CN113156999A - 一种集群编队飞机异常故障等级处理的方法、系统及应用 - Google Patents

一种集群编队飞机异常故障等级处理的方法、系统及应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于无人机技术领域，公开了一种集群编队飞机异常故障等级处理的方法、系统及应用，集群编队飞机异常故障等级处理的方法包括：设置故障等级，在起飞前或飞行过程对不同故障等级的故障按故障优先级进行轮询检测；当检测到飞机飞行故障后，个体飞机按照飞机故障等级列表进行相应的处理。本发明通过轮询判断飞机目前的状态，实现飞机故障等级的判定，以及依照故障等级进行相应的状态切换及处理，既保证了飞机在彻底失控前能被控制，也能灵活的根据自身状态进行更为细致的状态切换，实现飞机个体异常故障等级判断和处理，降低地面站控制整体机群或个体飞机带来的不受控风险，以及出现故障直接控制降落或返航给编队表演带来的不良影响。

Description

一种集群编队飞机异常故障等级处理的方法、系统及应用
技术领域
本发明属于无人机技术领域，尤其涉及一种集群编队飞机异常故障等级处理的方法、系统及应用。
背景技术
目前，在进行无人机编队群体表演时，有时会因为机群中个体飞机飞行故障需要有对应的故障处理，通过个体飞机异常处理减少因个体失控对机群的整体影响，以及对围观群众及周边建筑的二次伤害。
目前行业内多采用地面站控制个体飞机或整体飞机的方案对故障飞机进行处理，或者设置飞机降落、飞机返航检测的方案对个体飞机进行单独处理。
通过地面站控制故障飞机存在的问题时，如果飞机飞行过程中微控制器运行死机，无法正常响应地面站的控制指令，飞机失控状态会持续到飞机电池耗完或是撞到障碍物自己掉落，这种情况下是不稳定且极其危险的。
通过飞机逻辑判断执行飞机降落、飞机返航的方案存在一定的误判或者错杀风险，比如飞机电池电量较低时，如果正常飞行能够实现正常返航，但是因为这个设置飞机降落或飞行返航后，不能够很好的按编队表演预设进行飞行，破坏表演氛围。
因此，设计一份个体飞机根据自身状态和故障等级执行飞机状态切换(降落、加锁、返航)的方案是目前最大的需求。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)通过地面站控制故障飞机存在的问题时，如果飞机飞行过程中微控制器运行死机，无法正常响应地面站的控制指令，飞机失控状态会持续到飞机电池耗完或是撞到障碍物自己掉落，这种情况下是不稳定且极其危险的。
(2)通过飞机逻辑判断执行飞机降落、飞机返航的方案存在一定的误判或者错杀风险，比如飞机电池电量较低时，如果正常飞行能够实现正常返航，但是因为这个设置飞机降落或飞行返航后，不能够很好的按编队表演预设进行飞行，破坏表演氛围。
解决以上问题及缺陷的意义为：
增加飞机飞行异常自检，并通过飞机自检结果设计一整套运行异常处理方案可以有效的解决机群飞机飞行过程中因为个体飞机异常造成的群体飞机飞行损伤干涉，一架飞机异常时，如果出现不受控飞行，将干涉影响其他飞机飞行，破坏飞行一致性，所以编队机群飞行时飞机个体异常需要针对性异常处理。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种集群编队飞机异常故障等级处理的方法、系统及应用。
本发明是这样实现的，一种集群编队飞机异常故障等级处理的方法，所述集群编队飞机异常故障等级处理的方法包括：
设置故障等级，在起飞前或飞行过程对不同故障等级的故障按故障优先级进行轮询检测；当检测到飞机飞行故障后，个体飞机按照飞机故障等级列表进行相应的处理。
进一步，所述处理包括故障保护和状态切换；其中，所述状态包括降落、返航和加镜。
进一步，所述飞行故障结构的设计，包括：
飞行故障结构包括以下几种状态：
无故障：飞机飞行过程中没有检测到运行风险；
飞行高度限制：当飞行高度超过预设高度时，输出高度超限警告；
飞行姿态加锁：当飞行姿态超过预设姿态时，输出姿态异常警告；
位置偏离检测：当飞行位置偏离期望航点一定范围时，输出位置偏离警告；
