CN114995514A - 二维平面下多旋翼无人机分布式飞行避碰方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种二维平面下多旋翼无人机分布式飞行避碰方法和装置。所述方法包括：对无人机避碰流程进行优化处理，减少计算量，提高计算效率；包含多项避碰飞行规则：优先级策略规则、航路权限判定规则、紧急避碰模式以及悬停模式，可显著提高无人机消解碰撞冲突的能力，进一步提高在狭小空域范围内，高数量密度下的无人机集群避碰成功率，并且在二维平面的基础上，对三维空间下的无人机避碰进行分析，对其三个不同方向进行投影，将其简化为三个二维平面，以水平方向速度的改变量以及高度变化为返回值，以此消解冲突。

Description

二维平面下多旋翼无人机分布式飞行避碰方法和装置

技术领域

本申请涉及无人机避碰技术领域，特别是涉及一种二维平面下多旋翼无人机分布式飞行避碰方法和装置。

背景技术

多旋翼无人机作为智能化与科技化的综合体，其在各个领域均得到了广泛的应用。当集群式或分布式无人机在同一空间内执行任务时，时空资源以及任务层面上的相互矛盾，最终可能导致发生碰撞。

近些年来，随着无人机自主性要求的不断增强，各种机器人的避碰方法逐渐应用于无人机上，并针对无人机的运动学特性和相关要求，进行相应的设计或改进，并取得较多研究成果。但由于种种原因，无人机分布式实时避碰空间利用效能较低，在应对高无人机数量密度时往往捉襟见肘。因此，亟待一种解决方法。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高无人机消解碰撞能力的二维平面下多旋翼无人机分布式飞行避碰方法和装置。

一种二维平面下多旋翼无人机分布式飞行避碰方法，所述方法包括：

实时获取无人机集群中其他无人机的飞行位置参数以及速度矢量参数，以及自身的飞行位置参数以及速度矢量参数；

根据自身以及其他无人机的飞行位置参数以及速度矢量参数进行计算得到自身与其他无人机之间的相对距离以及相对速度值，并根据所述相对距离以及飞行位置参数进行判断是否存在其他无人机处在交通告警距离内，若没有则执行任务模式；

若存在其他无人机处在交通告警距离内，则根据优化后的航路权限规则行判定自身是否具备航路权限，若判定为具备航路权限则执行维持航向模式，并将处在告警距离内的无人机称为告警无人机；

若判定为不具备航路权限，则对与告警无人机的相对距离值以及相对速度值进行分析后，生成基于选择性速度障碍算法的速度障碍模型，并根据所述速度障碍模型的判断执行维持航向模式，或执行转向模式触发避碰动机以防止与告警无人机之间的发生碰撞冲突；

其中，根据所述速度障碍模型的判断包括：当与所述告警无人机之间的相对速度指向速度障碍锥外，则执行维持航向模式；当于所述告警无人机之间的相对速度指向速度障碍锥内，则执行转向模式，并根据与所述告警无人机之间的相对距离执行避碰模式或紧急避碰模式。

在其中一实施例中，所述飞行位置参数为无人机所在的经纬位置坐标信息。

在其中一实施例中，所述根据优化后的航路权限规则行判定包括：

以自身无人机中点为原点，飞行方向为0°方向，其正前方的角度范围设置为±30°，左、右侧空域范围为30°～90°；

若所述告警无人机在左侧30°～90°的空域范围内，则自身具备航路权限；

若所述告警无人机在右侧30°～90°的空域范围内，则自身不具备航路权限；

若所述告警无人机在正前方±30°的空域范围内，则根据与告警无人机之间的相对速度进行判定，若相对速度指向前方，则自身不具备航路权限；若相对速度指向后方，则自身具备航路权限。

