CN114035603A - 一种无人机威胁区动态检测及告警方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种无人机威胁区动态检测及告警方法，属于无人机控制技术领域，本申请的方法包括：构建无人机飞行过程中的威胁区；查找距离无人机最近的威胁区；构建与所述无人机最近的威胁区的轮廓；检测无人机是否接近或进入威胁区，若接近或接入威胁区，则进行告警，反之则不告警。本申请所提供的无人机威胁区动态检测及告警方法针对提高无人机空域飞行安全的需求，基于飞机的飞管系统设计安全围栏功能进行设计，可以提高无人机飞行过程中的安全性。

Description

一种无人机威胁区动态检测及告警方法

技术领域

本申请属于无人机控制技术领域，特别涉及一种无人机威胁区动态检测及告警方法。

背景技术

为保障空域飞行安全，在无人机地面控制站飞行监控席，通过建立飞行安全区域和禁飞区的电子信息模型，对飞机的飞行状态及位置(包括经纬度、高度和飞行时间)进行实时监控，当飞机飞出安全区域或者接近禁飞区域边界时，进行告警提示，防止无人机飞入/飞出特定区域(包括禁飞区、航空管制区域等)。

因此，需要一种无人机威胁区的检测及告警方法以实现上述功能。

发明内容

本申请的目的是提供了一种无人机威胁区动态检测及告警方法，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

本申请的技术方案是：一种无人机威胁区动态检测及告警方法，所述方法包括：

构建无人机飞行过程中的威胁区；

查找距离无人机最近的威胁区；

构建与所述无人机最近的威胁区的轮廓；

检测无人机是否接近或进入威胁区，若接近或接入威胁区，则进行告警，反之则不告警。

进一步的，所述构建无人机飞行过程中的威胁区的过程包括：

将无人机内存储的若干个描述点按指向顺序依次连接得到威胁范围；

根据得到的威胁范围描述点进行连线，从而构建出无人机飞行过程中的威胁区。

进一步的，所述威胁区包括由多个威胁点构成的闭合曲线或非闭合曲线，以及由一个威胁点构成的独立威胁区。

进一步的，所述查找距离无人机最近的威胁区的过程包括：

首先，在多个威胁区内找到距离无人机最近的多个区内描述点；

之后，在多个所述区内描述点中内进一步找到距离所述无人机最近的近场描述点；

根据所述近场描述点确定多个威胁区中距离所述无人机最近的威胁区。

进一步的，所述构建与所述无人机最近的威胁区的轮廓的过程包括：

在确定最近的威胁区后，根据距离无人机最近的描述点及最近边，通过比较各自到无人机的距离，确认生成威胁区轮廓的基准点：

如果无人机距离最近描述点较近，则将该描述点最为基准点；

如果无人机距离最近边较近，则将无人机在最近边上的投影点作为基准点；

根据确定的第一个基准点，沿其所在边向前、向后找到另外两个基准点；

根据三个基准点确定临近无人机的威胁区轮廓。

进一步的，所述将无人机在最近边上的投影点作为基准点中，所述边满足如下条件：

a)该边是相邻的两个描述点连成的线段；

b)无人机在该边上的投影落于线段上，而不是在线段的延长线上。

进一步的，所述根据确定的第一个基准点，沿其所在边向前、向后找到另外两个基准点中，各基准点间的间隔根据规定的安全距离和安全距离余量计算得到。

进一步的，基准点与相邻的基准点的间隔为：

R_safe＝Dist1+Dist2

其中，P1为威胁区轮廓中的一个基准点，Pex为为基准点相邻的基准点，R_safe为安全半径，Dist1为规定的安全距离，Dist2为安全距离余量。

进一步的，生成的另外两个基准点满足如下条件：

1)如果第一个基准点为描述点，则在基准点所在边及其上一条边内按规定间隔确定另外两个点的位置；如果这两个点分别落于各自所在边的延长线上，则以这两条线段上的另外两个描述作为轮廓基准点；