GPS传感器异常：当GPS传感器数据出现差分龄期异常、丢星问题时，触发GPS传感器异常警告；
飞机高度限制返航：当飞行高度到预设的一定范围时，触发返航警告；
起飞前GPS状态检测：在飞机起飞之前对GPS状态进行检测，不满足起飞条件，触发起飞GPS检测异常；
低电量返航检测：当飞机电量低于一定预设值，触发低电量警告。
进一步，所述个体飞机在飞行过程中出现故障后，应对的处理方法，包括：
当飞机触发除无故障状态外的其他状态时，将通过出触发的异常状态来进行飞机飞行状态切换：
飞机电机加锁处理：飞行高度超限、飞行姿态异常、位置偏离异常、GPS传感器异常；
飞机做飞行返航处理：飞机高度限制返航、低电量返航检测；
飞机拒绝起飞处理：起飞前GPS状态检测。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述集群编队飞机异常故障等级处理的方法的集群编队飞机异常故障等级处理的系统，所述集群编队飞机异常故障等级处理的系统包括：
故障等级设置模块，用于设置无人机故障等级；
轮询检测模块，用于在起飞前或飞行过程对不同故障等级的故障按故障优先级进行轮询检测；
故障处理模块，用于当检测到飞机飞行故障后，个体飞机按照飞机故障等级列表进行相应的故障保护和状态切换；
飞行故障触发模块，用于实现无人机飞行故障的触发；
加锁保护模块，用于在无人机处于飞行高度超过限制、飞行姿态过大、位置偏高检测或起飞前gps传感器状态异常的状态时进行加锁保护；
降落保护模块，用于在无人机处于飞行高度超过限制或起飞前gps传感器状态异常的状态时进行降落保护；
返航保护模块，用于在无人机处于低电量的状态时进行返航保护。
本发明的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：
设置故障等级，在起飞前或飞行过程对不同故障等级的故障按故障优先级进行轮询检测；当检测到飞机飞行故障后，个体飞机按照飞机故障等级列表进行相应的故障保护和状态切换。
本发明的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：
设置故障等级，在起飞前或飞行过程对不同故障等级的故障按故障优先级进行轮询检测；当检测到飞机飞行故障后，个体飞机按照飞机故障等级列表进行相应的故障保护和状态切换。
本发明的另一目的在于提供一种集群编队飞机，所述集群编队飞机搭载所述集群编队飞机异常故障等级处理的系统。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述集群编队飞机异常故障等级处理的方法。
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述集群编队飞机异常故障等级处理的方法。
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：本发明提供的集群编队飞机异常故障等级处理的方法，通过轮询判断飞机目前的状态，实现飞机故障等级的判定，以及依照故障等级进行相应的状态切换及处理，既保证了飞机在彻底失控前能被控制，也能灵活的根据自身状态进行更为细致的状态切换。
本发明设计了一种灵活、细致、详细的编队机群飞行个体飞机故障等级分类和处理的方法，编队飞行表演中，个体飞机出现飞行异常时，设计具体的故障等级列表，对应操作控制飞机的降落、返航、加锁等具体应对方案，实现飞机个体异常故障等级判断和处理，降低地面站控制整体机群或个体飞机带来的不受控风险，以及出现故障直接控制降落或返航给编队表演带来的不良影响。
本发明通过设计对应故障具体的处理方法，实现编队飞行中个体飞机在飞行出现异常时做出对应的状态切换，飞行无障碍时，无状态处理；飞机飞行高度限制超过限制时首先进行返航控制，电池低电量之后进行飞机返航设置；当出现起飞gps检测失败时，进行降落操作；当出现重大故障，如位置偏离(飞行的实际位置和设置的期望gps位置相差过大)、飞行高度过高超过预设最大值、飞行姿态过大有坠机风险、gps传感器异常等等，对飞机进行加锁，设置飞机从天而降，尽可能降低损失，避免对围观群众带来二次伤害等。