在其中一实施例中，根据与所述告警无人机之间的相对距离执行避碰模式或紧急避碰模式包括：

当自身与所述告警无人机之间的相对距离大于紧急避碰距离时，则执行避碰模式；

当自身与所述告警无人机之间的相对距离小于紧急避碰距离时，则执行紧急避碰模式。

在其中一实施例中，当执行避碰模式时，以第一避碰角速率进行转向避碰；

当执行紧急避碰模式时，以第二避碰角速率进行转向避碰；

所述第一避碰角速率小于第二避碰角速率。

在其中一实施例中，当自身具备航路权限时，但与所述告警无人机之间的相对距离小于悬停距离时，生成速度障碍锥模型，若此时相对速度指向速度障碍锥内部，则执行悬停模式，直至相对距离大于悬停距离时，再切换执行维持航向模式；

当所述告警无人机处在自身前方并已到达终点，且与该告警无人机之间的相对距离小于悬停距离时，生成速度障碍锥模型，若此时相对速度指向速度障碍锥内部，则执行悬停模式，直至解算出新可行路径。

在其中一实施例中，当存在多个告警无人机时，则通过优先级判定策略规则决定执行模式，其中所述优先级判定策略规则根据各所述告警无人机与自身无人机之间的最小相对距离决定执行模式。

在其中一实施例中，所述通过各所述告警无人机与自身无人机之间的最小相对距离决定自身执行模式包括：

当所述最小相对距离小于等于避碰距离时，不得执行任务模式；

当所述最小相对距离大于避碰距离时，允许执行任务模式；

当所述最小相对距离大于悬停距离时，脱离悬停模式执行维持航向模式。

在其中一实施例中，所述交通告警距离、避碰距离、紧急避碰距离以及悬停距离均根据自身与其他无人机之间的相对速度值计算得到。

一种二维平面下多旋翼无人机分布式飞行避碰装置，所述装置包括：

参数获取模块，用于实时获取无人机集群中其他无人机的飞行位置参数以及速度矢量参数，以及自身的飞行位置参数以及速度矢量参数；

交通告警模块，用于根据自身以及其他无人机的飞行位置参数以及速度矢量参数进行计算得到自身与其他无人机之间的相对距离以及相对速度值，并根据所述相对距离进行判断是否存在其他无人机处在交通告警距离内，若没有则执行任务模式；

航路权限判定模块，用于若存在其他无人机处在交通告警距离内，则根据优化后的航路权限规则行判定自身是否具备航路权限，若判定为具备航路权限则执行维持航向模式，并将该无人机称为告警无人机；

避碰模块，用于若判定为不具备航路权限，则对与告警无人机的相对距离值以及相对速度值进行分析后，生成基于选择性速度障碍算法的速度障碍模型，并根据所述速度障碍模型的判断执行维持航向模式，或执行转向模式触发避碰动机以防止与告警无人机之间的发生碰撞冲突；

其中，根据所述速度障碍模型的判断包括：当与所述告警无人机之间的相对速度指向速度障碍锥外，则执行维持航向模式；当于所述告警无人机之间的相对速度指向速度障碍锥内，则执行转向模式，并根据与所述告警无人机之间的相对距离执行避碰模式或紧急避碰模式。

一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

实时获取无人机集群中其他无人机的飞行位置参数以及速度矢量参数，以及自身的飞行位置参数以及速度矢量参数；

根据自身以及其他无人机的飞行位置参数以及速度矢量参数进行计算得到自身与其他无人机之间的相对距离以及相对速度值，并根据所述相对距离以及飞行位置参数进行判断是否存在其他无人机处在交通告警距离内，若没有则执行任务模式；

若存在其他无人机处在交通告警距离内，则根据优化后的航路权限规则行判定自身是否具备航路权限，若判定为具备航路权限则执行维持航向模式，并将处在告警距离内的无人机称为告警无人机；

若判定为不具备航路权限，则对与告警无人机的相对距离值以及相对速度值进行分析后，生成基于选择性速度障碍算法的速度障碍模型，并根据所述速度障碍模型的判断执行维持航向模式，或执行转向模式触发避碰动机以防止与告警无人机之间的发生碰撞冲突；

