CN114995520B - 一种无人机协同防御控制方法、电子设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无人机协同防御控制方法、电子设备及介质，涉及无人机技术领域，该方法包括：获取防御区域的电子地图，基于授权无人机周边的探测信息实时确定飞行路径，控制授权无人机在避障前提下飞行至距离最近的重叠覆盖区域后，控制每个察打一体设备发射欺骗干扰信号；控制无人机编队进入途径区域后，控制目标察打一体设备发射射频干扰信号，在目标察打一体设备停止发射射频干扰信号后，控制无人机编队飞行至目标区域，直至对防御区域中的全部黑飞无人机进行防御干扰；本发明通过联合地面的察打一体设备和空中的授权无人机进行协同防御，能在避免对授权无人机伤害的前提下，将防御区域的黑飞无人机进行清理。
Description
技术领域
本发明涉及但不限于无人机技术领域，尤其涉及一种无人机协同防御控制方法、电子设备及介质。
背景技术
随着民用无人机的广泛应用，无人机“黑飞”时常干扰正常的空中秩序，需要应对低空空域安全威胁，对“低慢小”黑飞无人机进行管控。
现有技术中，常用的反无人机系统主要包括物理攻击、强压制干扰和导航诱骗三种类型，其中物理攻击的成本高、难度大，且容易造成地面附带伤害；强压干扰主要是采用发射强电磁信号干扰无人机与其地面控制站之间的数据链路以使其失去控制，这种方法的成本比较低，但是强电磁信号会对周围环境造成电磁污染；导航诱骗是通过天线将大于真实导航卫星信号的虚假导航卫星信号发射出去，遮断真实的卫星导航信号，使得无人机接收到虚假的导航信号，从而对其飞行状态进行控制。
察打一体设备是一种结合信号探测和干扰的反无人机系统，然而，当使用察打一体设备对黑飞无人机进行防御时，如果黑飞无人机和正常执行任务的无人机处于同一区域中，不合理的反制方式也会对正常执行任务的无人机造成干扰，影响白名单中无人机的正常工作。
因此，有必要对现有的无人机反制方式进行改进，能在避免对授权无人机伤害的前提下，将防御区域的黑飞无人机进行清理。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本发明实施例提供了一种无人机协同防御控制方法、电子设备及介质，能在避免对白名单中无人机造成伤害的前提下，将防御区域的黑飞无人机进行清理。
第一方面，本发明实施例提供了一种无人机协同防御控制方法，包括：
步骤S100，获取防御区域的电子地图；其中，所述防御区域设置有多个察打一体设备，每个所述察打一体设备具有对应的子区域，全部所述察打一体设备的子区域覆盖所述防御区域；所述电子地图以栅格形式展示有每个察打一体设备对应的子区域、子区域中的独立覆盖区域和子区域中的重叠覆盖区域；
步骤S200，当确定所述防御区域对应的任一察打一体设备探测到无人机时，确定所述无人机是授权无人机，还是黑飞无人机；
步骤S300，获取所述授权无人机周边的探测信息，基于所述探测信息实时确定所述授权无人机的飞行路径，控制所述授权无人机沿所述飞行路径飞行，以使所述授权无人机在避障前提下飞行至距离最近的重叠覆盖区域；
步骤S400，将同一重叠覆盖区域中的各个授权无人机形成无人机编队，保持所述无人机编队的位置不变，控制每个所述察打一体设备持续发射第一时长的GNSS诱骗导航信号；
步骤S500，获取所述防御区域对应的察打一体设备在第二时长内探测到的探测信号，基于所述探测信号确定当前区域至各个可选区域的综合干扰代价，将综合干扰代价最低的可选区域作为所述无人机编队的目标区域；其中，所述当前区域为所述无人机编队所在的重叠覆盖区域，所述可选区域为当前区域周边的重叠覆盖区域，所述综合干扰代价用于表征所述无人机编队从所述当前区域飞行至目标区域的过程中黑飞无人机的干扰代价；
步骤S600，控制无人机编队从所述当前区域进入途径区域后，控制目标察打一体设备发射第三时长的射频干扰信号，并在所述目标察打一体设备停止发射射频干扰信号后，控制所述无人机编队飞行至所述目标区域；其中，所述途径区域为所述无人机编队从所述当前区域飞行至目标区域途径的独立覆盖区域，所述目标察打一体设备为除去所述途径区域对应的察打一体设备后剩余的察打一体设备；
步骤S700，若确定所述防御区域依然存在黑飞无人机，则将所述目标区域作为当前区域，并执行步骤S500和步骤S600，直至对所述防御区域中的全部黑飞无人机进行防御干扰。
在一些实施例中，步骤S300中，所述获取所述授权无人机周边的探测信息，基于所述探测信息实时确定所述授权无人机的飞行路径，控制所述授权无人机沿所述飞行路径飞行，以使所述授权无人机在避障前提下飞行至距离最近的重叠覆盖区域，包括：
步骤S310，基于各个授权无人机反馈的应答信号中的GNSS坐标信息将各个授权无人机投影在所述电子地图中的对应位置；
步骤S320，获取所述授权无人机周边的探测信息，基于所述探测信息确定所述授权无人机与视距范围内其他无人机的相对距离；其中，所述探测信息包含图像信息和距离信息；
