CN113359828A - 一种基于空地协同的无人机控制权交接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于空地协同的无人机控制权交接方法，无人机的起飞和回收由地面站控制，无人机准备执行空中任务时以及完成任务后由直升机和地面站进行控制权交接，即任务阶段由直升机控制无人机，使得无人机的侦察区域不再受限，直升机指挥员可直接获取无人机的状态，提高突发情况的响应和处理效率。本发明无人机的执行任务区域不再受制于地面站，可伴随直升机飞到更远的区域上空执行任务；直升机指挥员能够及时了解无人机的状态，避免了无人机与直升机的危险接近，提高了飞行安全性；直升机空中对无人机的指控，缩短了整个信息决策的回路，减少了有人机无人机混合编队中因为互相等待所造成的行动滞后。

Description

一种基于空地协同的无人机控制权交接方法

技术领域

本发明涉及无人机控制领域，尤其是一种地面站与直升机协同控制无人机的方法，具体是指一种无人机控制权交接方法。

背景技术

随着无人机相关技术的发展，其战场优势在现代战争中不断凸显。利用无人机与有人直升机协同作战，将无人机与有人直升机优势进行互补，是现代战争新的作战样式和发展趋势。

无人机与有人直升机协同作战过程中，传统的地面站控制无人机方式在远距离控制时很容易受到外界干扰导致链路异常，使得无人机的侦察区域受限；由于信息交互的不直接，直升机指挥员无法及时了解无人机的状态，可能导致无人机与直升机的危险接近，危及飞行员安全；目前的协同流程主要依靠事前确定好的流程进行实施，对于突发情况只能通过直升机与地面站之间的话音通信来进行协调，无人机和直升机均不能及时做出反应。

目前未见相关的空地协同的无人机控制权交接方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于空地协同的无人机控制权交接方法。本发明的目的是提出一种基于空地协同的无人机控制权交接方法，无人机的起飞和回收由地面站控制，无人机准备执行空中任务时以及完成任务后由直升机和地面站进行控制权交接，即任务阶段由直升机控制无人机，使得无人机的侦察区域不再受限，直升机指挥员可直接获取无人机的状态，提高突发情况的响应和处理效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案的具体步骤如下：

步骤1：无人机地面站完成无人机的起飞，并控制无人机飞行至直升机的控制范围内，准备执行任务；

步骤2：直升机协同指控终端获取无人机控制权，具体步骤如下：

步骤2.1：地面站控制无人机完成起飞，并飞行至直升机控制区域，进入执行任务阶段，直升机协同指控终端发送“申请控制”指令，向地面站请求对无人机的控制；

步骤2.2：无人机机载接收到直升机发送的控制无人机申请指令后，向地面站转发“申请控制”指令；

步骤2.3：若t-t₀₁＜t_s，其中，t为当前时刻，t₀₁为无人机机载接收到直升机协同指控终端发出的“申请控制”指令时刻，t_s为响应时间门限，单位为s，地面站收到机载转发的直升机协同指控终端的“申请控制”指令，若地面站同意交接，则将“同意”指令发送到无人机机载，无人机机载接收到同意交接的指令后，将“交接成功”反馈信息同时发送到地面站和直升机协同指控终端，并且将无人机控制指令通道从地空链(无人机与地面站的无线通信链路)切换到空空链(无人机与直升机的无线通信链路)，并进入步骤3；若地面站不同意交接，则将“不同意”指令发送到无人机机载，无人机机载接收到地面站的“不同意”指令后，将“交接失败”反馈信息同时发送到地面站和直升机协同指控终端，无人机的控制指令通道仍然保持地空链；

步骤2.4：若t-t₀₁≥t_s，即到t₀₁+t_s时，无人机机载仍未收到地面站的授权指令，则无人机机载将“交接失败”反馈信息同时发送到地面站和直升机协同指控终端，无人机的控制指令通道仍然保持地空链；

步骤3：直升机成功申请无人机控制权，切换到空空链，则直升机协同指控终端控制无人机执行任务，完成任务后操控无人机飞行至地面站的控制范围内，准备回收无人机；

步骤4：地面站获取无人机控制权的步骤如下：

步骤4.1：无人机执行完任务，即将进入回收阶段，地面站发送“申请控制”指令，向直升机协同指控终端请求对无人机进行控制；

步骤4.2：无人机机载接收到申请后，向直升机协同指控终端转发“申请控制”指令；

步骤4.3：若t-t₀₂＜t_s，其中，t为当前时刻，t₀₂为无人机机载接收到地面站发出的“申请控制”指令时刻，t_s为响应时间门限，直升机协同指控终端收到地面站的“申请控制”指令，若直升机协同指控终端同意交接，则点击“同意”按钮，将同意指令发送到无人机机载，无人机机载接收到直升机协同指控终端同意交接的指令后，将“交接成功”反馈信息同时发送到地面站和直升机协同指控终端，并且将无人机控制指令通道从空空链切换到地空链；若直升机协同指控终端不同意将无人机控制权交接到地面站，则将“不同意”指令发送到无人机机载，无人机机载将“交接失败”反馈信息同时发送到地面站和直升机协同指控终端，无人机的控制指令通道仍然保持空空链；