其中，根据所述速度障碍模型的判断包括：当与所述告警无人机之间的相对速度指向速度障碍锥外，则执行维持航向模式；当于所述告警无人机之间的相对速度指向速度障碍锥内，则执行转向模式，并根据与所述告警无人机之间的相对距离执行避碰模式或紧急避碰模式。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

实时获取无人机集群中其他无人机的飞行位置参数以及速度矢量参数，以及自身的飞行位置参数以及速度矢量参数；

根据自身以及其他无人机的飞行位置参数以及速度矢量参数进行计算得到自身与其他无人机之间的相对距离以及相对速度值，并根据所述相对距离以及飞行位置参数进行判断是否存在其他无人机处在交通告警距离内，若没有则执行任务模式；

若存在其他无人机处在交通告警距离内，则根据优化后的航路权限规则行判定自身是否具备航路权限，若判定为具备航路权限则执行维持航向模式，并将处在告警距离内的无人机称为告警无人机；

若判定为不具备航路权限，则对与告警无人机的相对距离值以及相对速度值进行分析后，生成基于选择性速度障碍算法的速度障碍模型，并根据所述速度障碍模型的判断执行维持航向模式，或执行转向模式触发避碰动机以防止与告警无人机之间的发生碰撞冲突；

其中，根据所述速度障碍模型的判断包括：当与所述告警无人机之间的相对速度指向速度障碍锥外，则执行维持航向模式；当于所述告警无人机之间的相对速度指向速度障碍锥内，则执行转向模式，并根据与所述告警无人机之间的相对距离执行避碰模式或紧急避碰模式。

上述二维平面下多旋翼无人机分布式飞行避碰方法和装置，通过计算自身与无人机集群中其他无人机之间的相对距离以及相对速度，再通过优化后无人机避碰流程依据相对距离和相对速度进行避碰处理，有效的提高了无人机消解碰撞冲突的能力，进一步提高在狭小空域范围内，高数量密度下的无人机避碰成功率。

附图说明

图1为一个实施例中二维平面下多旋翼无人机分布式飞行避碰方法的流程示意图；

图2为另一个实施例中二维平面下多旋翼无人机分布式飞行避碰方法的流程示意图；

图3为一个实施例中航路权限判定规则示意图；

图4为一个实施例中触发避碰模式的示意图；

图5为一个实施例中触发紧急避碰模式的示意图；

图6为一个实施例中触发悬停模式的示意图；

图7为一个实施例中距离设定标准的示意图；

图8为仿真中原始选择性速度障碍算法的数据分析示意图；

图9为仿真中改进后算法的数据分析示意图；

图10为仿真中改进后算法关于初始间平均距离的分析图示意图；

图11为无人机平台框架示意图；

图12为一个实施例中二维平面下多旋翼无人机分布式飞行避碰装置的结构框图；

图13为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

如图1和图2所示，提供了一种二维平面下多旋翼无人机分布式飞行避碰方法，包括以下步骤：

步骤S100，实时获取无人机集群中其他无人机的飞行位置参数以及速度矢量参数，以及自身的飞行位置参数以及速度矢量参数；

步骤S110，根据自身以及其他无人机的飞行位置参数以及速度矢量参数进行计算得到自身与其他无人机之间的相对距离以及相对速度值，并根据相对距离以及飞机位置参数进行判断是否存在其他无人机处在交通告警距离内，若没有则执行任务模式；

步骤S120，若存在其他无人机处在交通告警距离内，则根据优化后的航路权限规则行判定自身是否具备航路权限，若判定为具备航路权限则执行维持航向模式，并将处在告警距离内的无人机称为告警无人机；

步骤S130，若判定为不具备航路权限，则对与告警无人机的相对距离值以及相对速度值进行分析后，生成基于选择性速度障碍算法的速度障碍模型，并根据所述速度障碍模型的判断执行维持航向模式，或执行转向模式触发避碰动机以防止与告警无人机之间的发生碰撞冲突；