步骤S330，将所述授权无人机视距范围内其他无人机中的授权无人机作为邻居无人机，将所述邻居无人机的GNSS坐标信息作为所述邻居无人机的投影坐标；基于所述邻居无人机的投影坐标将所述邻居无人机投影到所述电子地图中对应的栅格；
步骤S340，根据所述授权无人机的GNSS坐标信息与所述邻居无人机的GNSS坐标信息计算得到实际距离；计算所述相对距离和实际距离的差值，作为所述授权无人机与所述邻居无人机的距离偏差；基于所述距离偏差对所述授权无人机与视距范围内黑飞无人机的相对距离进行校正，得到所述黑飞无人机的校正距离；基于所述授权无人机的GNSS坐标信息和所述黑飞无人机的校正距离得到所述黑飞无人机的投影坐标；基于所述黑飞无人机的投影坐标将所述黑飞无人机投影到所述电子地图中对应的栅格；
步骤S350，基于所述授权无人机对应的栅格与所述邻居无人机对应的栅格确定第一位置信息，基于所述授权无人机对应的栅格与所述黑飞无人机对应的栅格确定第二位置信息；
步骤S360，确定所述授权无人机周边的重叠覆盖区域中距离所述授权无人机所在栅格最近的栅格，作为目标栅格，基于所述授权无人机所在栅格和所述目标栅格确定第三位置信息；
步骤S370，基于所述第一位置信息、第二位置信息和第三位置信息实时确定所述授权无人机的合力，基于所述合力控制所述授权无人机飞行至所述目标栅格所在的重叠覆盖区域。
在一些实施例中，步骤S370中，所述基于所述第一位置信息、第二位置信息和第三位置信息实时确定所述授权无人机的合力，包括：
确定每个邻居无人机所在的栅格，将存在邻居无人机的栅格作为邻居栅格，对每个所述邻居栅格进行编号，得到m个邻居栅格；其中，第一距离阈值内邻居无人机的总数为m1，第一距离阈值外邻居无人机的总数为m2，m＝m1+m2；
根据以下公式计算得到各个邻居栅格对所述授权无人机的作用力：
确定每个黑飞无人机所在的栅格，将存在黑飞无人机的栅格作为黑飞栅格，对每个所述黑飞栅格进行编号，得到n个黑飞栅格；
根据以下公式计算得到第二距离阈值内各个黑飞栅格对所述授权无人机的斥力：
根据以下公式计算得到所述授权无人机与目标栅格的吸力：
F3＝k3×d3；
根据以下公式计算得到所述授权无人机的合力：
其中，d1为第一距离阈值，d2为第二距离阈值，m为第一距离阈值内邻居栅格的总数，d1i为所述授权无人机对应的栅格与第i个邻居栅格确定的第一位置信息，F1为各个邻居栅格对所述授权无人机的作用力；n为第二距离阈值内黑飞栅格的总数，d2j为所述授权无人机对应的栅格与第j个黑飞栅格确定的第二位置信息，F2为各个黑飞栅格对所述授权无人机的斥力；d3为所述授权无人机对应的栅格与目标栅格确定的第三位置信息，F3为所述授权无人机与目标栅格的吸力，k1、k2、k3为控制因子，▽d1i为在距授权无人机d1i处的梯度，▽d2j为在距授权无人机d2j处的梯度；Flimit表示无人机的驱动力截止值，Ftotal表示授权无人机的合力。
在一些实施例中，步骤S500中，所述基于所述探测信号确定当前区域至各个可选区域的综合干扰代价，将综合干扰代价最低的可选区域作为所述无人机编队的目标区域，包括：
基于所述探测信号确定每个途径区域对应的第一干扰代价，基于所述探测信号确定每个可选区域对应的第二干扰代价，基于当前区域至各个可选区域的干扰代价确定综合干扰代价，将综合干扰代价最低的可选区域作为所述无人机编队的目标区域；其中，所述综合干扰代价为所述无人机编队从所述当前区域飞行至目标区域的第一干扰代价和第二干扰代价之和；所述第一干扰代价为每个途径区域对应的干扰代价，所述第二干扰代价为每个可选区域对应的干扰代价。
在一些实施例中，所述基于所述探测信号确定每个途径区域对应的第一干扰代价，包括：
步骤S511，基于所述探测信号确定每个所述独立覆盖区域中黑飞无人机的当前数量、当前位置和飞行速度，基于所述黑飞无人机的当前位置和飞行速度预测下一时刻每个所述独立覆盖区域中黑飞无人机的预测数量；
步骤S512，基于每个所述独立覆盖区域中黑飞无人机的当前数量和预测数量的比值确定第一比值；
步骤S513，将所述第一比值与所述独立覆盖区域中黑飞无人机的当前数量相乘，得到第一干扰代价。
在一些实施例中，所述基于所述探测信号确定每个可选区域对应的第二干扰代价，包括：
步骤S521，基于所述探测信号确定每个所述重叠覆盖区域中黑飞无人机的当前数量和授权无人机的当前数量，将黑飞无人机的当前数量和授权无人机的当前数量之差作为数量差值；
步骤S522，基于所述黑飞无人机的当前位置和飞行速度预测下一时刻每个所述重叠覆盖区域中黑飞无人机的预测数量；
步骤S523，基于每个所述重叠覆盖区域中黑飞无人机的当前数量和预测数量的比值确定第二比值；
步骤S524，将所述第二比值与所述数量差值相乘，得到第二干扰代价。
第二方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面所述的无人机协同防御控制方法。
第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如第一方面所述的无人机协同防御控制方法。