步骤4.4：若到t₀₂+t_s时，无人机机载仍没有收到直升机协同指控终端的授权指令，则无人机机载将“交接失败”反馈信息同时发送到地面站和直升机协同指控终端，无人机的控制指令通道仍然保持空空链。

地面站在应急接管无人机时，控制权流程如下：

步骤5.1：直升机协同指控终端控制无人机的过程中，遇到紧急情况，地面站向无人机机载发送“应急控制”指令；所述紧急情况包括但不限于直升机与无人机之间的通信链路时断时通、直升机协同指控终端内部通信异常不能控制无人机及上级临时取消任务；

步骤5.2：无人机机载接收到“应急控制”指令后，直接将无人机控制指令通道从空空链切换到地空链；

步骤5.3：无人机机载将“地面站控制”反馈信息同时发送到地面站和直升机协同指控终端。

所述响应时间门限取值为t_s＝20s。

本发明的有益效果在于所采用的基于空地协同的无人机控制权交接方法，具有以下优点：

1.通过直升机空中控制无人机，无人机的执行任务区域不再受制于地面站，可伴随直升机飞到更远的区域上空执行任务；

2.直升机空中控制无人机，直升机指挥员能够及时了解无人机的状态，避免了无人机与直升机的危险接近，提高了飞行安全性；

3.直升机空中对无人机的指控，缩短了整个信息决策的回路，不再需要地面站充当直升机与无人机之间的中间传递信息角色，减少了有人机无人机混合编队中因为互相等待所造成的行动滞后。

附图说明

图1是本发明空地协同的无人机控制权交接实现流程图。

图2是本发明地面站应急接管无人机控制权实现流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明实施步骤如下：

步骤1：无人机地面站完成无人机的起飞并控制无人机飞行至直升机的控制范围内，准备执行任务。

步骤2：直升机协同指控终端获取无人机控制权步骤如下：

步骤2.1：地面站控制无人机完成起飞并飞行至直升机控制区域，进入执行任务阶段，直升机协同指控终端监控软件发送“申请控制”指令，向地面站请求对无人机的控制；

步骤2.2：无人机机载接收到直升机发送的控制无人机申请指令后，向地面站转发“申请控制”指令；

步骤2.3：地面站收到直升机协同指控终端的“申请控制”指令，若地面站同意交接，则地面站监控软件将“同意”指令发送到无人机机载；

步骤2.4：若t-t₀₁＜20s，其中，t为当前时刻，t₀₁为无人机机载接收到直升机协同指控终端发出的“申请控制”指令时刻，t_s＝20s为响应时间门限，无人机机载接收到同意交接的指令后，将“交接成功”反馈信息同时发送到地面站和直升机协同指控终端，并且将无人机控制指令通道从地空链(无人机与地面站的无线通信链路)切换到空空链(无人机与直升机的无线通信链路)。

若地面站不同意将无人机控制权交接到直升机，则将“不同意”指令发送到无人机机载；无人机机载接收到地面站的“不同意”指令后，将“交接失败”反馈信息同时发送到地面站和直升机协同指控终端，无人机的控制指令通道仍然保持地空链。

步骤2.5：若到t₀₁+20s时，无人机机载仍没有收到地面站的授权指令，则无人机机载将“交接失败”反馈信息同时发送到地面站和直升机协同指控终端，无人机的控制指令通道仍然保持地空链。

步骤3：若直升机成功申请无人机控制权，则直升机协同指控终端控制无人机执行任务，完成任务后操控无人机飞行至地面站的控制范围内，准备回收无人机。

步骤4：地面站获取无人机控制权步骤如下：

步骤4.1：无人机执行完任务，即将进入回收阶段，地面站发送“申请控制”指令，向直升机协同指控终端请求对无人机进行控制；

步骤4.2：无人机机载接收到申请后，向直升机协同指控终端转发“申请控制”指令。

步骤4.3：直升机协同指控终端收到地面站的“申请控制”指令，若直升机协同指控终端同意交接，则点击“同意”按钮，将同意指令发送到无人机机载。

步骤4.4：若t-t₀₂＜20s(其中，t为当前时刻，t₀₂为无人机机载接收到地面站发出的“申请控制”指令时刻，t_s＝20s为响应时间门限)，无人机机载接收到直升机协同指控终端同意交接的指令后，将“交接成功”反馈信息同时发送到地面站和直升机协同指控终端，并且将无人机控制指令通道从空空链切换到地空链。

若直升机协同指控终端不同意将无人机控制权交接到地面站，则将“不同意”指令发送到无人机机载，无人机机载接收到直升机协同指控终端“不同意”指令后，将“交接失败”反馈信息同时发送到地面站和直升机协同指控终端，无人机的控制指令通道仍然保持空空链。