本发明通过故障等级判断和具体处理，实现了对个体飞机异常故障时的具体控制，解决了出现突发状况时，地面站控制个体飞机缓慢、个体飞机控制不可靠的问题，也解决了飞行控制器在只有一种飞行故障处理方式时无法应对具体故障问题，无法按实际需求控制飞行状态切换的问题；通过对故障等级判断和具体的降落、返航、加锁处理的控制，极大程度上降低了飞机飞行故障时出现问题的处理成本和处理风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明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发明的一些实施例，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集群编队飞机异常故障等级处理的方法流程图。
图2是本发明实施例提供的集群编队飞机异常故障等级处理的系统结构框图；
图中：1、故障等级设置模块；2、轮询检测模块；3、故障处理模块；4、飞行故障触发模块；5、加锁保护模块；6、降落保护模块；7、返航保护模块。
图3是本发明实施例提供的飞行故障树设计示意图。
图4是本发明实施例提供的飞机故障等级处理结构示意图。
图5是本发明实施例提供的正常飞行的飞行日志记录中飞机电机解锁情况示例图。
图6是本发明实施例提供的在飞机飞行过程中异常加锁的示例图。
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，本发明提供了一种集群编队飞机异常故障等级处理的方法及系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的集群编队飞机异常故障等级处理的方法包括以下步骤：
S101，设置故障等级；
S102，在起飞前或飞行过程对不同故障等级的故障按故障优先级进行轮询检测；
S103，当检测到飞机飞行故障后，个体飞机按照飞机故障等级列表进行相应的故障保护和状态切换。
如图2所示，本发明实施例提供的集群编队飞机异常故障等级处理的系统，包括：
故障等级设置模块1，用于设置无人机故障等级；
轮询检测模块2，用于在起飞前或飞行过程对不同故障等级的故障按故障优先级进行轮询检测；
故障处理模块3，用于当检测到飞机飞行故障后，个体飞机按照飞机故障等级列表进行相应的故障保护和状态切换；
飞行故障触发模块4，用于实现无人机飞行故障的触发；
加锁保护模块5，用于在无人机处于飞行高度超过限制、飞行姿态过大、位置偏高检测或起飞前gps传感器状态异常的状态时进行加锁保护；
降落保护模块6，用于在无人机处于飞行高度超过限制或起飞前gps传感器状态异常的状态时进行降落保护；
返航保护模块7，用于在无人机处于低电量的状态时进行返航保护。
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
本发明设计了一种灵活、细致、详细的编队机群飞行个体飞机故障等级分类和处理的方法，编队飞行表演中，个体飞机出现飞行异常时，设计具体的故障等级列表，对应操作控制飞机的降落、返航、加锁等具体应对方案，实现飞机个体异常故障等级判断和处理，降低地面站控制整体机群或个体飞机带来的不受控风险，以及出现故障直接控制降落或返航给编队表演带来的不良影响。
本发明的技术方案如下：
首先设置故障等级，在起飞前或飞行过程对不同故障等级的故障按故障优先级进行轮询检测，当检测到飞机飞行故障后，个体飞机按照飞机故障等级列表进行相应的故障保护和状态切换。
本发明的飞行故障结构设计如下：
飞行故障结构包括以下几种状态：
无故障：飞机飞行过程中没有检测到运行风险；
飞行高度限制：当飞行高度超过预设高度时，输出高度超限警告；
飞行姿态加锁：当飞行姿态超过预设姿态时，输出姿态异常警告；
位置偏离检测：当飞行位置偏离期望航点一定范围时，输出位置偏离警告；
GPS传感器异常：当GPS传感器数据出现差分龄期异常、丢星问题时，触发GPS传感器异常警告；