其中，根据速度障碍模型的判断包括：当与告警无人机之间的相对速度指向速度障碍锥外，则执行维持航向模式；当于告警无人机之间的相对速度指向速度障碍锥内，则执行转向模式，并根据与告警无人机之间的相对距离执行避碰模式或紧急避碰模式。

在步骤S100中，在无人机集群中的各单架无人机均可接收到集群内其他无人机的飞行位置参数以及速度矢量参数，这样无人机之间传输信息所需带宽小，传输速率快，通信电台发射功率低。同时通过机载飞控传感器信号获取自身的飞行位置参数以及速度矢量参数。

进一步的，飞行位置参数为中国2000大坐标系下无人机所在的经纬位置坐标信息。同样的，速度矢量参数也为中国2000大坐标系下无人机的速度矢量信息。

在步骤S110中，只需要根据接收到的飞行位置参数和速度矢量参数进行简单的数学计算，就可以得到自身无人机与其他无人机之间当前时刻的相对距离以及相对速度，其计算资源占用量小，结算速率快。

再根据计算得到的自身无人机与其他无人机之间的相对距离与交通告警距离进行比较，若相对距离小于交通告警距离，则说明对应无人机在告警范围内，需要进行避碰判断，并将处在告警范围内的无人机称为告警无人机。若没有无人机在告警范围内，则按照设定的任务路线进行执行。

在步骤S120中，对自身无人机相较于告警无人机是否具有航路权限进行判定，其中采用优化后的航路权限规则进行判定。

如图3所示，其判定的区域范围由一般的360°环向检测，缩小至面向无人机前方180°的检测范围。以自身无人机中点为原点，飞行方向为0°方向，其正前方的角度范围设置为±30°，左、右侧空域范围为30°～90°。若告警无人机在左侧30°～90°的空域范围内，则自身具备航路权限，无需采取避碰机动。若告警无人机在右侧30°～90°的空域范围内，则自身不具备航路权限，需要采取避碰机动。

进一步的，若告警无人机在正前方±30°的空域范围内，则根据与告警无人机之间的相对速度进行判定，若相对速度指向前方，则自身无人机速度大于告警无人机，将超越告警无人机，因此判定自身无人机不具备航路权限，需进行避碰机动。若相对速度指向后方，则自身无人机速度小于告警无人机，自身与告警无人机之间的相对距离将增大，因此不会发生碰撞，故继续执行任务航线的飞行。

在步骤S130中，若自身无人机不具备航路权限则根据速度障碍模型判断是否需要进行避碰。通过速度障碍模型进一步判断自身与告警无人机的响度速度是否指向速度障碍锥内，也就是说，通过度障碍模型预告自身是否会与告警无人机碰撞，若两者不会进行碰撞，则维持航向模式，若两者可能会相撞，则进入转向模式也就是避碰模式。

具体的，在该模型中将碰撞消解转换为角度数值的比较，解算并完成对碰撞冲突的消解。当无人机面对碰撞冲突时，控制无人机进行转向以消解冲突，既执行转向模式。再根据自身无人机与告警无人机之间的相对距离选择执行避碰模式或紧急避碰模式包括：当自身与告警无人机之间的相对距离大于紧急避碰距离时，如图4所示，则执行避碰模式。当自身与告警无人机之间的相对距离小于紧急避碰距离时，如图5所示，则执行紧急避碰模式。在图4和图5中，d_urgence表示紧急避碰距离，d_oi表示相对距离。

进一步的，当执行避碰模式时，以第一避碰角速率进行转向避碰。当执行紧急避碰模式时，以第二避碰角速率进行转向避碰。且第一避碰角速率小于第二避碰角速率。

具体的，对比于固定翼飞机，旋翼无人机具备小转弯半径的优势，在告警无人机距离自身无人机距离过较远时，自身无人机将采取较小的避碰角速率进行避碰；当告警无人机距离自身无人机距离过较近时，自身无人机将采取更大的避碰角速率进行避碰。