步骤4.5：若到t₀₂+20s时，无人机机载仍没有收到直升机协同指控终端的授权指令，则无人机机载将“交接失败”反馈信息同时发送到地面站和直升机协同指控终端，无人机的控制指令通道仍然保持空空链。

步骤5：地面站应急接管无人机控制权流程如下：

步骤5.1：直升机协同指控终端控制无人机的过程中，遇到紧急(例如直升机与无人机之间的无线电链路不稳定、协同指控终端工作异常等)情况，地面站向无人机机载发送“应急控制”指令；

步骤5.2：无人机机载接收到“应急控制”指令后，直接将无人机控制指令通道从空空链切换到地空链。

步骤5.3：无人机机载将“地面站控制”反馈信息同时发送到地面站和直升机协同指控终端。

Claims (3)

1.一种基于空地协同的无人机控制权交接方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤1：无人机地面站完成无人机的起飞，并控制无人机飞行至直升机的控制范围内，准备执行任务；

步骤2：直升机协同指控终端获取无人机控制权，具体步骤如下：

步骤2.1：地面站控制无人机完成起飞，并飞行至直升机控制区域，进入执行任务阶段，直升机协同指控终端发送“申请控制”指令，向地面站请求对无人机的控制；

步骤2.2：无人机机载接收到直升机发送的控制无人机申请指令后，向地面站转发“申请控制”指令；

步骤2.3：若t-t₀₁＜t_s，其中，t为当前时刻，t₀₁为无人机机载接收到直升机协同指控终端发出的“申请控制”指令时刻，t_s为响应时间门限，单位为s，地面站收到机载转发的直升机协同指控终端的“申请控制”指令，若地面站同意交接，则将“同意”指令发送到无人机机载，无人机机载接收到同意交接的指令后，将“交接成功”反馈信息同时发送到地面站和直升机协同指控终端，并且将无人机控制指令通道从地空链切换到空空链，并进入步骤3；若地面站不同意交接，则将“不同意”指令发送到无人机机载，无人机机载接收到地面站的“不同意”指令后，将“交接失败”反馈信息同时发送到地面站和直升机协同指控终端，无人机的控制指令通道仍然保持地空链；

步骤2.4：若t-t₀₁≥t_s，即到t₀₁+t_s时，无人机机载仍未收到地面站的授权指令，则无人机机载将“交接失败”反馈信息同时发送到地面站和直升机协同指控终端，无人机的控制指令通道仍然保持地空链；

步骤3：直升机成功申请无人机控制权，切换到空空链，则直升机协同指控终端控制无人机执行任务，完成任务后操控无人机飞行至地面站的控制范围内，准备回收无人机；

步骤4：地面站获取无人机控制权的步骤如下：

步骤4.1：无人机执行完任务，即将进入回收阶段，地面站发送“申请控制”指令，向直升机协同指控终端请求对无人机进行控制；

步骤4.2：无人机机载接收到申请后，向直升机协同指控终端转发“申请控制”指令；

步骤4.3：若t-t₀₂＜t_s，其中，t为当前时刻，t₀₂为无人机机载接收到地面站发出的“申请控制”指令时刻，t_s为响应时间门限，直升机协同指控终端收到地面站的“申请控制”指令，若直升机协同指控终端同意交接，则点击“同意”按钮，将同意指令发送到无人机机载，无人机机载接收到直升机协同指控终端同意交接的指令后，将“交接成功”反馈信息同时发送到地面站和直升机协同指控终端，并且将无人机控制指令通道从空空链切换到地空链；若直升机协同指控终端不同意将无人机控制权交接到地面站，则将“不同意”指令发送到无人机机载，无人机机载将“交接失败”反馈信息同时发送到地面站和直升机协同指控终端，无人机的控制指令通道仍然保持空空链；

步骤4.4：若到t₀₂+t_s时，无人机机载仍没有收到直升机协同指控终端的授权指令，则无人机机载将“交接失败”反馈信息同时发送到地面站和直升机协同指控终端，无人机的控制指令通道仍然保持空空链。

2.根据权利要求1所述的基于空地协同的无人机控制权交接方法，其特征在于：

地面站在应急接管无人机时，控制权流程如下：

步骤5.1：直升机协同指控终端控制无人机的过程中，遇到紧急情况，地面站向无人机机载发送“应急控制”指令；所述紧急情况包括但不限于直升机与无人机之间的通信链路时断时通、直升机协同指控终端内部通信异常不能控制无人机及上级临时取消任务；

步骤5.2：无人机机载接收到“应急控制”指令后，直接将无人机控制指令通道从空空链切换到地空链；

步骤5.3：无人机机载将“地面站控制”反馈信息同时发送到地面站和直升机协同指控终端。

3.根据权利要求1所述的基于空地协同的无人机控制权交接方法，其特征在于：

所述响应时间门限取值为t_s＝20s。

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