CN115793687A - 一种基于碰撞风险的旋翼无人机运行安全间隔标定方法 - Google Patents

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CN115793687A
CN115793687A CN202211439244.0A CN202211439244A CN115793687A CN 115793687 A CN115793687 A CN 115793687A CN 202211439244 A CN202211439244 A CN 202211439244A CN 115793687 A CN115793687 A CN 115793687A
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rotor unmanned
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钟罡
杜森
张洪海
周蒋颖
刘皞
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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Abstract

本发明公开了一种基于碰撞风险的旋翼无人机运行安全间隔标定方法，包括：基于旋翼无人机形状尺寸数据与运行姿态限制，构建任意两架无人机的碰撞判断模型；通过设置的旋翼无人机航迹误差分布与航路构型，构建旋翼无人机的实时碰撞风险计算模型；基于所述旋翼无人机的实时碰撞风险计算模型，构建系统安全水平模型，并基于预设的系统安全水平目标值约束条件，对所述系统安全水平模型进行求解，得到任意两架无人机在该安全水平下的相对位置，对旋翼无人机运行安全间隔进行标定。可实时计算旋翼无人机的瞬时碰撞风险，从而对其在结构化航路中运行的安全间隔进行标定，为验证结构化航路设计的合理化提供支持。

Description

一种基于碰撞风险的旋翼无人机运行安全间隔标定方法
技术领域
本发明涉及无人机运行安全与航路网络划设领域，具体涉及一种基于碰撞风险的旋翼无人机运行安全间隔标定方法。
背景技术
无人机的运行安全间隔是在城市低空环境下针对结构化航路运行，在沿预设航路运行时，通过互相之间保持一定的安全间隔，保证无人机安全、有效的运行，从而使得运行系统达到一定的安全水平。安全间隔标定结果也可为无人机航路网络划设的合理性提供验证支持。无人机的安全间隔标定一般可转化为运行冲突探测计算问题。通过设定无人机的冲突相遇场景，计算两架无人机之间的冲突概率或冲突风险，进而设定相应的安全水平，最终标定间隔。
近些年来无人机的安全间隔标定方法主要通过计算两架无人机之间的碰撞概率，通过设定两架无人机之间的冲突场景与概率误差分布，通过积分计算两架无人机之间的碰撞概率。但由于碰撞概率的不可累加性，使得其无法评估某一个运行系统的整体冲突风险。
并且，现行的无人机安全标准为：“等效安全水平”，指无人机的运行安全水平不得低于传统民航飞机，即：10-7次碰撞次数/飞行小时。尚未有基于无人机“等效安全水平”的安全间隔标定方法。
此外，物流任务条件下的城市低空航路网络，相对于高空空域环境，城市内障碍物密集、人口稠密、低空环境复杂，对无人机运行安全要求较高。其次，相较于民航飞机，无人机续航里程短、飞行速度慢，相应的碰撞风险计算方法无法直接借鉴于传统民航领域。
发明内容
因此基于复杂低空环境限制和无人机运行安全水平，提出一种基于碰撞风险的旋翼无人机运行安全间隔标定方法，可为无人机运行提供安全保障。进一步为无人机航路网络划设的合理性验证提供支持，最终使得无人机安全间隔标准融入民航安全标准体系。
本发明提出了一种基于碰撞风险的旋翼无人机运行安全间隔标定方法，根据实时计算所设定的冲突场景中任意两架无人机的碰撞风险，并进行累加，接着通过设置系统安全水平，进而标定无人机的运行安全间隔。
一种基于碰撞风险的旋翼无人机运行安全间隔标定方法，包括以下步骤：
步骤1：基于旋翼无人机形状尺寸数据与运行姿态限制，构建旋翼无人机碰撞保护区模型，并基于所述旋翼无人机碰撞保护区模型构建任意两架无人机的碰撞判断模型；
步骤2：基于任意两架无人机的碰撞判断模型，通过设置的旋翼无人机航迹误差分布与航路构型，构建旋翼无人机的实时碰撞风险计算模型；
步骤3：基于所述旋翼无人机的实时碰撞风险计算模型，构建系统安全水平模型，并基于预设的系统安全水平目标值约束条件，对所述系统安全水平模型进行求解，得到任意两架无人机在该安全水平下的相对位置Δp；
步骤4：根据所述任意两架无人机在系统水平下的相对位置Δp，对旋翼无人机运行安全间隔进行标定。
在一些实施例中，步骤1中，基于旋翼无人机形状尺寸数据与运行姿态限制，构建旋翼无人机碰撞保护区模型，包括：
步骤1.1：根据旋翼无人机的最大尺寸半径r与全高h，构建旋翼无人机的最小外接圆柱体；基于所述最小外接圆柱体，结合旋翼无人机的运行姿态限制，建立所述最小外接圆柱体的外接椭球体，尺寸为(R,H)；R、H分别为外接椭球体的水平半径与全高；将所述外接椭球体作为旋翼无人机的碰撞保护区。
进一步地，所述旋翼无人机的运行姿态限制包括最大俯仰角θmax与最大滚转角
Figure BDA0003947885420000031
在一些实施例中，步骤1中，基于所述旋翼无人机碰撞保护区模型构建任意两架无人机的碰撞判断模型，包括：
步骤1.2：任意两架无人机，其中一架为相对无人机，另一架为随机无人机，将两架无人机的碰撞保护区进行组合(并集)得到碰撞保护区组合区域D；基于两架无人机的相对位置和所述组合区域D构建两架无人机的碰撞判断模型：
Figure BDA0003947885420000032
其中，ID表示是否发生碰撞，Δp表示任意两架无人机的相对位置。
在一些实施例中，步骤2包括：
步骤2.1：通过设定的旋翼无人机的航路构型，得到无人机的航向角ψ和俯仰角θ，基于所述航向角ψ和俯仰角θ得到全局坐标系与机体坐标系之间的转换矩阵M；
步骤2.2：获取无人机的初始标称位置
Figure BDA0003947885420000033
通过设定的旋翼无人机的航迹误差
Figure BDA0003947885420000034
得到标称位置均值
Figure BDA00039478854200000311
其中无人机的航迹误差沿机体坐标轴，服从高斯分布，为
Figure BDA0003947885420000035
其中对角矩阵
Figure BDA0003947885420000036
diag为对角矩阵符号，
Figure BDA0003947885420000037
分别为x、y、z三个方向上的航迹误差；
基于所述转换矩阵M和标称位置均值
Figure BDA0003947885420000038
得到无人机的全局位置分布p～N3；
Figure BDA0003947885420000039
其中，MΛMT为转换后的概率分布协方差；
步骤2.3：基于两架无人机的全局位置分布，计算两架无人机的相对位置：
Figure BDA00039478854200000310
得到两架无人机的相对位置概率分布Δp～N3：
Figure BDA0003947885420000041
其中pS、pO分别为随机无人机、相对无人机的位置概率分布，
Figure BDA0003947885420000042
分别为随机无人机、相对无人机的航迹误差，MS、MO分别为随机无人机、相对无人机的转换矩阵，ΛS、ΛO分别为随机无人机、相对无人机的对角矩阵；
步骤2.4：获取相对无人机的初始位置p0＝[x0 y0 z0]T，进而得到以相对无人机初始位置为原点的后续相对位置：pO(t)＝[x-x0 y-y0 z-z0]T；
计算两架无人机碰撞保护区组合区域D：
Figure BDA0003947885420000043
其中，Rf，Hf分别为碰撞保护区组合区域D的半径与全高，A表示碰撞保护区组合区域D的尺寸矩阵；
步骤2.5：计算两架无人机的实时碰撞概率P(kTs)，计算公式为：
Figure BDA0003947885420000044
其中，kTs为不同时段，Δp(kTs)为两架无人机的相对位置，
Figure BDA0003947885420000045
为每阶段两架无人机初始相对位置均值，MSΛS(kTs)MS T+MOΛO(kTs)MO T为每阶段两架无人机相对位置协方差；
步骤2.6：获取随机无人机在相对无人机方向上的速度矢量投影v'＝[v'x,v'y,v'z]，进而计算出在两架无人机发生碰撞过程中的碰撞关系比R(O),计算公式如下：
Figure BDA0003947885420000046
其中R(O)为碰撞关系比，Rf，Hf分别为碰撞保护区组合区域D的半径与全高；
步骤2.7：计算两架无人机的碰撞风险，根据不同方向，将碰撞风险分为：纵向碰撞风险Fx，横向碰撞风险Fy，垂向碰撞风险Fz，公式分别如下：
Figure BDA0003947885420000051
Figure BDA0003947885420000052
Figure BDA0003947885420000053
则单对无人机总碰撞风险为：
F(t)＝Fx(t)+Fy(t)+Fz(t)
其中，t代表运行时间，E(0)为临近率，代表单位时间内任意两架无人机发生丢失间隔的频率，P(O)为碰撞概率，R(O)为碰撞关系比，最终碰撞风险的计算结果为：单位时间内发生碰撞的频次；当两架无人机在某方向上相对速度投影v'i,(i＝x,y,z)为0时，则该方向上的碰撞风险为0。
进一步地，在一些实施例中，所述旋翼无人机的航路构型包括：单一航路、平行航路、垂直平行航路。
在一些实施例中，，E(0)取0.01。
在一些实施例中，步骤3包括：
步骤3.1：系统安全水平Ftotal(t)使用运行系统内n架旋翼无人机中任意两架的碰撞风险进行累加，计算公式如下：
Figure BDA0003947885420000054
Ftotal(t)≤Fmax(t)
其中Fmax(t)为预设的系统安全水平目标值；
步骤3.2：基于预设的系统安全水平目标值Fmax(t)约束条件进行求解，得到任意两架无人机在该安全水平下的相对位置Δp，使用Δp对无人机的运行安全间隔进行标定。
在一些实施例中，系统安全水平目标值Fmax(t)使用无人机等效安全水平：10-7次碰撞次数/飞行小时，即每小时的系统碰撞事故次数不得高于10-7次。
第二方面，本发明提供了一种基于碰撞风险的旋翼无人机运行安全间隔标定装置，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据第一方面所述方法的步骤。
第三方面，本发明提供了一种存储介质，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第一方面所述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的优势如下：本发明一种基于碰撞风险的旋翼无人机运行安全间隔标定方法，首先根据旋翼无人机形状尺寸与运行姿态限制，对其碰撞保护区进行三维建模；随后通过设置无人机运行的航迹误差分布与航路构型，使用Event模型对无人机实时碰撞风险进行计算；最后根据运行系统的总碰撞风险与设定的运行安全水平，对无人机运行的安全间隔进行标定。本发明基于无人机运行安全水平标准，提出一种针对旋翼无人机的运行安全间隔标定方法，该方法可实时计算旋翼无人机的瞬时碰撞风险，从而对其在结构化航路中运行的安全间隔进行标定、为验证结构化航路设计的合理化提供支持。以单位时间内的碰撞频次为风险计算结果，符合现有无人机运行安全水平。并且，本发明可计算存在多架无人机的运行系统的碰撞风险值，从而对整个航路结构网络进行间隔标定，且标定结果可融入现有民航安全标准体系。
附图说明
图1为本发明实施例整体实现流程图。
图2为本发明实施例旋翼无人机碰撞保护区示意图。
图3为本发明实施例旋翼无人机组合碰撞保护区示意图。
图4为本发明实施例用于安全间隔标定的航路结构示意图。
图5为本发明实施例无人机安全间隔标定示意图。
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，下面结合附图对本发明进一步说明。
实施例1
一种基于碰撞风险的旋翼无人机运行安全间隔标定方法，包括：
步骤1：基于旋翼无人机形状尺寸数据与运行姿态限制，构建旋翼无人机碰撞保护区模型，并基于所述旋翼无人机碰撞保护区模型构建任意两架无人机的碰撞判断模型；
步骤2：基于任意两架无人机的碰撞判断模型，通过设置的旋翼无人机航迹误差分布与航路构型，构建旋翼无人机的实时碰撞风险计算模型；
步骤3：基于所述旋翼无人机的实时碰撞风险计算模型，构建系统安全水平模型，并基于预设的系统安全水平目标值约束条件，对所述系统安全水平模型进行求解，得到任意两架无人机在该安全水平下的相对位置Δp；
步骤4：根据所述任意两架无人机在系统水平下的相对位置Δp，对旋翼无人机运行安全间隔进行标定。
在一些实施例中，基于碰撞风险的旋翼无人机运行安全间隔标定方法，如图1所示：具体步骤为：
步骤1：对旋翼无人机的形状尺寸进行三维建模，构建旋翼无人机的三维碰撞保护区。
步骤1.1：获取旋翼无人机的最大尺寸半径与全高(r,h)，构建旋翼无人机的最小外接圆柱体，在此基础上，考虑其运行姿态变化：最大俯仰角与最大滚转角
Figure BDA0003947885420000081
建立该最小外接圆柱体的外接椭球体，尺寸为(R,H)，R、H分别为外接椭球体的水平半径与全高；将所述外接椭球体作为旋翼无人机的碰撞保护区。如图2所示，其尺寸关系推导如下：
Figure BDA0003947885420000082
Figure BDA0003947885420000083
其中，Vem为两形状之间的空余部分，
Figure BDA0003947885420000084
步骤1.2，设置任意两架无人机，其中一架为相对无人机，另一架为随机无人机，分别用下标O与S表示，并将两架无人机的碰撞保护区组合为碰撞保护区组合区域D，组合区域D的尺寸为
Figure BDA0003947885420000085
如图3所示。并构建两架无人机的碰撞判断模型：
Figure BDA0003947885420000086
其中，ID表示是否发生碰撞，Δp表示任意两架无人机的相对位置。
步骤2：通过设定航路构型与航迹误差，使用改进后的Event模型对无人机的碰撞风险进行实时计算。
步骤2.1：通过设定不同的航路构型，包括：单一航路、水平平行航路、垂直平行航路。得到无人机的航向角ψ，俯仰角θ，进而得到全局坐标系与机体坐标系之间的转换矩阵：
Figure BDA0003947885420000091
步骤2.2：获取无人机的初始标称位置
Figure BDA0003947885420000092
通过设定的旋翼无人机的航迹误差
Figure BDA0003947885420000093
得到标称位置均值
Figure BDA0003947885420000094
其中本实施例设置无人机的航迹误差沿机体坐标轴，服从高斯分布，为
Figure BDA0003947885420000095
其中对角矩阵
Figure BDA0003947885420000096
diag为对角矩阵符号，
Figure BDA0003947885420000097
分别为x、y、z三个方向上的航迹误差，其计算公式为：
Figure BDA0003947885420000098
其中，t为飞行时间，ta与tb为系统延迟，均取1s。a，b为水平与垂直方向上的定位精度，单位：m。并设置相应上限，本实施例设置上限为：(2m,2m,3.2m)。基于所述转换矩阵M和
Figure BDA0003947885420000099
得到无人机的全局位置分布p～N3；
Figure BDA00039478854200000910
其中，p为无人机的位置概率分布，
Figure BDA00039478854200000911
为标称位置均值，MΛMT为转换后的概率分布协方差。
步骤2.3：基于两架无人机的全局位置分布，计算两架无人机的相对位置：
Figure BDA00039478854200000912
得到两架无人机的相对位置概率分布Δp～N3：
Figure BDA00039478854200000913
其中pS、pO分别为随机无人机、相对无人机的位置概率分布，
Figure BDA00039478854200000914
分别为随机无人机、相对无人机的航迹误差，MS、MO分别为随机无人机、相对无人机的转换矩阵，ΛS、ΛO分别为随机无人机、相对无人机的对角矩阵；
步骤2.4：获取相对无人机的初始位置p0＝[x0 y0 z0]T，进而得到以相对无人机初始位置为原点的后续相对位置：pO(t)＝[x-x0 y-y0 z-z0]T；
计算两架无人机碰撞保护区组合区域D：
Figure BDA0003947885420000101
其中，Rf，Hf分别为碰撞保护区组合区域D的半径与全高，A表示碰撞保护区组合区域D的尺寸矩阵；
步骤2.5：计算两架无人机的实时碰撞概率P(kTs)，计算公式为：
Figure BDA0003947885420000102
其中，kTs为不同时段，Δp(kTs)为两架无人机的相对位置，
Figure BDA0003947885420000103
为每阶段两架无人机初始相对位置均值，MSΛS(kTs)MS T+MOΛO(kTs)MO T为每阶段两架无人机相对位置协方差。
步骤2.6：获取随机无人机在相对无人机方向上的速度矢量投影v'＝[v'x,v'y,v'z]，进而计算出在两架无人机发生碰撞过程中的碰撞关系比R(O),计算公式如下：
Figure BDA0003947885420000104
步骤2.7：最终，计算两架无人机的碰撞风险，根据不同方向，将碰撞风险分为：纵向碰撞风险Fx，横向碰撞风险Fy，垂向碰撞风险Fz，公式分别如下：
Figure BDA0003947885420000105
Figure BDA0003947885420000106
Figure BDA0003947885420000111
则单对无人机总碰撞风险为：
F(t)＝Fx(t)+Fy(t)+Fz(t)
其中，t代表运行时间，E(0)为临近率，代表单位时间内任意两架无人机发生丢失间隔的频率，P(O)为碰撞概率，R(O)为碰撞关系比，最终碰撞风险的计算结果为：单位时间内发生碰撞的频次；当两架无人机在某方向上相对速度投影v'i,(i＝x,y,z)为0时，则该方向上的碰撞风险为0。在一些实施例中，E(0)取0.01。
步骤3：计算运行系统内任意两架无人机的碰撞风险，并进行累加求和。通过设置系统安全水平，对无人机的安全间隔进行标定。其中交叉航路场景的间隔标定结果为：两架无人机之间的相对距离。
步骤3.1：系统安全水平Ftotal(t)使用运行系统内n架旋翼无人机中任意两架的碰撞风险进行累加，计算公式如下：
Figure BDA0003947885420000112
Ftotal(t)≤Fmax(t)
其中Fmax(t)为预设的系统安全水平目标值；
步骤3.2：基于预设的系统安全水平目标值Fmax(t)约束条件进行求解，得到任意两架无人机在该安全水平下的相对位置Δp，使用Δp对无人机的运行安全间隔进行标定。
在一些实施例中，系统安全水平目标值Fmax(t)使用无人机等效安全水平：10-7次碰撞次数/飞行小时，即每小时的系统碰撞事故次数不得高于10-7次。
本发明实现了基于实时碰撞风险计算的旋翼无人机安全间隔标定方法，为未来在结构化航路下、大规模的旋翼无人机运行的安全间隔提出了一套完整的标定方法，能针对不同运行航路结构、不同无人机机型进行有效的碰撞风险计算与安全间隔标定。
实施例2
第二方面，本实施例提供了一种基于碰撞风险的旋翼无人机运行安全间隔标定装置，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据实施例1所述方法的步骤。
实施例3
第三方面，本实施例提供了一种存储介质，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实施例1所述方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于碰撞风险的旋翼无人机运行安全间隔标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：基于旋翼无人机形状尺寸数据与运行姿态限制，构建旋翼无人机碰撞保护区模型，并基于所述旋翼无人机碰撞保护区模型构建任意两架无人机的碰撞判断模型；
步骤2：基于任意两架无人机的碰撞判断模型，通过设置的旋翼无人机航迹误差分布与航路构型，构建旋翼无人机的实时碰撞风险计算模型；
步骤3：基于所述旋翼无人机的实时碰撞风险计算模型，构建系统安全水平模型，并基于预设的系统安全水平目标值约束条件，对所述系统安全水平模型进行求解，得到任意两架无人机在该安全水平下的相对位置；
步骤4：根据所述任意两架无人机在系统水平下的相对位置，对旋翼无人机运行安全间隔进行标定。
2.根据权利要求1所述的基于碰撞风险的旋翼无人机运行安全间隔标定方法，其特征在于，步骤1中，基于旋翼无人机形状尺寸数据与运行姿态限制，构建旋翼无人机碰撞保护区模型，包括：
步骤1.1：根据旋翼无人机的最大尺寸半径r与全高h，构建旋翼无人机的最小外接圆柱体；基于所述最小外接圆柱体，结合旋翼无人机的运行姿态限制，建立所述最小外接圆柱体的外接椭球体，尺寸为(R,H)；R、H分别为外接椭球体的水平半径与全高；将所述外接椭球体作为旋翼无人机的碰撞保护区。
3.根据权利要求2所述的基于碰撞风险的旋翼无人机运行安全间隔标定方法，其特征在于，所述旋翼无人机的运行姿态限制包括最大俯仰角θmax与最大滚转角
Figure FDA0003947885410000011
4.根据权利要求1所述的基于碰撞风险的旋翼无人机运行安全间隔标定方法，其特征在于，步骤1中，基于所述旋翼无人机碰撞保护区模型构建任意两架无人机的碰撞判断模型，包括：
步骤1.2：任意两架无人机，其中一架为相对无人机，另一架为随机无人机，将两架无人机的碰撞保护区进行组合得到碰撞保护区组合区域D；基于两架无人机的相对位置和所述组合区域D构建两架无人机的碰撞判断模型：
Figure FDA0003947885410000021
其中，ID表示是否发生碰撞，Δp表示任意两架无人机的相对位置。
5.根据权利要求1所述的基于碰撞风险的旋翼无人机运行安全间隔标定方法，其特征在于，步骤2包括：
步骤2.1：通过设定的旋翼无人机的航路构型，得到无人机的航向角ψ和俯仰角θ，基于所述航向角ψ和俯仰角θ得到全局坐标系与机体坐标系之间的转换矩阵M；
步骤2.2：获取无人机的初始标称位置
Figure FDA0003947885410000022
通过设定的旋翼无人机的航迹误差
Figure FDA0003947885410000023
得到标称位置均值
Figure FDA0003947885410000024
其中无人机的航迹误差沿机体坐标轴，服从高斯分布，为
Figure FDA0003947885410000025
其中对角矩阵