由于旋翼无人机具备悬停的能力，因此，在遇到不可消解的碰撞冲突时可进入悬停模式，规避冲突。

如图6所示(图中d_Hover表示悬停距离，Ownship表示自身无人机，Intruder表示告警无人机)，悬停模式触发条件如下：

第一种情况，若自身无人机具备航路权限，但与处在速度障碍中的告警无人机的相对距离小于悬停距离时，进入悬停飞行状态并持续检测距离变化，直至相对距离大于悬停距离，自身无人机将再次进入维持航向模式。

第二种情况，当自身无人机检测到前方处在速度障碍中的告警无人机抵达终点时，若相对距离小于悬停距离，则不论自身无人机是否具备航路权限，自身无人机均需进入悬停模式，再通过悬停模式解算出可行路径，对冲突进行消解。

在本实施例中，当存在多个告警无人机时，则通过优先级判定策略规则决定执行模式，其中优先级判定策略规则根据各所述告警无人机与自身无人机之间的最小相对距离决定执行模式，包括：

当所述最小相对距离小于等于避碰距离时，不得执行任务模式；

当所述最小相对距离大于避碰距离时，允许执行任务模式；

当所述最小相对距离大于悬停距离时，脱离悬停模式执行维持航向模式。

具体的，{d_{oi_min}≤d_avo|Pattern∈Maintain,Turn,Hover}，也就是当无人机集群内机间最小距离d_{oi_min}小于等于避碰距离d_avo时，自身无人机不得进入任务模式Mission。{d_{oi_min}>d_avo|Pattern→Mission}，也就是当且仅当d_{oi_min}大于d_avo时，自身无人机才可进入任务模式，继续飞行任务航线。{d_{oi_min}>d_hover|Pattern→Maintain}，也就是当且仅当d_{oi_min}大于悬停距离d_hover时，我自身人机才可脱离悬停模式Hover进入维持航向模式Maintain继续飞行，(若告警无人机此时已抵达终点或处于悬停状态，则进入悬停模式的自身无人机将向右侧机动，寻找安全路径)。

在本实施例中，对于自身无人机与其他无人机之间的交通告警距离，以及与告警无人机之间避碰距离、紧急避碰距离以及悬停距离均根据自身与对应无人机之间的相对速度值计算得到，而各距离设定标准如图7所示。

需要说明的是，无人机是实时获取所在无人机集群中其他无人机的飞行位置参数以及速度矢量参数，对相对距离以及相对速度进行实时检测，判断是否需要进行避碰处理。

结合Python语言，利用PC端的Anaconda环境对本方法进行仿真实验，在空域为200m*200m的范围内，均匀设置无人机机群内无人机的初始位置，机群内含有无人机4-36架，机群内无人机速度随机设定在1-3m/s的区间内，无人机终点位置在空域范围内随机设定。

启动仿真程序后，无人机将向任务点方向飞行，在飞行过程中调用避碰算法，实时检测碰撞并对冲突进行消解，直至抵达终点位置，每组实验运行10³次。原始选择性速度障碍算法避碰仿真结果如图8、表1所示，具体实验数据如图9、表2所示，平均距离对于碰撞次数的散点图如图10所示，实验中对于单架次无人机遍历无人机集群内所有无人机单元所需时间如表3所示。

