CN112634662A - 电子围栏、控制系统、方法、介质、无人机编队及终端 - Google Patents

Abstract

本发明属于无人机安全飞行技术领域，公开了一种电子围栏、控制系统、方法、介质、无人机编队及终端，控制系统用于对飞行的无人机群进行无线控制；通讯链路系统用于实现控制系统与无人机群的数据传送和通信；识别系统安装在每个无人机上，自行计算到电子围栏边界的数据信息。本发明提供的规则的电子围栏是地面站将电子围栏的信息发送给每一架飞行器，由飞行器自行计算到电子围栏边界的距离，算法简单，实时性好；不规则的电子围栏是由用户在地面站自行设置，地面站同时通过每一架飞行器的坐标位置实时计算此飞行器到电子围栏边界的距离，这需要算法实时并准确，相对于规则的电子围栏，不规则的电子围栏在实际运用中更广泛。

Description

电子围栏、控制系统、方法、介质、无人机编队及终端

技术领域

本发明属于无人机安全飞行技术领域，尤其涉及一种电子围栏、控制系统、方法、介质、无人机编队及终端。

背景技术

编队飞行是一种少至几十架，多则上千架飞行器在一固定空域内同时飞行的一个复杂系统。虽然在飞行过程中飞行器之间相互不影响，按照自身预定的轨迹飞行，但是由于器件本身的因素，或者外部干扰的因素，不能保证飞行器百分之百的不出故障，所以必须要保证飞行空域下方人员及设施的安全。此固定空域要严格按照周围的地形，建筑，人流分布，以及民航总局的要求来规划。所以，此固定区域一般称为电子围栏，电子围栏可以根据不同的飞行表演来划分，可分为规则的电子围栏和不规则的电子围栏。

一般情况下，飞行空域水平方向能达到2000米左右，高度能达到500米，具体横跨幅度根据当时的飞行舞步来确定。所以，电子围栏是一个立体空间的区域。

对于规则的电子围栏，现有的技术较成熟，规则的电子围栏可以是圆柱形、长方体或者椭球，算法简单，对通信的实时性要求也不高。但是对于不规则电子围栏的设计，由于算法的复杂性，这部分的研究较少，并且对于整个集群表演中的实时通信要求较高。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有技术中电子围栏计算飞行器飞行边界的距离准确性差，对于不规则的电子围栏在实际应用效果差。

(2)不规则电子围栏计算边界距离需要飞行器实时反馈位置坐标，现有的技术对于通信的实时性不能保证。

(3)对于大型集群表演的不规则电子围栏，地面站同时计算所有飞行器到电子围栏的边界距离，算法复杂，需要计算机并行运算速度的时间效率要高及要有足够大的内存空间大小。

解决以上问题及缺陷的难度为：

对于不规则的电子围栏，边界曲线并不能用简单的数学函数来表示，计算飞行器到围栏边界距离的算法比较复杂，既要保证准确性，又要保证实时性。而且，对于多至几千架的飞行器，要确保通信的实时性，不能存在通信的中断及拥堵问题；上千架飞行器到边界值的距离计算，对于地面站计算机的并行处理能力也将是一个大的挑战。

解决以上问题及缺陷的意义为：

对于一些场景比较复杂的飞行空域，在不影响周围居民正常活动的情况下，只有不规则的电子围栏才能满足设计的需求。这样设计既不影响正常活动，又能尽可能大的增大飞行空域，增加了表演的艺术效果。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种编队电子围栏、控制系统、方法、介质、无人机编队及终端。