Figure FDA0003947885410000026
diag为对角矩阵符号，
Figure FDA0003947885410000027
分别为x、y、z三个方向上的航迹误差；
基于所述转换矩阵M和标称位置均值
Figure FDA0003947885410000028
得到无人机的全局位置分布p～N3；
Figure FDA0003947885410000029
其中，MΛMT为转换后的概率分布协方差；
步骤2.3：基于两架无人机的全局位置分布，计算两架无人机的相对位置：
Figure FDA00039478854100000210
得到两架无人机的相对位置概率分布Δp～N3：
Figure FDA00039478854100000211
其中pS、pO分别为随机无人机、相对无人机的位置概率分布，
Figure FDA00039478854100000212
分别为随机无人机、相对无人机的航迹误差，MS、MO分别为随机无人机、相对无人机的转换矩阵，ΛS、ΛO分别为随机无人机、相对无人机的对角矩阵；
步骤2.4：获取相对无人机的初始位置p0＝[x0 y0 z0]T，进而得到以相对无人机初始位置为原点的后续相对位置：pO(t)＝[x-x0 y-y0 z-z0]T；
计算两架无人机碰撞保护区组合区域D：
Figure FDA0003947885410000031
其中，Rf，Hf分别为碰撞保护区组合区域D的半径与全高，A表示碰撞保护区组合区域D的尺寸矩阵；
步骤2.5：计算两架无人机的实时碰撞概率P(kTs)，计算公式为：
Figure FDA0003947885410000032
其中，kTs为不同时段，Δp(kTs)为两架无人机的相对位置，
Figure FDA0003947885410000033
为每阶段两架无人机初始相对位置均值，MSΛS(kTs)MS T+MOΛO(kTs)MO T为每阶段两架无人机相对位置协方差；
步骤2.6：获取随机无人机在相对无人机方向上的速度矢量投影v'＝[v'x,v'y,v'z]，进而计算出在两架无人机发生碰撞过程中的碰撞关系比R(O),计算公式如下：
Figure FDA0003947885410000034
其中R(O)为碰撞关系比，Rf，Hf分别为碰撞保护区组合区域D的半径与全高；
步骤2.7：计算两架无人机的碰撞风险，根据不同方向，将碰撞风险分为：纵向碰撞风险Fx，横向碰撞风险Fy，垂向碰撞风险Fz，公式分别如下：
Figure FDA0003947885410000041
Figure FDA0003947885410000042
Figure FDA0003947885410000043
则单对无人机总碰撞风险为：
F(t)＝Fx(t)+Fy(t)+Fz(t)
其中，t代表运行时间，E(0)为临近率，代表单位时间内任意两架无人机发生丢失间隔的频率，P(O)为碰撞概率，R(O)为碰撞关系比，最终碰撞风险的计算结果为：单位时间内发生碰撞的频次；当两架无人机在某方向上相对速度投影v'i,(i＝x,y,z)为0时，则该方向上的碰撞风险为0。
6.根据权利要求5所述的基于碰撞风险的旋翼无人机运行安全间隔标定方法，其特征在于，所述旋翼无人机的航路构型包括：单一航路、平行航路、垂直平行航路；
和/或，E(0)取0.01。
7.根据权利要求1所述的基于碰撞风险的旋翼无人机运行安全间隔标定方法，其特征在于，步骤3具体包括：
步骤3.1：系统安全水平Ftotal(t)使用运行系统内n架旋翼无人机中任意两架的碰撞风险进行累加，计算公式如下：
Figure FDA0003947885410000044
Ftotal(t)≤Fmax(t)
其中Fmax(t)为预设的系统安全水平目标值；
步骤3.2：基于预设的系统安全水平目标值Fmax(t)约束条件进行求解，得到任意两架无人机在该安全水平下的相对位置Δp，使用Δp对无人机的运行安全间隔进行标定。
8.根据权利要求1所述的基于碰撞风险的旋翼无人机运行安全间隔标定方法，其特征在于，系统安全水平目标值使用无人机等效安全水平：10-7次碰撞次数/飞行小时，即每小时的系统碰撞事故次数不得高于10-7次。
9.一种基于碰撞风险的旋翼无人机运行安全间隔标定装置，其特征在于，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1至8任一项所述方法的步骤。
10.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8任一项所述方法的步骤。
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