本发明实施例包括：获取防御区域的电子地图；当确定所述防御区域对应的任一察打一体设备探测到无人机时，确定所述无人机是授权无人机，还是黑飞无人机；获取所述授权无人机周边的探测信息，基于所述探测信息实时确定所述授权无人机的飞行路径，控制所述授权无人机沿所述飞行路径飞行，以使所述授权无人机在避障前提下飞行至距离最近的重叠覆盖区域；将同一重叠覆盖区域中的各个授权无人机形成无人机编队，保持所述无人机编队的位置不变，控制每个所述察打一体设备持续发射第一时长的GNSS诱骗导航信号；获取所述防御区域对应的察打一体设备在第二时长内探测到的探测信号，基于所述探测信号确定当前区域至各个可选区域的综合干扰代价，将综合干扰代价最低的可选区域作为所述无人机编队的目标区域；控制无人机编队从所述当前区域进入途径区域后，控制目标察打一体设备发射第三时长的射频干扰信号，并在所述目标察打一体设备停止发射射频干扰信号后，控制所述无人机编队飞行至所述目标区域；若确定所述防御区域依然存在黑飞无人机，则将所述目标区域作为当前区域，直至对所述防御区域中的全部黑飞无人机进行防御干扰。
本发明实施例通过将分散的授权无人机集中起来，形成无人机编队，能够提高授权无人机规避干扰的效率。在无人机编队进入途径区域后，才控制所述目标察打一体设备发射射频干扰信号，避免在控制所述目标察打一体设备发射射频干扰信号时，对无人机编队造成信号干扰，造成误伤。通过联合地面的察打一体设备和空中的授权无人机进行协同防御，能在避免对授权无人机伤害的前提下，将防御区域的黑飞无人机进行清理。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1是本发明实施例中的一种无人机协同防御控制方法的流程示意图；
图2是本发明实施例中电子地图的局部示意图；
图3是本发明另一个实施例提供的电子设备的结构图。
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，以下结合附图及实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书、权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
如图1和图2所示，图1是本发明一个实施例提供的一种无人机协同防御控制方法的流程图，在该方法中，包括但不限于有以下步骤：
步骤S100，获取防御区域的电子地图；其中，所述防御区域设置有多个察打一体设备，每个所述察打一体设备具有对应的子区域，全部所述察打一体设备的子区域覆盖所述防御区域；所述电子地图以栅格形式展示有每个察打一体设备对应的子区域、子区域中的独立覆盖区域、交叉覆盖区域和重叠覆盖区域；所述独立覆盖区域为子区域中只对应1个察打一体设备的区域，所述交叉覆盖区域为子区域中对应2个察打一体设备的区域，所述重叠覆盖区域为子区域中对应3个或3个以上察打一体设备的区域；
需要说明的是，所述察打一体设备包括探测模块和干扰模块，探测模块通过发送无人机频段的无线电探测信号，对子区域的无人机进行信号探测；干扰模块通过发射GNSS诱骗导航信号、射频干扰信号对子区域的无人机进行信号干扰，以诱骗黑飞无人机至指定位置，达到对防御区域的黑飞无人机进行防御控制目的。
在一些实施例中，探测区域的电子地图预先设置，每个察打一体设备具有对应的子区域，相邻察打一体设备对应的子区域会存在部分重叠，将子区域中只对应1个察打一体设备的区域作为独立覆盖区域，将子区域中对应2个察打一体设备的区域作为交叉覆盖区域，将子区域中对应3个或3个以上察打一体设备的区域作为重叠覆盖区域，全部所述察打一体设备的子区域覆盖整个防御区域，在部署察打一体设备时，已经测量并确定每个察打一体设备对应的子区域、子区域中的独立覆盖区域、交叉覆盖区域和重叠覆盖区域，并生成具有坐标信息的电子地图；用户通过在所述电子地图中设置探测区域的部分区域作为防御区域；此外，本实施例中提供方法针对的是低空环境中的无人机防御，因此，可忽略无人机飞行高度的影响。在一些实施例中，多个察打一体设备分别连接电子设备，由所述电子设备执行本实施例方法对应的步骤。
步骤S200，当确定所述防御区域对应的任一察打一体设备探测到无人机时，确定所述无人机是授权无人机，还是黑飞无人机；
具体地，确定防御区域对应的全部察打一体设备，获取防御区域对应的察打一体设备探测到的无线电探测信号，以确定防御区域对应的察打一体设备是否探测到无人机，当防御区域对应的任一察打一体设备探测到无人机时，通过发送秘钥信号对无人机的身份进行验证，通过在授权无人机中预先存储与所述秘钥信号对应的密码，授权无人机根据对应的密码进行解密，解密后的无人机反馈应答信号，从而被对应子区域的察打一体设备接收，察打一体设备接收到应答信号后反馈给电子设备，通过电子设备将反馈应答信号的无人机标记为授权无人机，将没有反馈应答信号的无人机标记为黑飞无人机；在一些实施例中，防御区域对应的多个察打一体设备分别持续发送秘钥信号，从而对防御区域中的无人机持续进行身份验证，避免因环境遮挡、或位置变化等因素导致部分无人机在某些时段反馈应答信号不及时而被误判为黑飞无人机。
