控制系统可以控制无人飞艇实施有效的避障操作。配置有本发明实施例提供的无人飞艇避让系统的无人飞艇具有感知与避让的能力，可以感知周围障碍物和飞行器，一旦发现碰撞威胁能进行避让控制，保证无人飞艇与障碍物或其他飞行器的运行安全，在很大程度上提高了无人飞艇起飞和降落的安全性。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明实施例提供的一种无人飞艇避让系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种无人飞艇飞行控制系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种无人飞艇飞行控制系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种无人飞艇飞行控制系统与地面控制站的交互的示意图；

图5为本发明实施例提供的又一种无人飞艇飞行控制系统的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的无人飞艇飞行控制系统中航向电机在无人飞艇上的关系结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

无人飞艇具有安全性好、留空时间长、环境污染小、有效载荷大、起降场地要求简单等优点，适合作为航拍测绘、环境监测、电力巡线、空中监控、通信中继等方面的应用。

常见的飞行器感知传感器例如有：超声波传感器、视觉传感器、激光雷达传感器等。超声波传感器通常具有一定测量束角，在使用过程中，易衰减或受干扰，测量精度不高，并且对于悬空电缆之类的物体无法探测；双目视觉传感器计算量较大，对环境光线有严苛的要求；激光雷达可以对障碍物的相对距离、角度等进行计算，精度较高，但是容易受强光干扰。

以下通过几个具体实施例对本发明提供的用于解决无人飞艇在飞行过程中存在碰撞威胁的解决方案进行详细说明。本发明提供以下几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图1为本发明实施例提供的一种无人飞艇避让系统的结构示意图。本实施例提供的无人飞艇避让系统100配置于无人飞艇上，如图1所示，本发明实施例提供的无人飞艇避让系统100可以包括：环境感知模块110，与该环境感知模块110相连接的避让模块120，以及分别与环境感知模块110相连接的多个感知传感器130。

本发明实施例提供的无人飞艇避让系统中，每种感知传感器130，被配置为检测无人飞艇的感知信息，并将该感知信息传输给环境感知模块110，这些感知传感器130获取到的感知信息可以包括飞行信息、环境信息、周围飞行器和障碍物信息中的一项或多项；

环境感知模块110，被配置根据当前环境以及感知传感器130在不同环境下权重值，对接收到的感知信息进行融合、分析和认知处理，将得到的分析结果信息传输给避让模块120；

避让模块120，被配置为根据接收到的分析结果信息判断是否执行避让操作，并在确认执行避让操作后向飞行控制系统发送控制指令。

本发明实施例提供的无人飞艇避让系统，主要针对无人飞艇周围环境进行感知并提供避障措施，该无人飞艇避让系统可以为飞行控制系统中的一部分，与飞行控制系统一起安装在无人飞艇上，为无人飞艇的飞行提供可靠的避障措施。

在实际应用中，无人飞艇避让系统100中配置的多个感知传感器130可以检测出无人飞艇在飞行过程中的多种感知信息，例如，无人飞艇避让系统100中配置的多个感知传感器130可以包括以下部分或全部传感器：

1)，电磁场感知仪，被配置为探测所述无人飞艇周围是否有高压线物体；

2)，风速风向传感器，被配置为获取所述无人飞艇的风速和风向参数；

3)，广播式自动相关监视器(Automatic Dependent Surveilance-Broadcast，简称为：ADS-B)，被配置为获取所述无人飞艇周围其它飞行器的位置、高度、速度、航向和识别号信息；即该ADS-B可以对当前空域中的合作方飞行器进行感知识别；