本发明是这样实现的，一种电子围栏的控制方法，所述电子围栏的控制方法包括：

通讯链路系统接收空管雷达系统上传的无人机雷达信息；

通过所述无人机雷达信息对所述无人机进行身份认证，并将认证结果以及无人机身份信息返回至所述通讯数据链系统；

依据所述认证结果以及无人机身份信息，控制所述无人机的飞行轨迹。

本发明另一目的在于提供一种电子围栏控制系统，所述电子围栏控制系统包括：

控制系统，用于对飞行的无人机群进行无线控制；

导航系统，用于对飞行的无人机群进行定位导航；

通讯链路系统，用于实现控制系统与无人机群的数据传送和通信；

识别系统，安装在每个无人机上，自行计算到电子围栏边界的数据信息。

进一步，所述控制系统包括用于对参数进行设定的地面站；

信号传输终端，与所述地面站相连接，用于将地面站编辑的指令向外传输以及接收外部发送的控制指令；

显示终端，与所述信号传输终端相连接，用于实现接收数据的显示。

本发明另一目的在于提供一种无人机编队安全飞行电子围栏，所述无人机编队安全飞行电子围栏包括所述电子围栏控制系统。

本发明另一目的在于提供一种控制终端，所述控制终端用于执行所述电子围栏的控制方法。

本发明另一目的在于提供一种识别设备，搭载在无人机上，用于自行计算到电子围栏边界的数据信息。

本发明另一目的在于提供一种通讯链路服务器，用于实现控制系统与无人机编队的数据传送和通信。

本发明另一目的在于提供一种无人机编队，包括多个无人机，用于执行执行所述电子围栏的控制方法。

本发明另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

接收上传的无人机雷达信息；

通过所述无人机雷达信息对所述无人机进行身份认证，并将认证结果以及无人机身份信息返回；

依据所述认证结果以及无人机身份信息，控制所述无人机的飞行轨迹。

本发明另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

接收上传的无人机雷达信息；

通过所述无人机雷达信息对所述无人机进行身份认证，并将认证结果以及无人机身份信息返回；

依据所述认证结果以及无人机身份信息，控制所述无人机的飞行轨迹。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

规则的电子围栏是地面站将电子围栏的信息发送给每一架飞行器，由飞行器自行计算到电子围栏边界的距离，算法简单，实时性好；不规则的电子围栏是由用户在地面站自行设置，地面站同时通过每一架飞行器的坐标位置实时计算此飞行器到电子围栏边界的距离，这需要算法实时并准确，相对于规则的电子围栏，不规则的电子围栏在实际运用中更广泛。如图4所示，根据地形的特征，规则的电子围栏根据木桶原理的原则，飞行空域会被受限住，对于一些较大的集群表演，此空域将不满足要求。不规则电子围栏的飞行空域如图5所示，此空域将会满足较大规模的集群表演。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的1号机为圆心电子围栏俯视图。

图2是本发明实施例提供的自身为圆心电子围栏俯视图。

图3是本发明实施例提供的不规则电子围栏俯视图。

图4是本发明实施例提供的根据地形的特征，规则的电子围栏根据木桶原理的原则，飞行空域会被受限住，对于一些较大的集群表演，此空域将不满足要求图。

图5是本发明实施例提供的不规则电子围栏的飞行空域图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种电子围栏、控制系统、方法、介质、无人机编队及终端，下面结合附图对本发明作详细的描述。

本发明提供一种电子围栏的控制方法，所述电子围栏的控制方法包括：

通讯链路系统接收空管雷达系统上传的无人机雷达信息；

通过所述无人机雷达信息对所述无人机进行身份认证，并将认证结果以及无人机身份信息返回至所述通讯数据链系统；

依据所述认证结果以及无人机身份信息，控制所述无人机的飞行轨迹。

本发明还提供一种电子围栏控制系统，所述电子围栏控制系统包括：

控制系统，用于对飞行的无人机群进行无线控制；

导航系统，用于对飞行的无人机群进行定位导航；

通讯链路系统，用于实现控制系统与无人机群的数据传送和通信；

识别系统，安装在每个无人机上，自行计算到电子围栏边界的数据信息。

所述控制系统包括用于对参数进行设定的地面站；

信号传输终端，与所述地面站相连接，用于将地面站编辑的指令向外传输以及接收外部发送的控制指令；

显示终端，与所述信号传输终端相连接，用于实现接收数据的显示。

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例

对于规则的电子围栏，可分为两种，一种是以1号机为圆心，半径为R形成的一个区域；另一种是分别以自身为圆心，半径为R形成的一个区域。而对于规则的电子围栏，地面站只需设置一些简单的参数，比如参数半径R，允许飞行高度a等，并将此参数发送给所有飞行器。

(1)以1号机为圆心的电子围栏

方形区域为编队飞行器的摆放区域，以1号机起飞前的经、纬度坐标Pos_Home为圆心，R为半径的区域作为电子围栏。起飞之前，将1号机的经、纬度坐标Pos_Home分别发送给其他所有飞行器。在编队飞行过程中，实时计算飞行器自身位置Pos_Self与Pos_Home坐标之间的距离Distance，到达距离R执行返航动作。电子围栏俯视图如图1所示。