2)如果第一个基准点为飞机的投影点，则在该投影点所在边上按规定间隔确定另外两个点；如果这两个点落在该边的延长线上，则以这条边对应方向上的描述点作为基准点。

进一步的，所述检测无人机是否接近或进入威胁区的过程包括：

根据三个所述基准点确定临近无人机的威胁区轮廓，通过判断飞机与这三个基准点的相对位置，判断是否接近或进入威胁区；

若所述无人机位于威胁区轮廓的预定侧，则认为飞机进入威胁区，给出“已进入威胁区”的告警提示；

若无人机位于威胁区轮廓的非预定侧，只要与其中任意一个基准点的距离小于安全判断半径，则认为飞机接近威胁区，给出“已接近威胁区”的告警提示；

其余情况，不给出告警信息。

本申请所提供的无人机威胁区动态检测及告警方法主要针对提高无人机空域飞行安全的需求，为飞机的飞管系统设计安全围栏功能，提高无人机的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为本申请的方法流程图。

图2为本申请中的已知威胁区示意图。

图3为本申请中的已临近威胁区查找过程示意图。

图4为本申请中的已临近威胁区查找过程示意图。

图5为本申请中的已威胁区轮廓基准点示意图。

图6为本申请中的已基准点间隔计算方法。

图7为本申请中的已基准点生成方法示意图。

图8为本申请中的无人机与威胁区相对位置关系判断示意图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

如图1所示，本发明提供的方法基于飞管系统安全围栏以提高无人机空域飞行安全，具体的，本申请的无人机威胁区动态检测及告警方法包括以下步骤：

S1、构建无人机飞行过程中的威胁区

飞机具备同时监控多个临近威胁区的能力，机载设备可以存储多个威胁区信息，各威胁区内包含若干个描述点，描述点按指向顺序依次连接，圈出威胁范围，并规定描述点连线左侧为威胁区。

威胁区的外形无限制条件，其外形可以是多个描述点构成的一条闭合曲线、非闭合曲线，也可以是一个独立的描述点。

在本申请该实施例中，设飞机具备同时监控5个临近威胁区的能力，机载设备可以存储5个威胁区信息，各威胁区内包含25个描述点，描述点按指向顺序依次连接，圈出威胁范围，并规定描述点连线左侧为威胁区。

图2给出了无人机威胁区形状的示意图，无人机按照给定任务航线(实线)飞行，已知的威胁区由圈出：其中威胁区A、B的外形为一条闭合曲线，威胁区C由一条折线划出；威胁区A包含8个描述点(描述点连接顺序为：A1->A2->A3->A4->A5->A6->A7->A8->A1)、B区包含7个描述点(描述点连接顺序为：B1->B2->B3->B4->B5->B6->B7->B1)、C区包含7个描述，7个描述点构成非闭合曲线(描述点连接顺序为：C1->C2->C3->C4->C5->C6->C7)。

S2、查找离无人机最近的威胁区，具体包括：

飞管系统先在各威胁区内找到距离无人机最近的描述点，如图3所示，图中LAmin、LBmin和LCmin分别为三个威胁区内距离无人机最近的描述点的距离；再在这些描述点中找到距离无人机最近的描述点Pnearest，描述点Pnearest所在威胁区即为距离无人机最近的威胁区。

在距离LAmin、LBmin和LCmin中找到最小值LBmin，点B5为距离无人机最近的描述点Pnearest，进而确定距离无人机最近的威胁区为B区。如图4所示。

S3、接着构建与无人机最近的威胁区轮廓

威胁区轮廓是一条由三个基准点组成的折线。

找到最近的威胁区后，根据距离无人机最近的描述点Pnearest及最近边Lijnearest，通过比较各自到无人机的距离，确认生成威胁区轮廓的基准点：如果无人机距离点Pnearest较近，则将该点最为基准点；如果距离边Lijnearest较近，则将无人机在边上的投影点作为基准点。