4)，超短波电台，被配置为接收地面塔台的空管语音信息；

5)，可见光传感器，被配置为获取所述无人飞艇周围障碍物的外形信息；

6)，红外视觉传感器，被配置为获取所述无人飞艇周围障碍物的外形信息；

7)，激光雷达，被配置为获取所述无人飞艇周围障碍物的距离信息；

需要说明的是，通常在特定环境下，上述可见光传感器和红外视觉传感器为选择性执行工作的，例如，当环境光在可见光范围内时，即可见光强度在可见光传感器的检测范围内时，可见光传感器执行检测工作，当环境光不在可见光范围内时，即可见光强度不在可见光传感器的检测范围内时，红外视觉传感器执行检测工作。图1所示无人飞艇避让系统以多个感知传感器130包括上述列举出的全部传感器为例予以示出。

另外，对于超短波电台接收的空管语音信息，首先，无人飞艇避让系统100可以将该空管语音信息转发给地面控制站，供地面站操作人员进行决策，其次，在艇载端进行自然语音分析、识别，生成控制指令控制无人飞艇的飞行。

上述已经说明可见光传感器和红外视觉传感器在特点的环境下，仅有其中一个执行有效检测操作，可见光传感器(或红外视觉传感器)与激光雷达获得的感知信息进行加权融合，可以获得周围障碍物(例如周围物体或其他非合作飞行器)的三维信息。

本发明实施例提供的无人飞艇避让系统，在配置有上述多个感知传感器130的硬件基础上，可以由环境感知模块对这些感知传感器130获取的感知信息进行融合控制策略，得到分析结果信息。由于飞行环境变化，上述各种感知传感器对障碍物的识别能力也有变化，在同一时间，多个感知传感器也可能识别出多个障碍物，因此，可以对这些感知传感器各自获取的感知信息采用加权平均的信息融合算法进行估计，从而得到分析结果信息，该分析结果信息包括：障碍物的类型，威胁程度，障碍物的速度和位置中的一项或多项。

现有无人飞艇的设计虽然在概念研究上提出一些将上述传感器进行信息融合，但是没有提供具体的设计方案，也没有对不同环境下各个传感器的信息权重进行区分，在避障策略上大部分采用人工视场法，没有考虑障碍物的移动和威胁程度。

本发明实施例提供的无人飞艇避让系统，在无人飞艇巡航的过程中，通过多个感知传感器(例如包括ADS-B、可见光/红外视觉传感器、激光雷达、电磁场感知仪、风速风向传感器、超短波电台等)之间的互补作用，环境感知模块采用加权平均信息融合算法，利用信息综合的优势来提高整个传感器信息融合的智能性，避让模块得到通过加权融合生成的分析结果信息后，分析障碍物的类型、威胁程度、障碍物的速度和位置等信息，判断出执行避让操作后向飞行控制系统发送用于执行避让操作的控制指令，从而使得飞行控制系统可以控制无人飞艇实施有效的避障操作。配置有本发明实施例提供的无人飞艇避让系统的无人飞艇具有感知与避让的能力，可以感知周围障碍物和飞行器，一旦发现碰撞威胁能进行避让控制，保证无人飞艇与障碍物或其他飞行器的运行安全，在很大程度上提高了无人飞艇起飞和降落的安全性。

可选地，本法实施例提供的无人飞艇避让系统中，环境感知模块可以首先获取各传感器检测得到的感知信息对应的加权信息，获取该加权信息以及融合处理的实现方式，通过以下几个示例进行说明。

示例1：环境感知模块，还被配置为在无人飞艇的飞行高度小于100米时，获取电磁场感知仪与ADS-B检测到的感知信息的加权信息，其中，电磁场感知仪对应的权重值为0.7，ADS-B对应的权重值为0.3；在飞行高度小于100米(m)时，地面高压线物体的概率较大，相应地，电磁场感知仪的权重值较大。

示例2：环境感知模块，还被配置为在无人飞艇的飞行高度大于100米时，获取电磁场感知仪与所述ADS-B检测到的感知信息的加权信息，其中，电磁场感知仪对应的权重值为0.2，ADS-B对应的权重值为0.8；与上述示例1相反的，在飞行高度大于100米(m)时，地面高压线物体的概率较小，相应地，电磁场感知仪的权重值较小。

