CN112435506A - 一种混合式无人机探测与避让系统 - Google Patents

一种混合式无人机探测与避让系统 Download PDF

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夏喜龙
郭小杰
李涛
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Sichuan Jiuzhou ATC Technology Co Ltd
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Sichuan Jiuzhou ATC Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种混合式无人机探测与避让系统。其包括机载探测设备、地面控制站和导航卫星；导航卫星用于广播导航信号；机载探测设备安装在无人机上，用于获取自身位置数据、获取周围空域的雷达数据、获取其他机载探测设备的TCAS数据、以及根据导航信号获取其他机载探测设备的ADS‑B数据，并将自身位置数据、雷达数据、ADS‑B数据和TCAS数据通过地空通信链路发送到地面控制站；地面控制站用于通过航迹融合算法对雷达数据、ADS‑B数据和TCAS数据进行融合得到航迹数据，根据自身位置数据和航迹数据生成引导建议信息以及碰撞威胁等级。通过上述方式，本发明能够实现无人机的有效探测与避让。

Description

一种混合式无人机探测与避让系统
技术领域
本发明涉及航空管制技术领域，特别是涉及一种混合式无人机探测与避让系统。
背景技术
无人驾驶飞机(也称为“无人机”、“UAV”、“UAS”等)是指没有驾驶员的飞机。最近几年，随着无人机产业的飞速发展，无人机数量急剧增加，与无人机相关的事故也相应增多。根据美国联邦航空局(FAA)的统计数据，自2014年以来，无人机和飞机的危险接近事件不断增加，至2016年8月已经超过650起。
针对无人机防撞，国内外的科研机构、公司都进行了较多的研究、测试，但目前尚未形成可直接应用的成果。国内外的主要技术归类如下：
a)基于TCAS的避撞方法，该方法通过本机的主动询问，获取周围空域内机载应答机的距离、方位、高度信息；
b)基于ADS-B的避撞方法，该方法通过接收的周围空域内ADS-B载机广播的位置信息，结合自身位置信息，获得飞机周围态势信息；
c)基于传感器的避撞方法，该方法主要是用雷达、激光、红外、图像、超声等主动或被动式传感器检测环境中的障碍物。
这些探测方式互不兼容，所以目前还没有一种通用的探测方式能够用于无人机。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混合式无人机探测与避让系统，能够实现无人机的有效探测与避让。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种混合式无人机探测与避让系统，包括机载探测设备、地面控制站和导航卫星；
所述导航卫星用于广播导航信号；
所述机载探测设备安装在无人机上，用于获取自身位置数据、获取周围空域的雷达数据、获取其他机载探测设备的TCAS数据、以及根据所述导航信号获取其他机载探测设备的ADS-B数据，并将自身位置数据、雷达数据、ADS-B数据和TCAS数据通过地空通信链路发送到地面控制站；
所述地面控制站用于通过航迹融合算法对雷达数据、ADS-B数据和TCAS数据进行融合得到航迹数据，根据自身位置数据和航迹数据生成引导建议信息以及碰撞威胁等级，所述碰撞威胁等级用于指示无人机相撞的概率，等级越高，概率越大，所述引导建议信息用于为无人机操作员操作无人机实现避让提供参考。
优选的，还包括通信卫星，所述机载探测设备还用于在所述地空通信链路中断时，将自身位置数据、雷达数据、ADS-B数据和TCAS数据通过空星通信链路发送到通信卫星，所述通信卫星用于将自身位置数据、雷达数据、ADS-B数据和TCAS数据通过地星通信链路发送到地面控制站。
优选的，还包括地面监视站和空管控制站，所述地面监视站用于通过一次雷达、二次雷达及ADS-B设备对管制空域内的无人机进行监视，并将所述监视信息送至空管控制站；
所述空管控制站用于根据所述监视信息判断管制区域内是否闯入非法无人机，并判断到闯入非法无人机时，向地面控制站发送管制信号；
所述地面控制站还用于根据所述管制信号生成冲突引导信息，所述冲突引导信息用于为无人机操作员操作非法无人机退出管制区域提供参考。
优选的，所述自身位置数据包括经纬度。
区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：
a)采用混合式探测手段，充分发挥各探测方式的优点，探测结果更可靠；
b)无人机的机动操作会结合空管控制站的监视信息进行，防止与民航机及其他飞机产生冲突；
c)通过通信卫星，可实现超视距远程操控的能力。
附图说明
图1是本发明实施例的混合式无人机探测与避让系统的原理框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例的混合式无人机探测与避让系统包括机载探测设备10、地面控制站20和导航卫星30。
导航卫星30用于广播导航信号；
机载探测设备10安装在无人机100上，用于获取自身位置数据、获取周围空域的雷达数据、获取其他机载探测设备10的TCAS数据、以及根据导航信号获取其他机载探测设备10的ADS-B数据，并将自身位置数据、雷达数据、ADS-B数据和TCAS数据通过地空通信链路发送到地面控制站20。自身位置数据可以包括经纬度等信息。其中，机载探测设备10向周围广播TCAS主动询问信号，其他机载探测设备10接收到TCAS主动询问信号后，对TCAS主动询问信号进行应答，从而发送TCAS数据，TCAS数据包括其他机载探测设备10的距离、方位、高度等信息。其他机载探测设备10会持续广播ADS-B信号，机载探测设备10从ADS-B信号中获取ADS-B数据。
地面控制站20用于通过航迹融合算法对雷达数据、ADS-B数据和TCAS数据进行融合得到航迹数据，根据自身位置数据和航迹数据生成引导建议信息以及碰撞威胁等级，碰撞威胁等级用于指示无人机100相撞的概率，等级越高，概率越大，引导建议信息用于为无人机操作员操作无人机100实现避让提供参考，引导建议信息例如为飞行航向、飞行速度等，无人机操作员可以通过飞控系统控制无人机进行转向、加速、减速、升高、降高等操作。
航迹融合算法可以采用现有的算法。
在本实施例中，混合式无人机探测与避让系统还包括通信卫星40。机载探测设备10还用于在地空通信链路中断时，将自身位置数据、雷达数据、ADS-B数据和TCAS数据通过空星通信链路发送到通信卫星40，通信卫星40用于将自身位置数据、雷达数据、ADS-B数据和TCAS数据通过地星通信链路发送到地面控制站20。
进一步的，混合式无人机探测与避让系统还包括地面监视站50和空管控制站60，地面监视站50用于通过一次雷达、二次雷达及ADS-B设备对管制空域内的无人机进行监视，并将监视信息送至空管控制站60；
空管控制站60用于根据监视信息判断管制区域内是否闯入非法无人机，并判断到闯入非法无人机时，向地面控制站20发送管制信号；
地面控制站20还用于根据管制信号生成冲突引导信息，冲突引导信息用于为无人机操作员操作非法无人机退出管制区域提供参考。冲突引导信息例如为飞行航向。
通过上述方式，本发明实施例的混合式无人机探测与避让系统集成各类探测手段，从而能够实现无人机的有效探测与避让，解决了无人机的探测与避撞问题，可广泛的应用于无人机的避撞设计，为无人机拓展应用打下良好的基础。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (4)