飞管系统中定义与无人机最近的边具有以下特点：

a)这条边是相邻的两个描述点连成的线段；

b)飞机在该边上的投影落于线段上，而不是在线段的延长线上。

如图5所示，B区内距离无人机最近的描述点为B5，最近的边为

飞机到此两者之间的距离分别为DD1和DD2，由于DD2小于DD1，则将飞机在边

上的投影点Ex2作为轮廓的第一个基准点。

根据确定的第一个基准点，沿其所在边向前、向后找到另外两个基准点，各基准点间的间隔根据规定的安全距离和安全距离余量计算得到。

如图6所示，P1为威胁区轮廓中的一个基准点，Pex为与其相邻基准点，两者间隔为：

R_safe＝Dist1+Dist2

R_safe＝Dist1+Dist2

其中Dist1为规定的安全距离，Dist2为安全距离余量。

为防止生成的另外两个点落在威胁区各边以外，在生成基准点的时候加入以下判断条件：

1)如果第一个基准点为描述点，则在基准点所在边及其上一条边内按规定间隔确定另外两个点的位置；如果这两个点分别落于各自所在边的延长线上，则以这两条线段上的另外两个描述作为轮廓基准点；

2)如果第一个基准点为飞机的投影点，则在该投影点所在边上按规定间隔确定另外两个点；如果这两个点落在该边的延长线上，则以这条边对应方向上的描述点作为基准点。

如图7所示，蓝色部分对应第一种情况，B5为第一个轮廓基准点，Ex4和Ex5为扩展得到的两个点，由于Ex4落在线段

的反向延长线上，则将B4作为威胁区轮廓的基准点；绿色部分对应第二种情况，Ex1为飞机在线段

上的投影，作为第一个轮廓基准点，Ex2和Ex3为扩展得到的两个点，由于Ex3落在

的延长线上，则将B2作为威胁区轮廓的基准点。

S4、据此检测飞机是否接近或进入威胁区。

系统根据三个基准点确定临近飞机的威胁区轮廓，通过判断飞机与这三个点的相对位置，判断是否接近或进入威胁区，判断逻辑如下：

a)如果飞机位于威胁区轮廓左侧，则认为飞机进入威胁区，系统给出“已进入威胁区”的告警提示；

b)如果飞机位于威胁区轮廓右侧，只要与其中任意一个基准点的距离小于安全判断半径Rsafe，则认为飞机接近威胁区，系统给出“已接近威胁区”的告警提示；

c)其余情况，不给出告警信息。

如图8所示，威胁区由点B4、B5和Ex5描述，红色虚线圆半径大小为Rsafe。无人机1(黑色)位置对应情况1)，系统给出“已进入威胁区”告警提示；无人机2(绿色)位置对应情况2)，系统给出“已接近威胁区”告警提示；无人机3(绿色)位置对应情况3)，系统无告警提示。

此外，本申请中还制定提高空域飞行安全的控制策略。

制定飞机接近威胁区及在系统授权允许自动处置或数据链失效无法获得地面决策指令情况下的控制策略。

基于“安全围栏”控制策略如下

3.1、在接通“安全围栏”监控功能的情况下，“安全围栏”开始工作，监控飞机与已知威胁区的相对位置；

3.2、如果飞机接近威胁区，系统报“已接近威胁区”告警信息；如果飞机进入威胁区，系统报“已进入威胁区”告警信息；

3.3、在系统授权允许自动处置或数据链失效无法获得地面决策指令情况下，针对上述两种告警信息进行如下操作：

a)若告警信息为“已接近威胁区”，则系统控制飞机按最短路径飞到距威胁区安全距离以外的区域进行盘旋，等待地面决策；若长时间收不到地面指令(目前暂定盘旋等待时间超过30分钟)，则执行返航动作；

b)若告警信息为“已进入威胁区”，则系统控制飞机按最短路径飞离威胁区，并在距威胁区安全距离以外的区域进行盘旋，等待地面决策；若长时间收不到地面指令(目前暂定盘旋等待时间超过30分钟)，则执行返航动作。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种无人机威胁区动态检测及告警方法，其特征在于，所述方法包括：