示例3：环境感知模块，还被配置为在环境光强度在可见光传感器的检测范围内时，通过对该可见光传感器获取的障碍物的外形信息和激光雷达获取的障碍物的距离信息对应的加权信息进行融合处理，得到障碍物的空间位置信息，其中，可见光传感器和激光雷达的加权值分别为0.5；

示例4：环境感知模块，还被配置为在环境光强度不在可见光传感器的检测范围内时，通过对红外视觉传感器获取的障碍物的外形信息和激光雷达获取的障碍物的距离信息对应的加权信息进行融合处理，得到障碍物的空间位置信息，其中，红外视觉传感器和激光雷达的加权值分别为0.5；

针对示例3和示例4，上述实施例已经说明障碍物的三维信息(即空间位置信息)为通过对障碍物的外形信息(可以由可见光传感器或红外视觉传感器获得)和障碍物的距离信息(可以由激光雷达获得)进行融合处理得到的，因此，在最终得到的障碍物的空间位置信息中，可见光传感器(或红外视觉传感器)与激光雷达的加权值各占50％。

可选地，本法实施例提供的无人飞艇避让系统中，避让模块，还被配置为将上述分析结果信息通过数据链传输到地面控制站，以供地面控制站的操作员参考。

本发明实施例在实际应用中，无人飞艇避让系统可以包括以下四种飞行模式：环境感知模式，环境认知模式，避让模式和应急模式，并且这四种飞行模式是可以相互切换的。模式切换的实现方式为：

本发明实施例的无人飞艇避让系统，还被配置在正常航行状态下处于环境感知模式，在感知传感器检测出障碍物时切换到环境认知模式，在避让模块分析障碍物的类型、威胁程度、障碍物的速度和位置后确定是否切换到避让模式，在检测到系统处于故障或失效状态后切换到应急模式。

在具体实现中，无人飞艇避让系统在正常航行的状态下默认为环境感知模式，通过多个传感器进行融合检测沿飞行路径范围内的障碍物，可以检测到障碍和潜在的障碍；一旦搜索到障碍物，避让系统切换到环境认知模式，并且分析障碍物的类型、威胁程度、障碍物的速度、位置等信息，如果无人飞艇继续接近障碍物，则避让系统转入避让模式，无人飞艇将在避让系统与飞行控制系统的配合控制下自主执行避让操作。如果障碍物威胁消除，避让系统将返回到环境感知模式。无人飞艇避让系统周期性检测自身运行状态，一旦发现处于故障或失效状态，将自身切换到应急模式并及时向飞行控制系统报告故障信息，由飞行控制系统执行应急模式下的控制策略。

基于本发明上述实施例提供的无人飞艇避让系统，本发明实施例还提供一种无人飞艇飞行控制系统，该无人飞艇飞行控制系统用于对无人飞艇飞行过程中的各种状态进行控制。

图2为本发明实施例提供的一种无人飞艇飞行控制系统的结构示意图。本发明实施例还提供的无人飞艇飞行控制系统200同样配置于无人飞艇上，如图2所示，本发明实施例提供的无人飞艇飞行控制系统200可以包括：如上述任一实施例中无人飞艇避让系统100，以及分别与避让系统100中的避让模块120相连接的飞控模块210以及舵控与转向模块220。

本发明实施例提供的无人飞艇飞行控制系统200中，飞控模块210，被配置为根据接收到的控制指令，向舵控与转向模块220发送飞控指令，以指示该控制舵控与转向模块220执行相应模式的飞行操作；

上述实施例中避让模块120向飞行控制系统发送控制指令的实现方式，可以包括：该避让模块120，被配置为在确认执行避让操作后分别向飞控模块210和舵控与转向模块发送控制指令；也就是说，避让模块120可以分别向无人飞艇飞行控制系统200中的飞控模块210以及舵控与转向模块220发送控制执行，该控制指令例如指示避让系统100切换到避让模式。