(2)以自身为圆心的电子围栏

方形区域为飞行器的摆放区域，以各飞机自身起飞前的经、纬度坐标Pos_Home为圆心，R为半径的区域作为电子围栏。可以认为，任何一架飞行器的电子围栏各不一样，是以自身Home点为圆心，R为半径的一块飞行区域。在飞行过程中，飞行器实时计算飞行器自身位置Pos_Self与Pos_Home坐标之间的距离Distance，到达距离R执行返航动作。电子围栏俯视图如图2所示。

(3)不规则的电子围栏

不规则的电子围栏并不只是简单的设置一些参数，比如半径和高度。不规则电子围栏的边界位置可能是一些复杂曲线组成，而这些曲线并不能用简单的数学函数来表示，所以需要运用复杂的算法来表示。通俗的讲，就是将设置的曲线转换成算法。

此电子围栏在表演之前需要在地面站上设置，具体区域规划由用户自行设置。设置完成之后，地面站会自动记录此电子围栏重要的边界点，此边界点为经、纬度信息。此时在飞行过程中，根据飞行器实时传回的经、纬度坐标，每架飞行器的实时位置能显示在地面站上。飞行器距离电子围栏的边界位置由地面站通过算法实时计算，然后筛选出距边界位置最小的一个点，当到达最近的一个边界点，由地面站触发返航的指令发送给飞行器，飞行器执行返航动作。

当然，一般一场商演的飞行器在几百架，乃至上千架，地面站要实时的计算每一架飞行器距离电子围栏边界的距离，这对地面站计算机并行计算的运算能力有相当高的要求；而且，由于是不规则的电子围栏，地面站实时计算飞行器到边界点的最小距离要求算法快速并准确。不规则电子围栏俯视图如图3所示。

如图4所示，根据地形的特征，规则的电子围栏根据木桶原理的原则，飞行空域会被受限住，对于一些较大的集群表演，此空域将不满足要求。不规则电子围栏的飞行空域如图5所示，此空域将会满足较大规模的集群表演。

下面结合实施例对本发明作进一描述。

实施例

在本发明中，地面站设置不规则电子围栏的界面中。点击地面站左侧的“电子围栏设置”按钮，就会弹出“1号机为圆心”、“自身为圆心”、“不规则围栏设置”三个按钮。“1号机为圆心”、“自身为圆心”是设置规则的电子围栏，设置相应的参数，设置完发送给所有飞行器。“不规则围栏设置”是在地面站设置自定义的电子围栏。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电子围栏的控制方法，其特征在于，所述电子围栏的控制方法包括：

通讯链路系统接收空管雷达系统上传的无人机雷达信息；

通过所述无人机雷达信息对所述无人机进行身份认证，并将认证结果以及无人机身份信息返回至所述通讯数据链系统；

依据所述认证结果以及无人机身份信息，控制所述无人机的飞行轨迹。

2.一种电子围栏控制系统，其特征在于，所述电子围栏控制系统包括：

控制系统，用于对飞行的无人机群进行无线控制；

导航系统，用于对飞行的无人机群进行定位导航；

通讯链路系统，用于实现控制系统与无人机群的数据传送和通信；

识别系统，安装在每个无人机上，自行计算到电子围栏边界的数据信息。

3.如权利要求2所述的电子围栏控制系统，其特征在于，所述控制系统包括用于对参数进行设定的地面站；

信号传输终端，与所述地面站相连接，用于将地面站编辑的指令及参数向外传输以及接收外部发送的无人机参数信息；

显示终端，与所述信号传输终端相连接，用于实现接收数据的显示。

4.一种无人机编队安全飞行电子围栏，其特征在于，所述无人机编队安全飞行电子围栏包括权利要求2～3任意一项所述电子围栏控制系统。

5.一种控制终端，其特征在于，所述控制终端用于执行权利要求1所述电子围栏的控制方法。

6.一种识别设备，其特征在于，搭载在无人机上，用于自行计算到电子围栏边界的数据信息。

7.一种通讯链路服务器，其特征在于，用于实现控制系统与无人机编队的数据传送和通信。

8.一种无人机编队，其特征在于，包括多个无人机，用于执行执行权利要求1所述电子围栏的控制方法。

9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

接收上传的无人机雷达信息；

通过所述无人机雷达信息对所述无人机进行身份认证，并将认证结果以及无人机身份信息返回；

依据所述认证结果以及无人机身份信息，控制所述无人机的飞行轨迹。

10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

接收上传的无人机雷达信息；

通过所述无人机雷达信息对所述无人机进行身份认证，并将认证结果以及无人机身份信息返回；

依据所述认证结果以及无人机身份信息，控制所述无人机的飞行轨迹。

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