构建无人机飞行过程中的威胁区；

查找距离无人机最近的威胁区；

构建与所述无人机最近的威胁区的轮廓；

检测无人机是否接近或进入威胁区，若接近或接入威胁区，则进行告警，反之则不告警。

2.如权利要求1所述的无人机威胁区动态检测及告警方法，其特征在于，所述构建无人机飞行过程中的威胁区的过程包括：

将无人机内存储的若干个描述点按指向顺序依次连接得到威胁范围；

根据得到的威胁范围描述点进行连线，从而构建出无人机飞行过程中的威胁区。

3.如权利要求2所述的无人机威胁区动态检测及告警方法，其特征在于，所述威胁区包括由多个威胁点构成的闭合曲线或非闭合曲线，以及由一个威胁点构成的独立威胁区。

4.如权利要求1所述的无人机威胁区动态检测及告警方法，其特征在于，所述查找距离无人机最近的威胁区的过程包括：

首先，在多个威胁区内找到距离无人机最近的多个区内描述点；

之后，在多个所述区内描述点中内进一步找到距离所述无人机最近的近场描述点；

根据所述近场描述点确定多个威胁区中距离所述无人机最近的威胁区。

5.如权利要求1所述的无人机威胁区动态检测及告警方法，其特征在于，所述构建与所述无人机最近的威胁区的轮廓的过程包括：

在确定最近的威胁区后，根据距离无人机最近的描述点及最近边，通过比较各自到无人机的距离，确认生成威胁区轮廓的基准点：

如果无人机距离最近描述点较近，则将该描述点最为基准点；

如果无人机距离最近边较近，则将无人机在最近边上的投影点作为基准点；

根据确定的第一个基准点，沿其所在边向前、向后找到另外两个基准点；

根据三个基准点确定临近无人机的威胁区轮廓。

6.如权利要求5所述的无人机威胁区动态检测及告警方法，其特征在于，所述将无人机在最近边上的投影点作为基准点中，所述边满足如下条件：

a)该边是相邻的两个描述点连成的线段；

b)无人机在该边上的投影落于线段上，而不是在线段的延长线上。

7.如权利要求5所述的无人机威胁区动态检测及告警方法，其特征在于，所述根据确定的第一个基准点，沿其所在边向前、向后找到另外两个基准点中，各基准点间的间隔根据规定的安全距离和安全距离余量计算得到。

8.如权利要求7所述的无人机威胁区动态检测及告警方法，其特征在于，基准点与相邻的基准点的间隔为：

其中，P1为威胁区轮廓中的一个基准点，Pex为为基准点相邻的基准点，R_safe为安全半径，Dist1为规定的安全距离，Dist2为安全距离余量。

9.如权利要求5至8任一所述的无人机威胁区动态检测及告警方法，其特征在于，生成的另外两个基准点满足如下条件：

1)如果第一个基准点为描述点，则在基准点所在边及其上一条边内按规定间隔确定另外两个点的位置；如果这两个点分别落于各自所在边的延长线上，则以这两条线段上的另外两个描述作为轮廓基准点；

2)如果第一个基准点为飞机的投影点，则在该投影点所在边上按规定间隔确定另外两个点；如果这两个点落在该边的延长线上，则以这条边对应方向上的描述点作为基准点。

10.如权利要求1所述的无人机威胁区动态检测及告警方法，其特征在于，所述检测无人机是否接近或进入威胁区的过程包括：

根据三个所述基准点确定临近无人机的威胁区轮廓，通过判断飞机与这三个基准点的相对位置，判断是否接近或进入威胁区；

若所述无人机位于威胁区轮廓的预定侧，则认为飞机进入威胁区，给出“已进入威胁区”的告警提示；

若无人机位于威胁区轮廓的非预定侧，只要与其中任意一个基准点的距离小于安全判断半径，则认为飞机接近威胁区，给出“已接近威胁区”的告警提示；

其余情况，不给出告警信息。

Images