步骤S300，获取所述授权无人机周边的探测信息，基于所述探测信息实时确定所述授权无人机的飞行路径，控制所述授权无人机沿所述飞行路径飞行，以使所述授权无人机在避障前提下飞行至距离最近的重叠覆盖区域；其中，所述探测信息包含所述授权无人机视距范围内的第一位置信息和第二位置信息，所述第一位置信息用于指示所述授权无人机与邻居授权无人机的相对距离，所述邻居授权无人机为所述授权无人机在视距范围内的另一授权无人机，所述第二位置信息用于指示所述授权无人机在视距范围内与黑飞无人机的相对距离；
本步骤中，基于所述授权无人机视距范围内的第一位置信息和第二位置信息实时确定所述授权无人机的飞行路径，使得所述授权无人机在避障前提下飞行至距离最近的重叠覆盖区域。
步骤S400，将同一重叠覆盖区域中的各个授权无人机形成无人机编队，保持所述无人机编队的位置不变，控制每个所述察打一体设备持续发射第一时长的GNSS诱骗导航信号；其中，所述GNSS诱骗导航信号用于诱导黑飞无人机飞行到指定位置；
需要说明的是，所述GNSS诱骗导航信号为根据所述飞行路径生成的虚假GNSS导航路径信息；在一些实施例中，一些黑飞无人机具备一键返航功能，黑飞无人机被GNSS诱骗干扰后，会按原路径返航；可以理解，发射GNSS诱骗导航信号的第一时长需要保证能够对防御区域的无人机形成GNSS诱骗干扰，以将所述防御区域中的部分黑飞无人机沿飞行路径诱骗到指定位置，并能够给具备一键返航功能的黑飞无人机足够的时间发现被GNSS诱骗干扰，在一些实施例中，所述第一时长大于10分钟。
GNSS(Global Navigation Satellite System)是全球导航卫星系统的简称，为星基无线电导航系统。以人造地球卫星作为导航台，为全球海陆空的各类军民载体提供位置、速度和时间信息。常见的系统有GPS（Global Positioning System，全球定位系统）、GLONASS格洛纳斯定位系统、BDS（BeiDou Navigation Satellite System，北斗卫星导航系统）、GALILEO伽利略卫星导航系统等。GNSS诱骗导航的主要原理就是向无人机的控制系统发送虚假的地理位置坐标，从而控制导航系统，诱导无人机飞向错误的地点。GNSS信号可以由发生器来产生，也可以是事先录制然后重放。由于无人机接收GNSS信号总是以信号最强的信号源为准，因此在察打一体设备设置的GNSS诱骗导航信号只要强度足够大，就可以覆盖真正的从太空中传来的GNSS信号，从而欺骗黑飞无人机的GNSS接收模块，使黑飞无人机以GNSS诱骗导航信号作为其定位依据,间接获得黑飞无人机的飞行控制权，诱导其降落至指定位置。
本实施例中，在确定好无人机编队后，控制所述目标察打一体设备发射GNSS诱骗导航信号，以对所述防御区域中的黑飞无人机进行GNSS诱骗干扰，通过发射GNSS诱骗导航信号影响黑飞无人机的GNSS信号接收机，使黑飞无人机自身无法获得足够精确的坐标数据，致使其无法正常航行，从而达到反制黑飞无人机的目的。
需要说明的是，在一些实施例中，由于无人机编队处于重叠覆盖区域中，可以通过采用到达时间差算法确定无人机的坐标，具体地，确定无人机编队所在的重叠覆盖区域对应的至少3个察打一体设备，从发送秘钥信号到接收应答信号的时长，分别得到多个察打一体设备和重叠覆盖区域中授权无人机对应的距离值，通过多个距离值即可确定该授权无人机的测量坐标。由于能够确定重叠覆盖区域中授权无人机的测量坐标，即使在GNSS拒止环境中，也能保持所述无人机编队的位置不变，并实现对无人机编队的定位，不会失去对无人机编队的控制。
步骤S500，获取所述防御区域对应的察打一体设备在第二时长内探测到的探测信号，基于所述探测信号确定当前区域至各个可选区域的综合干扰代价，将综合干扰代价最低的可选区域作为所述无人机编队的目标区域；其中，所述当前区域为所述无人机编队所在的重叠覆盖区域，所述可选区域为当前区域周边的重叠覆盖区域，所述综合干扰代价用于表征所述无人机编队从所述当前区域飞行至目标区域的过程中黑飞无人机的干扰代价；
需要说明的是，本步骤对各个黑飞无人机进行探测，形成设定的时长内的探测信号，在第二时长内能够探测当前区域至各个可选区域中黑飞无人机的数量和飞行趋势，基于探测信号评估无人机编队从所述当前区域飞行至目标区域的过程中黑飞无人机的干扰代价，在一些实施例中，所述第二时长大于10分钟。
步骤S600，控制无人机编队从所述当前区域进入途径区域后，控制目标察打一体设备发射第三时长的射频干扰信号，并在所述目标察打一体设备停止发射射频干扰信号后，控制所述无人机编队飞行至所述目标区域；其中，所述途径区域为所述无人机编队从所述当前区域飞行至目标区域途径的独立覆盖区域，所述目标察打一体设备为除去所述途径区域对应的察打一体设备后剩余的察打一体设备；