本发明实施例中的舵控与转向模块220还与飞控模块210相连接，该舵控与转向模块220，被配置为根据飞控模块210发送的飞控指令执行相应的飞行操作，还被配置为在检测出飞控模块210发送故障时，根据避让模块120发送的控制指令执行相应模式的飞行控制。

在本发明实施例中，该舵控与转向模块220用于控制无人飞艇的动力设施，以实现对其转向，以及起飞和降落的控制，正常状态下，该舵控与转向模块220接收飞控模块210发送的飞控指令以执行相应的飞行控制，在其判断出飞控模块210发生故障未能执行相应的控制操作时，该舵控与转向模块220根据其从避让模块120接收到的控制指令直接控制无人飞艇的飞行动作。

可选地，图3为本发明实施例提供的另一种无人飞艇飞行控制系统的结构示意图。在图2所示无人飞艇飞行控制系统200的结构基础上，本发明实施例提供的无人飞艇飞行控制系统200还可以包括：

被配置为与地面控制站进行通信连接的艇载天线240和艇载数据终端230，该艇载天线240与艇载数据终端230相连接；

艇载数据终端230还分别与避让模块120和飞控模块210相连接，被配置为接收避让模块120和飞控模块210发送的指令，并通过艇载天线240与地面控制站进行信息交互。

如图4所示，为本发明实施例提供的一种无人飞艇飞行控制系统与地面控制站的交互的示意图。该地面控制站310通过地面数据终端320和地面天线330与无人飞艇飞行控制系统200进行数据交互，其中，地面数据终端320与地面天线330相连接，地面数据终端320还与地面控制站310相连接。图4示意出无人飞艇飞行控制系统200与其他交联系统(即地面控制站)的数据交互的关系，其中，无人飞艇飞行控制系统200(包括无人飞艇避让系统100)为艇载部分，地面其他为地面设施。

上述实施例中已经说明避让模块120将接收到的分析结果信息通过数据链路传输到地面控制站，该数据链路为：避让模块120—>艇载数据终端230—>艇载天线240—>地面天线330—>地面数据终端320—>地面控制站310。若数据由地面控制站310发送到避让系统100，数据链路为上述链路的相反方向。

可选地，本发明实施例提供的无人飞艇飞行控制系统200，还可以包括用于提供推动力的动力装置。如图5所示，为本发明实施例提供的又一种无人飞艇飞行控制系统的结构示意图，在图3所示无人飞艇飞行控制系统200的结构基础上，该无人飞艇飞行控制系统200还可以包括：设置于无人飞艇尾翼安定面上的尾部航向电机410，以及设置于无人飞艇前部上方的前部航向电机420；并且上述两个航向电机(包括410和420)分别与舵控与转向模块220相连接，图5中仅示意出航向电机与舵控与转向模块220的连接关系。

在本发明实施例中，舵控与转向模块220，还被配置为根据飞控模块210的飞控指令，控制尾部航向电机410和前部航向电机420，实现无人飞艇的左转、右转、左偏和右偏控制。

如图6所示，为本发明实施例提供的无人飞艇飞行控制系统中航向电机在无人飞艇上的关系结构示意图。为增强感知与避让的控制手段，可以在无人飞艇400的尾翼安定面上安装有尾部航向电机410，在无人飞艇400的前部上方安装有前部航向电机420，尾部航向电机410的螺旋桨和前部航向电机420的螺旋桨的桨距均可调整，并可以实现正桨和反桨控制，通过上述组合控制，可实现无人飞艇的左转、右转、左偏、右偏控制。另外，通过航向电机可以在低速或静止的状态下控制无人飞艇的航向，再配合涵道的推力可以保证无人飞艇在空中悬停。

本发明实施例提供的无人飞艇飞行控制系统，舵控与转向模块220，还被配置为在无人飞艇的上升或下降阶段，通过控制尾部航向电机和前部航向电机，控制无人飞艇的航向与环境风向一致；

该舵控与转向模块，还被配置为根据测量的风速大小，调整涵道偏转角度，使涵道推力水平分量和风的阻力一致，涵道推力的垂直分量用来保持飞艇垂直升空或降落。

在无人飞艇上升或下降的过程中，通过风速风向传感器、可见光/红外视觉传感器和激光雷达获得风速风向参数、飞艇周围物体环境状态及相对高度，舵控与转向模块220通过控制图6中的航向电机以控制飞艇航向保持和环境风向一致，即飞艇处于逆风状态。根据测量的风速大小，调整涵道偏转角度，使涵道推力水平分量和风的阻力一致，涵道推力的垂直分量用来保持飞艇垂直升空或垂直降落。在升空过程中，该过程随外界的环境变化动态调整。

在无人飞艇空中航行时，由环境感知模块110获得无人飞艇周围的障碍物信息，由避让模块120分析障碍物的类型、威胁程度、障碍物的速度、位置等信息，决定是否执行避让操作。

配置有本发明实施例提供的无人飞艇避让系统和无人飞艇飞行控制系统的无人飞艇，具有环境感知与避让功能，即能够感知周围障碍物和飞行器，一旦发现碰撞威胁能进行避让控制，保证飞艇和其他飞行器的运行安全；另外，由于该无人飞艇飞行控制系统中增加了设置于无人飞艇上的航向电机，该无人飞艇具备在复杂环境下进行自主飞行的能力。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种无人飞艇避让系统，其特征在于，包括：环境感知模块，与所述环境感知模块相连接的避让模块，以及分别与所述环境感知模块相连接的多个感知传感器；

所述感知传感器，被配置为检测所述无人飞艇的感知信息，并将所述感知信息传输给所述环境感知模块，所述感知信息包括飞行信息、环境信息、周围飞行器和障碍物信息中的一项或多项；

所述环境感知模块，被配置根据当前环境以及所述感知传感器在不同环境下权重值，对接收到的所述感知信息对应的加权信息进行融合、分析和认知处理，将得到的分析结果信息传输给所述避让模块；所述分析结果信息包括：障碍物的类型，威胁程度，所述障碍物的速度和位置中的一项或多项；

所述避让模块，被配置为根据接收到的所述分析结果信息判断是否执行避让操作，并在确认执行避让操作后向飞行控制系统发送用于执行避让操作的控制指令。

2.根据权利要求1所述的无人飞艇避让系统，其特征在于，所述多个感知传感器包括以下部分或全部传感器：

电磁场感知仪，被配置为探测所述无人飞艇周围是否有高压线物体；

风速风向传感器，被配置为获取所述无人飞艇的风速和风向参数；

广播式自动相关监视器ADS-B，被配置为获取所述无人飞艇周围其它飞行器的位置、高度、速度、航向和识别号信息；

超短波电台，被配置为接收地面塔台的空管语音信息；

可见光传感器，被配置为获取所述无人飞艇周围障碍物的外形信息；

红外视觉传感器，被配置为获取所述无人飞艇周围障碍物的外形信息；

激光雷达，被配置为获取所述无人飞艇周围障碍物的距离信息；

所述激光雷达与所述可见光传感器或与所述红外视觉传感器，被配置为通过获取的障碍物的外形信息和障碍物的距离信息，融合得到所述障碍物的空间位置信息。

3.根据权利要求2所述的无人飞艇避让系统，其特征在于，还包括以下一项或多项：

所述环境感知模块，还被配置为在所述无人飞艇的飞行高度小于100米时，获取所述电磁场感知仪与所述ADS-B检测到的感知信息的加权信息，所述电磁场感知仪对应的权重值为0.7，所述ADS-B对应的权重值为0.3；

所述环境感知模块，还被配置为在所述无人飞艇的飞行高度大于100米时，获取所述电磁场感知仪与所述ADS-B检测到的感知信息的加权信息，所述电磁场感知仪对应的权重值为0.2，所述ADS-B对应的权重值为0.8；