表1

表2

表3：改进后算法关于单次运行时间可行性分析图表

上述二维平面下多旋翼无人机分布式飞行避碰方法中，通过计算无人机之间的相对距离以及相对速度，根据相对距离与无人机相对速度值进行分析，生成基于选择性速度障碍算法的速度障碍模型，在对选择性速度障碍算法引入新型距离判定规则和优先级判定策略规则，根据优化后的航路权限判定模块以及优先等级对其进行分析判定，并且在选择性速度障碍算法的三种飞行模式的基础上，引入紧急避碰模式和悬停模式，在符合避碰条件时，对机载飞控下达指令实施避碰机动。并通过仿真实验证明该方法显著提高无人机消解碰撞冲突的能力，进一步提高在狭小空域范围内，高数量密度下的无人机集群避碰成功率。该算法在面对各种突发情况时具有良好的处理能力，且在各种规则下减少了碰壁机动的生成。并且在二维平面的基础上，对三维空间下的无人机避碰进行分析，对其三个不同方向进行投影，将其简化为三个二维平面，以水平方向速度的改变量以及高度变化为返回值，以此消解冲突。同时，该方法还可以用于三维空间中。

应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

如图11所示，根据本方法还提供了一种实施该方法的无人机平台，该无人机平台包括飞控模块、导航模块、机载计算机以及通信模块；

其中在所述机载计算机中实施二维平面下多旋翼无人机分布式飞行避碰防范。无人机平台利用通信装置收发消解冲突所需参数，导航模块以及飞控模块提供无人机平台自身参数信息，机载计算机获取上述参数并进行解算，机载计算机输出值传递至飞控模块，飞控模块对输出值做出响应。

在一个实施例中，如图12所示，提供了一种二维平面下多旋翼无人机分布式飞行避碰装置，包括：参数获取模块200、交通告警模块210、航路权限判定模块220和避碰模块230，其中：

参数获取模块200，用于实时获取无人机集群中其他无人机的飞行位置参数以及速度矢量参数，以及自身的飞行位置参数以及速度矢量参数；

交通告警模块210，用于根据自身以及其他无人机的飞行位置参数以及速度矢量参数进行计算得到自身与其他无人机之间的相对距离以及相对速度值，并根据所述相对距离以及飞行位置参数进行判断是否存在其他无人机处在交通告警距离内，若没有则执行任务模式；

航路权限判定模块220，用于若存在其他无人机处在交通告警距离内，则根据优化后的航路权限规则行判定自身是否具备航路权限，若判定为具备航路权限则执行维持航向模式，并将处在告警距离内的无人机称为告警无人机；

避碰模块230，用于若判定为不具备航路权限，则对与告警无人机的相对距离值以及相对速度值进行分析后，生成基于选择性速度障碍算法的速度障碍模型，并根据所述速度障碍模型的判断执行维持航向模式，或执行转向模式触发避碰动机以防止与告警无人机之间的发生碰撞冲突；

其中，根据所述速度障碍模型的判断包括：当与所述告警无人机之间的相对速度指向速度障碍锥外，则执行维持航向模式；当于所述告警无人机之间的相对速度指向速度障碍锥内，则执行转向模式，并根据与所述告警无人机之间的相对距离执行避碰模式或紧急避碰模式。

关于二维平面下多旋翼无人机分布式飞行避碰装置的具体限定可以参见上文中对于二维平面下多旋翼无人机分布式飞行避碰方法的限定，在此不再赘述。上述二维平面下多旋翼无人机分布式飞行避碰装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图13所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种二维平面下多旋翼无人机分布式飞行避碰方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本领域技术人员可以理解，图13中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

实时获取无人机集群中其他无人机的飞行位置参数以及速度矢量参数，以及自身的飞行位置参数以及速度矢量参数；

根据自身以及其他无人机的飞行位置参数以及速度矢量参数进行计算得到自身与其他无人机之间的相对距离以及相对速度值，并根据所述相对距离以及飞行位置参数进行判断是否存在其他无人机处在交通告警距离内，若没有则执行任务模式；

若存在其他无人机处在交通告警距离内，则根据优化后的航路权限规则行判定自身是否具备航路权限，若判定为具备航路权限则执行维持航向模式，并将处在告警距离内的无人机称为告警无人机；