需要说明的是，本步骤通过控制目标察打一体设备发射第三时长的射频干扰信号，干扰黑飞无人机自控系统，切断黑飞无人机与其对应的地面控制中心的数据联接或无线电通讯，致使其无法飞行，导致坠毁、迫降或返航。第三时长应保证足够的持续时间，以对干扰区域中的黑飞无人机进行防御干扰，在一些实施例中，所述第三时长大于20分钟。
还需要说明的是，由于黑飞无人机和授权无人机可能采用同频段进行通信，目标察打一体设备发射的射频干扰信号也有可能会对授权无人机的控制造成干扰，本实施例中，将分散的授权无人机集中起来，形成无人机编队，由于无人机编队中的各个授权无人机之间通信连接，能够实时共享路径信息，以无人机编队的形式便于整体协调管理，能够提高无人机编队的飞行效率。在无人机编队进入所述途径区域后，才控制所述目标察打一体设备发射射频干扰信号，避免在控制所述目标察打一体设备发射射频干扰信号时，对无人机编队造成信号干扰，造成误伤。
步骤S700，若确定所述途径区域依然存在黑飞无人机，则将所述目标区域作为当前区域，并执行步骤S500和步骤S600，直至对所述防御区域中的全部黑飞无人机进行防御干扰。
需要说明的是，本步骤中，所述无人机编队朝目标区域飞行，当所述无人机编队离开所述当前区域后，途径区域所对应的察打一体设备尚不能发射射频干扰信号，以免对所述无人机编队造成信号干扰；在无人机编队处于所述途径区域时，未对途径区域中的黑飞无人机进行防御干扰，预留一段时间让所述途径区域中的黑飞无人机远离防御区域，在无人机编队抵达所述目标区域后，如果防御区域中依然存在黑飞无人机，则将所述目标区域作为当前区域，并执行步骤S500和步骤S600，直至对所述防御区域中的全部黑飞无人机进行防御干扰。
本申请提供的实施例中，通过联合地面的察打一体设备和空中的授权无人机进行协同防御，能在避免对授权无人机伤害的前提下，将防御区域的黑飞无人机进行清理。
另外，在一实施例中，步骤S300中，所述获取所述授权无人机周边的探测信息，基于所述探测信息实时确定所述授权无人机的飞行路径，控制所述授权无人机沿所述飞行路径飞行，以使所述授权无人机在避障前提下飞行至距离最近的重叠覆盖区域，包括：
步骤S310，基于各个授权无人机反馈的应答信号中的GNSS坐标信息将各个授权无人机投影在所述电子地图中的对应位置；
步骤S320，获取所述授权无人机周边的探测信息，基于所述探测信息确定所述授权无人机与视距范围内其他无人机的相对距离；其中，所述探测信息包含图像信息和距离信息；
具体地，授权无人机可通过自身携带的视觉传感器和距离传感器来探测周边的授权无人机和黑飞无人机的相对距离；
步骤S330，将所述授权无人机视距范围内其他无人机中的授权无人机作为邻居无人机，将所述邻居无人机的GNSS坐标信息作为所述邻居无人机的投影坐标；基于所述邻居无人机的投影坐标将所述邻居无人机投影到所述电子地图中对应的栅格；
步骤S340，根据所述授权无人机的GNSS坐标信息与所述邻居无人机的GNSS坐标信息计算得到实际距离；计算所述相对距离和实际距离的差值，作为所述授权无人机与所述邻居无人机的距离偏差；基于所述距离偏差对所述授权无人机与视距范围内黑飞无人机的相对距离进行校正，得到所述黑飞无人机的校正距离；基于所述授权无人机的GNSS坐标信息和所述黑飞无人机的校正距离得到所述黑飞无人机的投影坐标；基于所述黑飞无人机的投影坐标将所述黑飞无人机投影到所述电子地图中对应的栅格；
本步骤中，由于相对距离可能存在一定的误差，将黑飞无人机投影到所述电子地图中对应的栅格时，需要进行位置校准，以保证授权无人机避障的准确性。
步骤S350，基于所述授权无人机对应的栅格与所述邻居无人机对应的栅格确定第一位置信息，基于所述授权无人机对应的栅格与所述黑飞无人机对应的栅格确定第二位置信息；
本实施例中，确定所述授权无人机与视距范围内其他无人机为邻居无人机还是黑飞无人机后，基于所述邻居无人机在所述电子地图中的对应位置确定第一位置信息，基于所述相对距离确定第二位置信息；
步骤S360，确定所述授权无人机周边的重叠覆盖区域中距离所述授权无人机所在栅格最近的栅格，作为目标栅格，基于所述授权无人机所在栅格和所述目标栅格确定第三位置信息；
步骤S370，基于所述第一位置信息、第二位置信息和第三位置信息实时确定所述授权无人机的合力，基于所述合力控制所述授权无人机飞行至所述目标栅格所在的重叠覆盖区域。
另外，在一实施例中，步骤S370中，所述基于所述第一位置信息、第二位置信息和第三位置信息实时确定所述授权无人机的合力，包括：
确定每个邻居无人机所在的栅格，将存在邻居无人机的栅格作为邻居栅格，对每个所述邻居栅格进行编号，得到m个邻居栅格；其中，第一距离阈值内邻居无人机的总数为m1，第一距离阈值外邻居无人机的总数为m2，m＝m1+m2；
需要说明的是，若同一个栅格中存在一个或多个邻居无人机，则将该栅格作为一个邻居栅格；
根据以下公式计算得到各个邻居栅格对所述授权无人机的作用力：
确定每个黑飞无人机所在的栅格，将存在黑飞无人机的栅格作为黑飞栅格，对每个所述黑飞栅格进行编号，得到n个黑飞栅格；