所述环境感知模块，还被配置为在环境光强度在所述可见光传感器的检测范围内时，通过对所述可见光传感器获取的障碍物的外形信息和所述激光雷达获取的障碍物的距离信息对应的加权信息进行融合处理，得到所述障碍物的空间位置信息，所述可见光传感器和所述激光雷达的加权值分别为0.5；

所述环境感知模块，还被配置为在环境光强度不在所述可见光传感器的检测范围内时，通过对所述红外视觉传感器获取的障碍物的外形信息和所述激光雷达获取的障碍物的距离信息对应的加权信息进行融合处理，得到所述障碍物的空间位置信息，所述红外视觉传感器和所述激光雷达的加权值分别为0.5。

4.根据权利要求1所述的无人飞艇避让系统，其特征在于，

所述避让模块，还被配置为将接收到的所述分析结果信息通过数据链路传输到地面控制站。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的无人飞艇避让系统，其特征在于，所述无人飞艇避让系统的飞行模式包括：环境感知模式，环境认知模式，避让模式和应急模式；

所述无人飞艇避让系统，还被配置在正常航行状态下处于环境感知模式，在所述感知传感器检测出障碍物时切换到环境认知模式，在所述避让模块分析所述障碍物的类型、威胁程度、所述障碍物的速度和位置后切换到避让模式，在检测到系统处于故障或失效状态后切换到应急模式。

6.一种无人飞艇飞行控制系统，其特征在于，包括：如权利要求1～4中任一项所述的无人飞艇避让系统，分别与所述无人飞艇避让系统的避让模块相连接的飞控模块以及舵控与转向模块；

所述飞控模块，被配置为根据接收到的所述控制指令，向所述舵控与转向模块发送飞控指令，以指示所述控制舵控与转向模块执行相应模式的飞行操作；

所述避让模块向飞行控制系统发送控制指令，包括：

所述避让模块，被配置为在确认执行避让操作后分别向所述飞控模块和所述舵控与转向模块发送所述控制指令；

所述舵控与转向模块还与所述飞控模块相连接，所述舵控与转向模块，被配置为根据所述飞控模块发送的飞控指令执行相应的飞行操作，还被配置为在检测出所述飞控模块发送故障时，根据所述避让模块发送的控制指令执行相应模式的飞行控制。

7.根据权利要求6所述的无人飞艇飞行控制系统，其特征在于，还包括：被配置为与地面控制站进行通信连接的艇载天线和艇载数据终端，所述艇载天线与所述艇载数据终端相连接；

所述艇载数据终端还分别与所述避让模块和所述飞控模块相连接，被配置为接收所述避让模块和所述飞控模块发送的指令，并通过所述艇载天线与所述地面控制站进行信息交互。

8.根据权利要求6所述的无人飞艇飞行控制系统，其特征在于，还包括：设置于所述无人飞艇尾翼安定面上的尾部航向电机，以及设置于所述无人飞艇前部上方的前部航向电机；

所述尾部航向电机和所述前部航向电机分别与所述无人飞艇飞行控制系统中的舵控与转向模块相连接；

所述舵控与转向模块，还被配置为根据所述飞控模块的飞控指令，控制所述尾部航向电机和所述前部航向电机，实现所述无人飞艇的左转、右转、左偏和右偏控制。

9.根据权利要求8所述的无人飞艇飞行控制系统，其特征在于，

所述舵控与转向模块，还被配置为在所述无人飞艇的上升或下降阶段，通过控制所述尾部航向电机和所述前部航向电机，控制所述无人飞艇的航向与环境风向一致；

所述舵控与转向模块，还被配置为根据测量的风速大小，调整涵道偏转角度，使涵道推力水平分量和风的阻力一致，涵道推力的垂直分量用来保持飞艇垂直升空或降落。

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