若判定为不具备航路权限，则对与告警无人机的相对距离值以及相对速度值进行分析后，生成基于选择性速度障碍算法的速度障碍模型，并根据所述速度障碍模型的判断执行维持航向模式，或执行转向模式触发避碰动机以防止与告警无人机之间的发生碰撞冲突；

其中，根据所述速度障碍模型的判断包括：当与所述告警无人机之间的相对速度指向速度障碍锥外，则执行维持航向模式；当于所述告警无人机之间的相对速度指向速度障碍锥内，则执行转向模式，并根据与所述告警无人机之间的相对距离执行避碰模式或紧急避碰模式。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

实时获取无人机集群中其他无人机的飞行位置参数以及速度矢量参数，以及自身的飞行位置参数以及速度矢量参数；

根据自身以及其他无人机的飞行位置参数以及速度矢量参数进行计算得到自身与其他无人机之间的相对距离以及相对速度值，并根据所述相对距离以及飞行位置参数进行判断是否存在其他无人机处在交通告警距离内，若没有则执行任务模式；

若存在其他无人机处在交通告警距离内，则根据优化后的航路权限规则行判定自身是否具备航路权限，若判定为具备航路权限则执行维持航向模式，并将处在告警距离内的无人机称为告警无人机；

若判定为不具备航路权限，则对与告警无人机的相对距离值以及相对速度值进行分析后，生成基于选择性速度障碍算法的速度障碍模型，并根据所述速度障碍模型的判断执行维持航向模式，或执行转向模式触发避碰动机以防止与告警无人机之间的发生碰撞冲突；

其中，根据所述速度障碍模型的判断包括：当与所述告警无人机之间的相对速度指向速度障碍锥外，则执行维持航向模式；当于所述告警无人机之间的相对速度指向速度障碍锥内，则执行转向模式，并根据与所述告警无人机之间的相对距离执行避碰模式或紧急避碰模式。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.二维平面下多旋翼无人机分布式飞行避碰方法，其特征在于，所述方法包括：

实时获取无人机集群中其他无人机的飞行位置参数以及速度矢量参数，以及自身的飞行位置参数以及速度矢量参数；

根据自身以及其他无人机的飞行位置参数以及速度矢量参数进行计算得到自身与其他无人机之间的相对距离以及相对速度值，并根据所述相对距离以及飞行位置参数进行判断是否存在其他无人机处在交通告警距离内，若没有则执行任务模式；

若存在其他无人机处在交通告警距离内，则根据优化后的航路权限规则行判定自身是否具备航路权限，若判定为具备航路权限则执行维持航向模式，并将处在告警距离内的无人机称为告警无人机；

若判定为不具备航路权限，则对与告警无人机的相对距离值以及相对速度值进行分析后，生成基于选择性速度障碍算法的速度障碍模型，并根据所述速度障碍模型的判断执行维持航向模式，或执行转向模式触发避碰动机以防止与告警无人机之间的发生碰撞冲突；

其中，根据所述速度障碍模型的判断包括：当与所述告警无人机之间的相对速度指向速度障碍锥外，则执行维持航向模式；当于所述告警无人机之间的相对速度指向速度障碍锥内，则执行转向模式，并根据与所述告警无人机之间的相对距离执行避碰模式或紧急避碰模式。

2.根据权利要求1所述的二维平面下多旋翼无人机分布式飞行避碰方法，其特征在于，所述飞行位置参数为无人机所在的经纬位置坐标信息。

3.根据权利要求1所述的二维平面下多旋翼无人机分布式飞行避碰方法，其特征在于，所述根据优化后的航路权限规则行判定包括：

以自身无人机中点为原点，飞行方向为0°方向，其正前方的角度范围设置为±30°，左、右侧空域范围为30°～90°；

若所述告警无人机在左侧30°～90°的空域范围内，则自身具备航路权限；

若所述告警无人机在右侧30°～90°的空域范围内，则自身不具备航路权限；

若所述告警无人机在正前方±30°的空域范围内，则根据与告警无人机之间的相对速度进行判定，若相对速度指向前方，则自身不具备航路权限；若相对速度指向后方，则自身具备航路权限。

4.根据权利要求1所述的二维平面下多旋翼无人机分布式飞行避碰方法，其特征在于，根据与所述告警无人机之间的相对距离执行避碰模式或紧急避碰模式包括：

当自身与所述告警无人机之间的相对距离大于紧急避碰距离时，则执行避碰模式；

当自身与所述告警无人机之间的相对距离小于紧急避碰距离时，则执行紧急避碰模式。

5.根据权利要求4所述的二维平面下多旋翼无人机分布式飞行避碰方法，其特征在于，当执行避碰模式时，以第一避碰角速率进行转向避碰；

当执行紧急避碰模式时，以第二避碰角速率进行转向避碰；

所述第一避碰角速率小于第二避碰角速率。

6.根据权利要求5所述的二维平面下多旋翼无人机分布式飞行避碰方法，其特征在于，

当自身具备航路权限时，但与所述告警无人机之间的相对距离小于悬停距离时，生成速度障碍锥模型，若此时相对速度指向速度障碍锥内部，则执行悬停模式，直至相对距离大于悬停距离时，再切换执行维持航向模式；

当所述告警无人机处在自身前方并已到达终点，且与该告警无人机之间的相对距离小于悬停距离时，生成速度障碍锥模型，若此时相对速度指向速度障碍锥内部，则执行悬停模式，直至解算出新可行路径。

7.根据权利要求6所述的二维平面下多旋翼无人机分布式飞行避碰方法，其特征在于，当存在多个告警无人机时，则通过优先级判定策略规则决定执行模式，其中所述优先级判定策略规则根据各所述告警无人机与自身无人机之间的最小相对距离决定执行模式。

8.根据权利要求7所述的二维平面下多旋翼无人机分布式飞行避碰方法，其特征在于，所述通过各所述告警无人机与自身无人机之间的最小相对距离决定自身执行模式包括：

当所述最小相对距离小于等于避碰距离时，不得执行任务模式；

当所述最小相对距离大于避碰距离时，允许执行任务模式；

当所述最小相对距离大于悬停距离时，脱离悬停模式执行维持航向模式。

9.根据权利要求8所述的二维平面下多旋翼无人机分布式飞行避碰方法，其特征在于，所述交通告警距离、避碰距离、紧急避碰距离以及悬停距离均根据自身与其他无人机之间的相对速度值计算得到。

10.二维平面下多旋翼无人机分布式飞行避碰装置，其特征在于，所述装置包括：

参数获取模块，用于实时获取无人机集群中其他无人机的飞行位置参数以及速度矢量参数，以及自身的飞行位置参数以及速度矢量参数；

交通告警模块，用于根据自身以及其他无人机的飞行位置参数以及速度矢量参数进行计算得到自身与其他无人机之间的相对距离以及相对速度值，并根据所述相对距离进行判断是否存在其他无人机处在交通告警距离内，若没有则执行任务模式；

航路权限判定模块，用于若存在其他无人机处在交通告警距离内，则根据优化后的航路权限规则行判定自身是否具备航路权限，若判定为具备航路权限则执行维持航向模式，并将该无人机称为告警无人机；

避碰模块，用于若判定为不具备航路权限，则对与告警无人机的相对距离值以及相对速度值进行分析后，生成基于选择性速度障碍算法的速度障碍模型，并根据所述速度障碍模型的判断执行维持航向模式，或执行转向模式触发避碰动机以防止与告警无人机之间的发生碰撞冲突；

其中，根据所述速度障碍模型的判断包括：当与所述告警无人机之间的相对速度指向速度障碍锥外，则执行维持航向模式；当于所述告警无人机之间的相对速度指向速度障碍锥内，则执行转向模式，并根据与所述告警无人机之间的相对距离执行避碰模式或紧急避碰模式。

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