需要说明的是，若同一个栅格中存在一个或多个黑飞无人机，则将该栅格作为一个黑飞栅格；
根据以下公式计算得到第二距离阈值内各个黑飞栅格对所述授权无人机的斥力：
根据以下公式计算得到所述授权无人机与目标栅格的吸力：
F3＝k3×d3；
根据以下公式计算得到所述授权无人机的合力：
其中，d1为第一距离阈值，d2为第二距离阈值，m为第一距离阈值内邻居栅格的总数，d1i为所述授权无人机对应的栅格与第i个邻居栅格确定的第一位置信息，F1为各个邻居栅格对所述授权无人机的作用力；n为第二距离阈值内黑飞栅格的总数，d2j为所述授权无人机对应的栅格与第j个黑飞栅格确定的第二位置信息，F2为各个黑飞栅格对所述授权无人机的斥力；d3为所述授权无人机对应的栅格与目标栅格确定的第三位置信息，F3为所述授权无人机与目标栅格的吸力，k1、k2、k3为控制因子，▽d1i为在距授权无人机d1i处的梯度，▽d2j为在距授权无人机d2j处的梯度；Flimit表示无人机的驱动力截止值，Ftotal表示授权无人机的合力。
需要说明的是，第一位置信息，第二位置信息，第三位置信息均为位置矢量，d1表示邻居无人机斥力作用的距离范围，d2表示黑飞无人机斥力作用的距离范围，所述授权无人机的视距范围大于第二距离阈值，在一实施例中，d2＞10d1，1个栅格≤d1≤3个栅格。
另外，在一实施例中，图1所示实施例中的步骤S500中，所述基于所述探测信号确定当前区域至各个可选区域的综合干扰代价，将综合干扰代价最低的可选区域作为所述无人机编队的目标区域，包括：
基于所述探测信号确定每个途径区域对应的第一干扰代价，基于所述探测信号确定每个可选区域对应的第二干扰代价，基于当前区域至各个可选区域的干扰代价确定综合干扰代价，将综合干扰代价最低的可选区域作为所述无人机编队的目标区域；其中，所述综合干扰代价为所述无人机编队从所述当前区域飞行至目标区域的第一干扰代价和第二干扰代价之和；所述第一干扰代价为每个途径区域对应的干扰代价，所述第二干扰代价为每个可选区域对应的干扰代价。
另外，在一实施例中，所述基于所述探测信号确定每个途径区域对应的第一干扰代价，包括：
步骤S511，基于所述探测信号确定每个所述独立覆盖区域中黑飞无人机的当前数量、当前位置和飞行速度，基于所述黑飞无人机的当前位置和飞行速度预测下一时刻每个所述独立覆盖区域中黑飞无人机的预测数量；
具体地，基于所述探测信号确定授权无人机的位置信息随时间的变化值、黑飞无人机的位置信息随时间的变化值，进而基于授权无人机的位置信息随时间的变化值确定授权无人机的飞行速度以及飞行方向，所述飞行速度为矢量，包含有授权无人机的飞行方向。
步骤S512，基于每个所述独立覆盖区域中黑飞无人机的当前数量和预测数量的比值确定第一比值；
可以理解的是，第一比值反映每个所述独立覆盖区域中黑飞无人机的变化量；
步骤S513，将所述第一比值与所述独立覆盖区域中黑飞无人机的当前数量相乘，得到第一干扰代价。
本实施例中，由于预设了一键返航功能的无人机，会沿设定路径返航；因此，独立覆盖区域中黑飞无人机的数量会变化，第一干扰代价表示独立覆盖区域中黑飞无人机在加权后的数量。
另外，在一实施例中，所述基于所述探测信号确定每个可选区域对应的第二干扰代价，包括：
步骤S521，基于所述探测信号确定每个所述重叠覆盖区域中黑飞无人机的当前数量和授权无人机的当前数量，将黑飞无人机的当前数量和授权无人机的当前数量之差作为数量差值；
步骤S522，基于所述黑飞无人机的当前位置和飞行速度预测下一时刻每个所述重叠覆盖区域中黑飞无人机的预测数量；
具体地，基于所述探测信号确定授权无人机的位置信息随时间的变化值、黑飞无人机的位置信息随时间的变化值，进而基于授权无人机的位置信息随时间的变化值确定授权无人机的飞行速度以及飞行方向，所述飞行速度为矢量，包含有授权无人机的飞行方向。
步骤S523，基于每个所述重叠覆盖区域中黑飞无人机的当前数量和预测数量的比值确定第二比值；
可以理解的是，第二比值反映每个所述重叠覆盖区域中黑飞无人机的变化量；
步骤S524，将所述第二比值与所述数量差值相乘，得到第二干扰代价。
本实施例中，充分考虑到重叠覆盖区域中黑飞无人机和授权无人机的数量差值；第二干扰代价表示重叠覆盖区域中授权无人机和黑飞无人机的数量差值在加权后的数量。
本实施例中，充分考虑到授权无人机和黑飞无人机的数量分布，综合干扰代价最低表示黑飞无人机的占比最高，且授权无人机的占比最低，从而便于最大效率的分离出授权无人机和黑飞无人机，便于后续对黑飞无人机的清理。
另外，参照图3，本发明的一个实施例还提供了一种电子设备10，该电子设备10包括：存储器11、处理器12及存储在存储器11上并可在处理器12上运行的计算机程序。
处理器12和存储器11可以通过总线或者其他方式连接。
实现上述实施例的无人机协同防御控制方法所需的非暂态软件程序以及指令存储在存储器11中，当被处理器12执行时，执行上述实施例中的无人机协同防御控制方法。