飞机高度限制返航：当飞行高度到预设的一定范围时，触发返航警告；
起飞前GPS状态检测：在飞机起飞之前对GPS状态进行检测，不满足起飞条件，触发起飞GPS检测异常；
低电量返航检测：当飞机电量低于一定预设值，触发低电量警告。
语言程序为：
StatusCheck_t{
uint8 CHECK_STATUS_OK＝0//无故障
uint8 CHECK_LIMIT_ALT_LOCK＝1//飞行高度限制—加锁
uint8 CHECK_ATTITUDE_LARGE_ARMED＝4//飞行姿态过大加锁
uint8 CHECK_POSITION_BIAS_LARGE_ARMED＝8//位置偏离检测加锁uint8CHECK_GPS_SATELLITES_LESS_ARMED＝16//gps传感器状态异常加锁
uint8 CHECK_LIMIT_ALT_RETURN＝64//飞行高度限制返航
uint16 CHECK_GPS_TAKEOFF_CHECK_FAIL＝256//起飞前gps状态检测uint16CHECK_BATTERY_LOW_RETURN＝512//低电量返航
}。
(本发明只提供一种按故障等级切换和处理飞行状态的方法，对具体故障检测不进行详细阐述)。
本发明的个体飞机在飞行过程中出现故障后，应对的处理方法如下：
当飞机触发除无故障状态外的其他状态时，将通过出触发的异常状态来进行飞机飞行状态切换：
飞机电机加锁处理：飞行高度超限、飞行姿态异常、位置偏离异常、GPS传感器异常；
飞机做飞行返航处理：飞机高度限制返航、低电量返航检测；
飞机拒绝起飞处理：起飞前GPS状态检测。
程序语言为：
Figure BDA0003055727540000091
本发明的飞行故障树设计如图3所示。
本发明通过设计对应故障具体的处理方法，实现编队飞行中个体飞机在飞行出现异常时做出对应的状态切换，飞行无障碍时，无状态处理；飞机飞行高度限制超过限制时首先进行返航控制，电池低电量之后进行飞机返航设置；当出现起飞gps检测失败时，进行降落操作；当出现重大故障，如位置偏离(飞行的实际位置和设置的期望gps位置相差过大)、飞行高度过高超过预设最大值、飞行姿态过大有坠机风险、gps传感器异常等等，对飞机进行加锁，设置飞机从天而降，尽可能降低损失，避免对围观群众带来二次伤害等。
本发明的飞机故障等级处理结构如图4所示。
本发明的替代方案包括：个体飞机状态实时回传，地面站端设计具体的故障等级判断和处理方法，对个体飞机进行单独控制。
本发明提供的机群飞机个体异常故障等级处理的方法，通过轮询判断飞机目前的状态，实现飞机故障等级的判定，以及依照故障等级进行相应的状态切换及处理，既保证了飞机在彻底失控前能被控制，也能灵活的根据自身状态进行更为细致的状态切换。
本发明通过故障等级判断和具体处理，实现了对个体飞机异常故障时的具体控制，解决了出现突发状况时，地面站控制个体飞机缓慢、个体飞机控制不可靠的问题，也解决了飞行控制器在只有一种飞行故障处理方式时无法应对具体故障问题，无法按实际需求控制飞行状态切换的问题；通过对故障等级判断和具体的降落、返航、加锁处理的控制，极大程度上降低了飞机飞行故障时出现问题的处理成本和处理风险。
下面结合实验效果对本发明技术方案作进一步描述。
如图5所示，正常飞行的飞行日志记录，flag_armed表示飞机电机解锁情况，“1”标志着解锁，“0”表示加锁。Status_check为飞机异常状态检测，从日志刚开始的时候，飞机gps状态尚未度过初始化，搜星只有14颗，该状态下无法进行飞行。根据flag_armed状态可以判断，飞机进行了两次飞行。
再者，如图6所示，在飞机飞行过程中异常加锁的示例中，飞机在飞行过程中触发了检测异常，异常位9，具体对应位置偏离和飞行高度异常，同时触发两种故障，飞机进行了加锁处理，在flag_armed状态在出现故障后，立刻从“1”变成了“0”，实现了故障等级处理和解决。
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。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。
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)

1.一种集群编队飞机异常故障等级处理的方法，其特征在于，所述集群编队飞机异常故障等级处理的方法包括：
飞机在起飞前或飞行过程对设置的不同故障等级的故障按故障优先级进行轮询检测；
当检测到飞机飞行故障后，个体飞机按照飞机故障等级列表进行相应的故障处理。
2.如权利要求1所述集群编队飞机异常故障等级处理的方法，其特征在于，所述处理包括故障保护和状态切换；其中，所述状态包括降落、返航和加镜。
3.如权利要求1所述集群编队飞机异常故障等级处理的方法，其特征在于，所述飞行故障结构的设计，包括：
无故障：飞机飞行过程中没有检测到运行风险；
飞行高度限制：当飞行高度超过预设高度时，输出高度超限警告；
飞行姿态加锁：当飞行姿态超过预设姿态时，输出姿态异常警告；
位置偏离检测：当飞行位置偏离期望航点一定范围时，输出位置偏离警告；
GPS传感器异常：当GPS传感器数据出现差分龄期异常、丢星问题时，触发GPS传感器异常警告；
飞机高度限制返航：当飞行高度到预设的一定范围时，触发返航警告；
起飞前GPS状态检测：在飞机起飞之前对GPS状态进行检测，不满足起飞条件，触发起飞GPS检测异常；
低电量返航检测：当飞机电量低于一定预设值，触发低电量警告。
4.如权利要求1所述集群编队飞机异常故障等级处理的方法，其特征在于，所述个体飞机在飞行过程中出现故障后，应对的处理方法，包括：
当飞机触发除无故障状态外的其他状态时，将通过出触发的异常状态来进行飞机飞行状态切换：
飞机电机加锁处理：飞行高度超限、飞行姿态异常、位置偏离异常、GPS传感器异常；
飞机做飞行返航处理：飞机高度限制返航、低电量返航检测；
飞机拒绝起飞处理：起飞前GPS状态检测。
5.一种应用如权利要求1～4任意一项所述集群编队飞机异常故障等级处理的方法的集群编队飞机异常故障等级处理的系统，其特征在于，所述集群编队飞机异常故障等级处理的系统包括：
故障等级设置模块，用于设置无人机故障等级；
轮询检测模块，用于在起飞前或飞行过程对不同故障等级的故障按故障优先级进行轮询检测；
故障处理模块，用于当检测到飞机飞行故障后，个体飞机按照飞机故障等级列表进行相应的故障保护和状态切换；
飞行故障触发模块，用于实现无人机飞行故障的触发；
加锁保护模块，用于在无人机处于飞行高度超过限制、飞行姿态过大、位置偏高检测或起飞前gps传感器状态异常的状态时进行加锁保护；
降落保护模块，用于在无人机处于飞行高度超过限制或起飞前gps传感器状态异常的状态时进行降落保护；
返航保护模块，用于在无人机处于低电量的状态时进行返航保护。
6.一种计算机设备，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：
设置故障等级，在起飞前或飞行过程对不同故障等级的故障按故障优先级进行轮询检测；当检测到飞机飞行故障后，个体飞机按照飞机故障等级列表进行相应的故障保护和状态切换。
7.一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：
设置故障等级，在起飞前或飞行过程对不同故障等级的故障按故障优先级进行轮询检测；当检测到飞机飞行故障后，个体飞机按照飞机故障等级列表进行相应的故障保护和状态切换。
8.一种集群编队飞机，其特征在于，所述集群编队飞机搭载权利要求5所述集群编队飞机异常故障等级处理的系统。
9.一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行权利要求1～4任意一项所述集群编队飞机异常故障等级处理的方法。
10.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现权利要求1～4任意一项所述集群编队飞机异常故障等级处理的方法。
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