1.一种混合式无人机探测与避让系统，其特征在于，包括机载探测设备、地面控制站和导航卫星；
所述导航卫星用于广播导航信号；
所述机载探测设备安装在无人机上，用于获取自身位置数据、获取周围空域的雷达数据、获取其他机载探测设备的TCAS数据、以及根据所述导航信号获取其他机载探测设备的ADS-B数据，并将自身位置数据、雷达数据、ADS-B数据和TCAS数据通过地空通信链路发送到地面控制站；
所述地面控制站用于通过航迹融合算法对雷达数据、ADS-B数据和TCAS数据进行融合得到航迹数据，根据自身位置数据和航迹数据生成引导建议信息以及碰撞威胁等级，所述碰撞威胁等级用于指示无人机相撞的概率，等级越高，概率越大，所述引导建议信息用于为无人机操作员操作无人机实现避让提供参考。
2.根据权利要求1所述的混合式无人机探测与避让系统，其特征在于，还包括通信卫星，所述机载探测设备还用于在所述地空通信链路中断时，将自身位置数据、雷达数据、ADS-B数据和TCAS数据通过空星通信链路发送到通信卫星，所述通信卫星用于将自身位置数据、雷达数据、ADS-B数据和TCAS数据通过地星通信链路发送到地面控制站。
3.根据权利要求2所述的混合式无人机探测与避让系统，其特征在于，还包括地面监视站和空管控制站，所述地面监视站用于通过一次雷达、二次雷达及ADS-B设备对管制空域内的无人机进行监视，并将所述监视信息送至空管控制站；
所述空管控制站用于根据所述监视信息判断管制区域内是否闯入非法无人机，并判断到闯入非法无人机时，向地面控制站发送管制信号；
所述地面控制站还用于根据所述管制信号生成冲突引导信息，所述冲突引导信息用于为无人机操作员操作非法无人机退出管制区域提供参考。
4.根据权利要求3所述的混合式无人机探测与避让系统，其特征在于，所述自身位置数据包括经纬度。
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Inventor before: Guo Xiaojie

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