此外，本发明的一个实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个处理器或控制器执行，例如，被上述电子设备实施例中的一个处理器执行，可使得上述处理器执行上述实施例中的无人机协同防御控制方法。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质（或非暂时性介质）和通信介质（或暂时性介质）。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息（诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据）的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘（DVD）或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。
Claims (8)
1.一种无人机协同防御控制方法，其特征在于，包括：
步骤S100，获取防御区域的电子地图；其中，所述防御区域设置有多个察打一体设备，每个所述察打一体设备具有对应的子区域，全部所述察打一体设备的子区域覆盖所述防御区域；所述电子地图以栅格形式展示有每个察打一体设备对应的子区域、子区域中的独立覆盖区域和子区域中的重叠覆盖区域；
步骤S200，当确定所述防御区域对应的任一察打一体设备探测到无人机时，确定所述无人机是授权无人机，还是黑飞无人机；
步骤S300，获取所述授权无人机周边的探测信息，基于所述探测信息实时确定所述授权无人机的飞行路径，控制所述授权无人机沿所述飞行路径飞行，以使所述授权无人机在避障前提下飞行至距离最近的重叠覆盖区域；
步骤S400，将同一重叠覆盖区域中的各个授权无人机形成无人机编队，保持所述无人机编队的位置不变，控制每个所述察打一体设备持续发射第一时长的GNSS诱骗导航信号；
步骤S500，获取所述防御区域对应的察打一体设备在第二时长内探测到的探测信号，基于所述探测信号确定当前区域至各个可选区域的综合干扰代价，将综合干扰代价最低的可选区域作为所述无人机编队的目标区域；其中，所述当前区域为所述无人机编队所在的重叠覆盖区域，所述可选区域为当前区域周边的重叠覆盖区域，所述综合干扰代价用于表征所述无人机编队从所述当前区域飞行至目标区域的过程中黑飞无人机的干扰代价；
步骤S600，控制无人机编队从所述当前区域进入途径区域后，控制目标察打一体设备发射第三时长的射频干扰信号，并在所述目标察打一体设备停止发射射频干扰信号后，控制所述无人机编队飞行至所述目标区域；其中，所述途径区域为所述无人机编队从所述当前区域飞行至目标区域途径的独立覆盖区域，所述目标察打一体设备为除去所述途径区域对应的察打一体设备后剩余的察打一体设备；
步骤S700，若确定所述防御区域依然存在黑飞无人机，则将所述目标区域作为当前区域，并执行步骤S500和步骤S600，直至对所述防御区域中的全部黑飞无人机进行防御干扰。
2.根据权利要求1所述的无人机协同防御控制方法，其特征在于，步骤S300中，所述获取所述授权无人机周边的探测信息，基于所述探测信息实时确定所述授权无人机的飞行路径，控制所述授权无人机沿所述飞行路径飞行，以使所述授权无人机在避障前提下飞行至距离最近的重叠覆盖区域，包括：
步骤S310，基于各个授权无人机反馈的应答信号中的GNSS坐标信息将各个授权无人机投影在所述电子地图中的对应位置；
步骤S320，获取所述授权无人机周边的探测信息，基于所述探测信息确定所述授权无人机与视距范围内其他无人机的相对距离；其中，所述探测信息包含图像信息和距离信息；
步骤S330，将所述授权无人机视距范围内其他无人机中的授权无人机作为邻居无人机，将所述邻居无人机的GNSS坐标信息作为所述邻居无人机的投影坐标；基于所述邻居无人机的投影坐标将所述邻居无人机投影到所述电子地图中对应的栅格；
步骤S340，根据所述授权无人机的GNSS坐标信息与所述邻居无人机的GNSS坐标信息计算得到实际距离；计算所述相对距离和实际距离的差值，作为所述授权无人机与所述邻居无人机的距离偏差；基于所述距离偏差对所述授权无人机与视距范围内黑飞无人机的相对距离进行校正，得到所述黑飞无人机的校正距离；基于所述授权无人机的GNSS坐标信息和所述黑飞无人机的校正距离得到所述黑飞无人机的投影坐标；基于所述黑飞无人机的投影坐标将所述黑飞无人机投影到所述电子地图中对应的栅格；
步骤S350，基于所述授权无人机对应的栅格与所述邻居无人机对应的栅格确定第一位置信息，基于所述授权无人机对应的栅格与所述黑飞无人机对应的栅格确定第二位置信息；
步骤S360，确定所述授权无人机周边的重叠覆盖区域中距离所述授权无人机所在栅格最近的栅格，作为目标栅格，基于所述授权无人机所在栅格和所述目标栅格确定第三位置信息；
步骤S370，基于所述第一位置信息、第二位置信息和第三位置信息实时确定所述授权无人机的合力，基于所述合力控制所述授权无人机飞行至所述目标栅格所在的重叠覆盖区域。
3.根据权利要求2所述的无人机协同防御控制方法，其特征在于，步骤S370中，所述基于所述第一位置信息、第二位置信息和第三位置信息实时确定所述授权无人机的合力，包括：
确定每个邻居无人机所在的栅格，将存在邻居无人机的栅格作为邻居栅格，对每个所述邻居栅格进行编号，得到m个邻居栅格；其中，第一距离阈值内邻居无人机的总数为m1，第一距离阈值外邻居无人机的总数为m2，m＝m1+m2；
根据以下公式计算得到各个邻居栅格对所述授权无人机的作用力：
确定每个黑飞无人机所在的栅格，将存在黑飞无人机的栅格作为黑飞栅格，对每个所述黑飞栅格进行编号，得到n个黑飞栅格；
根据以下公式计算得到第二距离阈值内各个黑飞栅格对所述授权无人机的斥力：
根据以下公式计算得到所述授权无人机与目标栅格的吸力：
F3＝k3×d3；
根据以下公式计算得到所述授权无人机的合力：
其中，d1为第一距离阈值，d2为第二距离阈值，m为第一距离阈值内邻居栅格的总数，d1i为所述授权无人机对应的栅格与第i个邻居栅格确定的第一位置信息，F1为各个邻居栅格对所述授权无人机的作用力；n为第二距离阈值内黑飞栅格的总数，d2j为所述授权无人机对应的栅格与第j个黑飞栅格确定的第二位置信息，F2为各个黑飞栅格对所述授权无人机的斥力；d3为所述授权无人机对应的栅格与目标栅格确定的第三位置信息，F3为所述授权无人机与目标栅格的吸力，k1、k2、k3为控制因子，▽d1i为在距授权无人机d1i处的梯度，▽d2j为在距授权无人机d2j处的梯度；Flimit表示无人机的驱动力截止值，Ftotal表示授权无人机的合力。
4.根据权利要求1所述的无人机协同防御控制方法，其特征在于，步骤S500中，所述基于所述探测信号确定当前区域至各个可选区域的综合干扰代价，将综合干扰代价最低的可选区域作为所述无人机编队的目标区域，包括：
基于所述探测信号确定每个途径区域对应的第一干扰代价，基于所述探测信号确定每个可选区域对应的第二干扰代价，基于当前区域至各个可选区域的干扰代价确定综合干扰代价，将综合干扰代价最低的可选区域作为所述无人机编队的目标区域；其中，所述综合干扰代价为所述无人机编队从所述当前区域飞行至目标区域的第一干扰代价和第二干扰代价之和；所述第一干扰代价为每个途径区域对应的干扰代价，所述第二干扰代价为每个可选区域对应的干扰代价。
5.根据权利要求4所述的无人机协同防御控制方法，其特征在于，所述基于所述探测信号确定每个途径区域对应的第一干扰代价，包括：
步骤S511，基于所述探测信号确定每个所述独立覆盖区域中黑飞无人机的当前数量、当前位置和飞行速度，基于所述黑飞无人机的当前位置和飞行速度预测下一时刻每个所述独立覆盖区域中黑飞无人机的预测数量；
步骤S512，基于每个所述独立覆盖区域中黑飞无人机的当前数量和预测数量的比值确定第一比值；
步骤S513，将所述第一比值与所述独立覆盖区域中黑飞无人机的当前数量相乘，得到第一干扰代价。
6.根据权利要求4所述的无人机协同防御控制方法，其特征在于，所述基于所述探测信号确定每个可选区域对应的第二干扰代价，包括：
步骤S521，基于所述探测信号确定每个所述重叠覆盖区域中黑飞无人机的当前数量和授权无人机的当前数量，将黑飞无人机的当前数量和授权无人机的当前数量之差作为数量差值；
步骤S522，基于所述黑飞无人机的当前位置和飞行速度预测下一时刻每个所述重叠覆盖区域中黑飞无人机的预测数量；
步骤S523，基于每个所述重叠覆盖区域中黑飞无人机的当前数量和预测数量的比值确定第二比值；
步骤S524，将所述第二比值与所述数量差值相乘，得到第二干扰代价。
7.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6中任意一项所述的无人机协同防御控制方法。
8.一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，其特征在于，所述计算机可执行指令用于执行如权利要求1至6中任意一项所述的无人机协同防御控制方法。
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A collaborative defense control method, electronic device, and medium for unmanned aerial vehicles Granted publication date: 20221230 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Foshan Shiwan Branch Pledgor: GUANGDONG DEJIU SOLAR NEW ENERGY CO.,LTD. Registration number: Y2024980023622 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |