CN116258982A - 一种无人机飞行航线监测及校验系统 - Google Patents

一种无人机飞行航线监测及校验系统 Download PDF

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CN116258982A CN202310233622.8A CN202310233622A CN116258982A CN 116258982 A CN116258982 A CN 116258982A CN 202310233622 A CN202310233622 A CN 202310233622A CN 116258982 A CN116258982 A CN 116258982A
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黄子革
刘斌
雷建安
胡斌
张镇麒
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Abstract

本发明公开了一种无人机飞行航线监测及校验系统，属于飞行校验技术领域，为了解决现有的飞行校验过程中，无法确保信号稳定传输，无法保证对无人机进行精准指令操控，也无法实现信息能够实时传送；飞行校验过程中，无法根据地面高度上构造障碍物图，也无法根据校验航线规划动态避障，导致测试的安全性低，容易造成损伤的问题。通过通讯模块实现实时信号接收，便于对无人机进行指令操控，实现信息能够实时传送，保证指令快速传达，根据这些规律有很多无线电定位方式，能够快速有效地进行定位，通过预定模块与动态避障进行配合，实现在校验的飞行过程中，确保飞行安全与公共安全，减少危险发生，提高测试安全性。

Description

一种无人机飞行航线监测及校验系统
技术领域
本发明涉及到飞行校验技术领域，特别涉及一种无人机飞行航线监测及校验系统。
背景技术
飞行校验是指为保证飞行安全，使用装有专门校验设备的飞行校验飞机，按照飞行校验的有关规范，检查和评估各种导航、雷达、通信等设备的空间信号的质量及其容限，以及机场的进、离港飞行程序，并依据检查和评估的结果出具飞行校验报告的过程。飞行校验系统一般安装在飞行校验飞机上，用于执行飞行校验任务。
现有技术中，如公开号为CN114063631A的中国专利公开了一种用于实现全自动飞行校验的无人机系统和校验系统，该专利地面校验子系统自动解析无人机校验系统传输的校验相关数据以及校验科目指令，自动加载飞行校验科目的数据库参数，设置对应的校验模式和取值算法，并在收到结束科目指令时自动停止取值并存储校验结果，有助于实现全自动的无人机校验。
但是在飞行校验的过程中，存在以下缺陷：
1、飞行校验过程中，无法确保信号稳定传输，无法保证对无人机进行精准指令操控，也无法实现信息能够实时传送；
2、其次，飞行校验过程中，无法根据地面高度上构造障碍物图，也无法根据校验航线规划动态避障，导致测试的安全性低，容易造成损伤。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无人机飞行航线监测及校验系统，通过通讯模块实现实时信号接收，便于对无人机进行指令操控，实现信息能够实时传送，保证指令快速传达，无线通信模块中电磁波的工作频率是一个重要参数，无线电波在自由空间中传播时具有一定规律,根据这些规律有很多无线电定位方式，能够快速有效地进行定位，根据路线重合度，实现对无人机飞行校验，通过两组曲线图进行比对，能够清楚了解到校验的结果，提高校验便捷性，可根据参数进行分析，校验的精确性，通过预定模块与动态避障进行配合，实现在校验的飞行过程中，确保飞行安全与公共安全，减少危险发生，提高测试安全性，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种无无人机飞行航线监测及校验系统，包括无人机航测系统和地面飞行数据管理系统；
在所述无人机航测系统和所述地面飞行数据管理系统之间建立无人机通信架构，在航测操作用，接收和传达双方所发出的信息；
所述无人机航测系统用于接收所述地面飞行数据管理系统所设的参数以及飞行指令；
所述无人机航测系统飞行实测记录，并实时向所述地面飞行数据管理系统反馈无人机飞行信息参数，所述地面飞行数据管理系统根据无人机反馈信息进行飞行数据校验。
进一步地，无人机航测系统包括有用于定位的动态差分检测模块，对空间检测的姿态测量模块，包括用于测距的红外扫描测距模块，还包括用于信号接收和发送的通讯模块；
所述动态差分检测模块用于确定扫描投影中心的空间位置,通过接收卫星的数据,实时精确测定出设备的空间位置,再通过后处理技术与地面基站的地面飞行数据管理系统进行差纷计算,精确计算得出飞行轨迹；
所述姿态测量模块用于测量扫描装置生光轴的空间姿态参数由装置将接收到的GNSS数据,经过处理,求得飞行运动的轨迹，根据轨迹的几何关系及变量参数,推算出未来的空中位置,测算出该测量系统的实时和将来的空间向量；
所述红外扫描测距模块用于测量传感器到地面点的距离,测量距离为离地面30-2500m，通过后期利用软件对数据进行处理辨别出地面信息；
所述通讯模块内的接收模组用于接收地面飞行数据管理系统发出的参数信息和任务指令，且通讯模块内的发送模组用于给地面飞行数据管理系统反馈无人机收集到的数据参数。
进一步地，建立无人机通信架构包括准备一套无线电设备和一套蜂窝移动网络设备,将无人机上无线电设备与地面飞行数据管理系统通过蜂窝移动网络连接，将无人机在制定区域放飞并发送一个机动指令, 检查相应指令的执行情况，对通讯系统进行测试，建立无人机与地面直接的通讯通道。
进一步地，地面飞行数据管理系统包括对采集的数据进行储存的数据储存模块，用过输入指令的控制模块，航线分析制定的预定模块，以及后期参数比对的分析模块，用于信号收发的通讯模块，地面飞行数据管理系统在地面上建立地面基地，用于对后续航线出发点进行限定。
进一步地，所述数据存储模块，包括：
第一确定模块，用于根据采集的数据，确定待存储数据；
构建模块，用于构建业务场景数据识别函数；
所述构建模块构建业务场景数据识别函数的方法，包括：
获取样本数据，将每一个样本数据基于业务场景进行数据分割，分成
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个数据块，构建业务场景数据识别函数/>
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：
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其中，
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为初始化后的偏置参数，/>
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为预测第/>
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个数据块的业务场景的概率；/>
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为被标记的数据块的业务场景;
第二确定模块，用于：
基于业务场景数据识别函数对待存储数据进行解析识别，将待存储数据分割为若干个子数据，每个子数据标注一个业务场景标签；
确定业务场景标签之间的关联关系，基于关联关系确定存储顺序，基于存储顺序将各个子数据分别存储至对应的场景数据存储模块中；
调整模块，用于在将子数据存储至场景数据存储模块过程中，检测存储时的数据流速及数据存储时序，在确定存在异常时，生成调整指令进行调整；所述调整指令包括调整数据流速和/或数据存储时序。
进一步地，飞行校验方法包括如下步骤：
S1：在测试前，通过现场勘测以及无人机探索采集测试路线区域的地图参数，并将参数存储到数据储存模块内，作为后续航行路线制定航路点的数据基础；
S2：根据地图区域参数，预定模块进行分析，制定无人机校验用的飞行计划所经过路线的航路点，并根据航路点绘制飞行航线，在每个航路点进行定位，并设置校验检测设备；
S3：控制模块将制定好的路线参数通过指令传输给无人机，进行航线校验，无人机上姿态测量模块在校验过程中与每个航路点上的校验检测设备进行远程识别，并实现航路点定位校验；
S4：将无人机航线的参数通过通讯模块传输到分析模块内，分析模块根据无人机的空间姿态参数进行分析，将无人机实际飞行的航线进行绘制，与预定的航线进行比对，得出校验结果。
进一步地，无人机航测系统根据需要在试验场地开展航线点自动校验的飞行试验，其中校验测试还包括对点避障飞行、无人机自动着陆以及无人机绕行；
所述预定模块通过在给定的地面高度上构造障碍物图，将三维路径规划问题转化为二维问题，利用四叉树分解建立基于障碍物占用率和风场的搜索空间，生成城市环境中小型无人机的避障抗风扰飞行路径；
其中，在路径中设置多个用于校验的航路点，用于路线校验，无人机路径规划分两个阶段，全局路径规划和动态避障。
进一步地，全局路径规划计算和评估无人机在特定时间可能采取的不同航路，无人机通过机载传感器或SDSP获取静态障碍物的坐标，全局规划为无人机飞行控制系统提供可行的航路；
所述动态避障是无人机在飞行过程中通过通信模块获取其他动态障碍物的位置，进行在线路径决策，通过相应的指标分析飞行任务的安全性和可行性，并将无人机的飞行状态分为正常、非正常、有需要备降和立即备降四种状态。
进一步地，无人机航测系统在测试过程中，实时对航行路线进行记录，并定点进行信号传送，分析模块通过曲线图绘制预定路线路和无人机实际航线图，并将用于校验的航路点进行标识，根据路线重合度，实现对无人机飞行校验。
进一步地，所述数据存储模块，包括：
第一确定模块，用于根据采集的数据，确定待存储数据；
构建模块，用于构建业务场景数据识别函数；
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调整模块，用于在将子数据存储至场景数据存储模块过程中，检测存储时的数据流速及数据存储时序，在确定存在异常时，生成调整指令进行调整；所述调整指令包括调整数据流速和/或数据存储时序。
进一步地，无人机航测系统执行地面飞行数据管理系统发送的飞行指令；
地面飞行数据管理系统接收无人机航测系统在执行飞行指令时返回的航测数据，根据航测数据判断无人机航测系统的执行状态是否异常，在确定异常时，发出报警提示；
地面飞行数据管理系统接收无人机航测系统在执行飞行指令时返回的航测数据，根据航测数据判断无人机航测系统的执行状态是否异常，方法包括：
基于n条历史航测数据构建分析数据库，每条历史航测数据包括无人机航测系统在不同环境下的相同的p个指标所对应的值，将n条历史航测数据的p个指标的值形成向量X，向量X含有n行p列；
标注每条历史航测数据，对应的无人机航测系统的执行状态是否异常，并根据标注信息形成向量Y，其中向量Y中的每个值都用0,1表示，0表示无人机航测系统的执行状态异常；1表示无人机航测系统的执行状态正常；
根据向量X和向量Y构建方程（1），并求解方程(1)得到判断系数A；
Figure SMS_23
（1）
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为判断系数A的值，j=1、2、3……p，则所述值共含有p+1个；方程（1）中存在判断系数A中的p+1个未知值，同时存在p+1个等式，求解得出/>
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基于判断系数A及航测数据，计算判断值F：
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（2）
其中，
Figure SMS_31
为航测数据的p个指标中的第j个指标的值；
在确定判断值F小于0时，表示无人机航测系统的执行状态异常；在确定判断值F大于等于0时，表示无人机航测系统的执行状态正常。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提出的一种无人机飞行航线监测及校验系统，红外扫描测距模块用于测量传感器到地面点的距离,测量距离为离地面30-2500m，通过后期利用软件对数据进行处理辨别出地面信息，测量到地面的激光点密度最高可达65个/m2 ,正常飞行高度情况下(航高800m) ,在植被比较茂密的地区也有一定量的激光点射到地面上，能够快速进行地面数据识别，实现地面情况数据采集。
2、本发明提出的一种无人机飞行航线监测及校验系统，通讯模块内的接收模组用于接收地面飞行数据管理系统发出的参数信息和任务指令，且通讯模块内的发送模组用于给地面飞行数据管理系统反馈无人机收集到的数据参数，由通过通讯模块实现实时信号接收，便于对无人机进行指令操控，实现信息能够实时传送，保证指令快速传达。
3、本发明提出的一种无人机飞行航线监测及校验系统，无人机线通信模块接收信标装置发出的特定频率的无线电信号，GPS模块定位无人机对应坐标信息，存储模块将采集的无线电信号强度值和相应无人机GPS信息进行存储，无人机将信息进行传送，地面基地内的上位机读取存储信息，利用合适的定位算法估算出信标装置位置，无人机航测系统和地面飞行数据管理系统是通过一定频率的无线电波进行通信的，无线通信可实现实时信号交换，并且具有良好的可靠性，无线通信模块中电磁波的工作频率是一个重要参数，无线电波在自由空间中传播时具有一定规律,根据这些规律有很多无线电定位方式，能够快速有效地进行定位。
4、本发明提出的一种无人机飞行航线监测及校验系统，无人机航测系统在测试过程中，实时对航行路线进行记录，并定点进行信号传送，分析模块通过曲线图绘制预定路线路和无人机实际航线图，并将用于校验的航路点进行标识，根据路线重合度，实现对无人机飞行校验，通过两组曲线图进行比对，能够清楚了解到校验的结果，提高校验便捷性，可根据参数进行分析，校验的精确性。
5、本发明提出的一种无人机飞行航线监测及校验系统，通过相应的指标分析飞行任务的安全性和可行性，并将无人机的飞行状态分为正常、非正常、有需要备降和立即备降四种状态，无人机获取遥测信息，进而识别低空动态障碍物，以确保在任何时候都能满足四维运行空间约束，无人机的操纵方式决定其必须具备自主的飞行空域的环境感知、碰撞威胁估计、避让路径规划与机动控制能力，通过预定模块与动态避障进行配合，实现在校验的飞行过程中，确保飞行安全与公共安全，减少危险发生，提高测试安全性。
附图说明
图1为本发明的系统拓扑图；
图2为本发明的无人机航测系统模块原理图；
图3为本发明的飞行校验系统模块原理图；
图4为本发明的地面飞行数据管理系统模块原理图；
图5为本发明的流程图。
实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种无人机飞行航线监测及校验系统，包括无人机航测系统和地面飞行数据管理系统；
在所述无人机航测系统和所述地面飞行数据管理系统之间建立无人机通信架构，在航测操作用，接收和传达双方所发出的信息；
所述无人机航测系统用于接收所述地面飞行数据管理系统所设的参数以及飞行指令；
所述无人机航测系统飞行实测记录，并实时向所述地面飞行数据管理系统反馈无人机飞行信息参数，所述地面飞行数据管理系统根据无人机反馈信息进行飞行数据校验。
请参阅图2，无人机航测系统包括有用于定位的动态差分检测模块，对空间检测的姿态测量模块，包括用于测距的红外扫描测距模块，还包括用于信号接收和发送的通讯模块；
动态差分检测模块用于确定扫描投影中心的空间位置,通过接收卫星的数据,实时精确测定出设备的空间位置,再通过后处理技术与地面基站的地面飞行数据管理系统进行差纷计算,精确计算得出飞行轨迹，主要给飞控提供实时的高精度的位置速度等信息，相应的POS数据匹配,提高航测数据的精度；
姿态测量模块用于测量扫描装置生光轴的空间姿态参数由装置将接收到的GNSS数据,经过处理,求得飞行运动的轨迹，根据轨迹的几何关系及变量参数,推算出未来的空中位置,测算出该测量系统的实时和将来的空间向量；
红外扫描测距模块用于测量传感器到地面点的距离,测量距离为离地面30-2500m，通过后期利用软件对数据进行处理辨别出地面信息，测量到地面的激光点密度最高可达65个/m2 ,正常飞行高度情况下(航高800m) ,在植被比较茂密的地区也有一定量的激光点射到地面上，能够快速进行地面数据识别，实现地面情况数据采集；
通讯模块内的接收模组用于接收地面飞行数据管理系统发出的参数信息和任务指令，且通讯模块内的发送模组用于给地面飞行数据管理系统反馈无人机收集到的数据参数，由通过通讯模块实现实时信号接收，便于对无人机进行指令操控，实现信息能够实时传送，保证指令快速传达。
请参阅图3-图4，建立无人机通信架构包括准备一套无线电设备和一套蜂窝移动网络设备,将无人机上无线电设备与地面飞行数据管理系统通过蜂窝移动网络连接，将无人机在制定区域放飞并发送一个机动指令, 检查相应指令的执行情况，对通讯系统进行测试，建立无人机与地面直接的通讯通道，地面飞行数据管理系统包括对采集的数据进行储存的数据储存模块，用过输入指令的控制模块，航线分析制定的预定模块，以及后期参数比对的分析模块，用于信号收发的通讯模块，地面飞行数据管理系统在地面上建立地面基地，用于对后续航线出发点进行限定；
每个航路点上的校验检测设备内的信标装置中设计信号发射模块而减少GPS定位模块，信标装置外侧面分别安装微带贴片天线，布置好航路点上的校验检测设备时，信标装置开启信号发射模块，通过微带天线向外间断地辐射无线电波；
无人机线通信模块接收信标装置发出的特定频率的无线电信号，GPS模块定位无人机对应坐标信息，存储模块将采集的无线电信号强度值和相应无人机GPS信息进行存储，无人机将信息进行传送，地面基地内的上位机读取存储信息，利用合适的定位算法估算出信标装置位置，无人机航测系统和地面飞行数据管理系统是通过一定频率的无线电波进行通信的，无线通信可实现实时信号交换，并且具有良好的可靠性，无线通信模块中电磁波的工作频率是一个重要参数，无线电波在自由空间中传播时具有一定规律,根据这些规律有很多无线电定位方式，能够快速有效地进行定位。
请参阅图5，飞行校验方法包括如下步骤：
S1：在测试前，通过现场勘测以及无人机探索采集测试路线区域的地图参数，并将参数存储到数据储存模块内，作为后续航行路线制定航路点的数据基础；
S2：根据地图区域参数，预定模块进行分析，制定无人机校验用的飞行计划所经过路线的航路点，并根据航路点绘制飞行航线，在每个航路点进行定位，并设置校验检测设备；
S3：控制模块将制定好的路线参数通过指令传输给无人机，进行航线校验，无人机上姿态测量模块在校验过程中与每个航路点上的校验检测设备进行远程识别，并实现航路点定位校验；
S4：将无人机航线的参数通过通讯模块传输到分析模块内，分析模块根据无人机的空间姿态参数进行分析，将无人机实际飞行的航线进行绘制，与预定的航线进行比对，得出校验结果。
无人机航测系统在测试过程中，实时对航行路线进行记录，并定点进行信号传送，分析模块通过曲线图绘制预定路线路和无人机实际航线图，并将用于校验的航路点进行标识，根据路线重合度，实现对无人机飞行校验，通过两组曲线图进行比对，能够清楚了解到校验的结果，提高校验便捷性，可根据参数进行分析，校验的精确性。
无人机航测系统根据需要在试验场地开展航线点自动校验的飞行试验，其中校验测试还包括对点避障飞行、无人机自动着陆以及无人机绕行；
所述预定模块通过在给定的地面高度上构造障碍物图，将三维路径规划问题转化为二维问题，利用四叉树分解建立基于障碍物占用率和风场的搜索空间，生成城市环境中小型无人机的避障抗风扰飞行路径；
其中，在路径中设置多个用于校验的航路点，用于路线校验，无人机路径规划分两个阶段，全局路径规划和动态避障，全局路径规划计算和评估无人机在特定时间可能采取的不同航路，无人机通过机载传感器或SDSP获取静态障碍物的坐标，全局规划为无人机飞行控制系统提供可行的航路；
所述动态避障是无人机在飞行过程中通过通信模块获取其他动态障碍物的位置，进行在线路径决策，通过相应的指标分析飞行任务的安全性和可行性，并将无人机的飞行状态分为正常、非正常、有需要备降和立即备降四种状态，无人机获取遥测信息，进而识别低空动态障碍物，以确保在任何时候都能满足四维运行空间约束，无人机的操纵方式决定其必须具备自主的飞行空域的环境感知、碰撞威胁估计、避让路径规划与机动控制能力，通过预定模块与动态避障进行配合，实现在校验的飞行过程中，确保飞行安全与公共安全，减少危险发生，提高测试安全性。
综上所述，本发明提出的一种无人机飞行航线监测及校验系统，红外扫描测距模块用于测量传感器到地面点的距离,测量距离为离地面30-2500m，通过后期利用软件对数据进行处理辨别出地面信息，测量到地面的激光点密度最高可达65个/m2 ,正常飞行高度情况下(航高800m) ,在植被比较茂密的地区也有一定量的激光点射到地面上，能够快速进行地面数据识别，实现地面情况数据采集，通讯模块内的接收模组用于接收地面飞行数据管理系统发出的参数信息和任务指令，且通讯模块内的发送模组用于给地面飞行数据管理系统反馈无人机收集到的数据参数，由通过通讯模块实现实时信号接收，便于对无人机进行指令操控，实现信息能够实时传送，保证指令快速传达，无人机线通信模块接收信标装置发出的特定频率的无线电信号，GPS模块定位无人机对应坐标信息，存储模块将采集的无线电信号强度值和相应无人机GPS信息进行存储，无人机将信息进行传送，地面基地内的上位机读取存储信息，利用合适的定位算法估算出信标装置位置，无人机航测系统和地面飞行数据管理系统是通过一定频率的无线电波进行通信的，无线通信可实现实时信号交换，并且具有良好的可靠性，无线通信模块中电磁波的工作频率是一个重要参数，无线电波在自由空间中传播时具有一定规律,根据这些规律有很多无线电定位方式，能够快速有效地进行定位，无人机航测系统在测试过程中，实时对航行路线进行记录，并定点进行信号传送，分析模块通过曲线图绘制预定路线路和无人机实际航线图，并将用于校验的航路点进行标识，根据路线重合度，实现对无人机飞行校验，通过两组曲线图进行比对，能够清楚了解到校验的结果，提高校验便捷性，可根据参数进行分析，校验的精确性，通过相应的指标分析飞行任务的安全性和可行性，并将无人机的飞行状态分为正常、非正常、有需要备降和立即备降四种状态，无人机获取遥测信息，进而识别低空动态障碍物，以确保在任何时候都能满足四维运行空间约束，无人机的操纵方式决定其必须具备自主的飞行空域的环境感知、碰撞威胁估计、避让路径规划与机动控制能力，通过预定模块与动态避障进行配合，实现在校验的飞行过程中，确保飞行安全与公共安全，减少危险发生，提高测试安全性。
进一步地，所述数据存储模块，包括：
第一确定模块，用于根据采集的数据，确定待存储数据；
构建模块，用于构建业务场景数据识别函数；
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确定业务场景标签之间的关联关系，基于关联关系确定存储顺序，基于存储顺序将各个子数据分别存储至对应的场景数据存储模块中；
调整模块，用于在将子数据存储至场景数据存储模块过程中，检测存储时的数据流速及数据存储时序，在确定存在异常时，生成调整指令进行调整；所述调整指令包括调整数据流速和/或数据存储时序。
上述技术方案的工作原理及有益效果：基于第一确定模块确定待存储数据；构建模块，用于构建业务场景数据识别函数；第二确定模块，基于业务场景数据识别函数对待存储数据进行解析识别，将待存储数据分割为若干个子数据，每个子数据标注一个业务场景标签；确定业务场景标签之间的关联关系，基于关联关系确定存储顺序，基于存储顺序将各个子数据分别存储至对应的场景数据存储模块中；便于准确对待存储数据进行分割，每个子数据标注一个业务场景标签，便于实现基于不同的业务场景标签存储至不同的场景数据存储模块中。同时在存储过程中基于业务场景标签之间的关联关系进行存储，在存储过程中，可以对相应类别的业务场景标签对应的子数据进行检查，及各个子数据之间的逻辑关系进行判断，进一步提高存储的安全性及准确性。
调整模块，用于在将子数据存储至场景数据存储模块过程中，检测存储时的数据流速及数据存储时序，在确定存在异常时，生成调整指令进行调整；所述调整指令包括调整数据流速和/或数据存储时序。存在异常，包括数据流速过快或过慢、数据存储时序错误等。保证每个场景数据存储模块对分配的子数据存储的准确性。
进一步地，无人机航测系统执行地面飞行数据管理系统发送的飞行指令；
地面飞行数据管理系统接收无人机航测系统在执行飞行指令时返回的航测数据，根据航测数据判断无人机航测系统的执行状态是否异常，在确定异常时，发出报警提示；
地面飞行数据管理系统接收无人机航测系统在执行飞行指令时返回的航测数据，根据航测数据判断无人机航测系统的执行状态是否异常，方法包括：
基于n条历史航测数据构建分析数据库，每条历史航测数据包括无人机航测系统在不同环境下的相同的p个指标所对应的值，将n条历史航测数据的p个指标的值形成向量X，向量X含有n行p列；
标注每条历史航测数据，对应的无人机航测系统的执行状态是否异常，并根据标注信息形成向量Y，其中向量Y中的每个值都用0,1表示，0表示无人机航测系统的执行状态异常；1表示无人机航测系统的执行状态正常；
根据向量X和向量Y构建方程（1），并求解方程(1)得到判断系数A；
Figure SMS_43
（1）
其中，
Figure SMS_44
为向量Y的第i个值，/>
Figure SMS_45
为向量X的第i行j列的值；/>
Figure SMS_46
和/>
Figure SMS_47
为判断系数A的值，j=1、2、3……p，则所述值共含有p+1个；方程（1）中存在判断系数A中的p+1个未知值，同时存在p+1个等式，求解得出/>
Figure SMS_48
和/>
Figure SMS_49
；
基于判断系数A及航测数据，计算判断值F：
Figure SMS_50
（2）
其中，
Figure SMS_51
为航测数据的p个指标中的第j个指标的值；
在确定判断值F小于0时，表示无人机航测系统的执行状态异常；在确定判断值F大于等于0时，表示无人机航测系统的执行状态正常。
上述技术方案的工作原理及有益效果：地面飞行数据管理系统接收无人机航测系统在执行飞行指令时返回的航测数据，根据航测数据判断无人机航测系统的执行状态是否异常，在确定异常时，发出报警提示；便于及时调整对无人机航测系统的飞行指令，保证无人机航测系统的安全运行。
在根据航测数据判断无人机航测系统的执行状态是否异常，首先基于n条历史航测数据及对执行状态是否异常的判断信息构建向量X和向量Y，及方程（1）求解方程(1)得到判断系数A；基于判断系数A及航测数据，计算判断值在确定判断值F小于0时，表示无人机航测系统的执行状态异常；在确定判断值F大于等于0时，表示无人机航测系统的执行状态正常。提高了判断无人机航测系统的执行状态的准确性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人机飞行航线监测及校验系统，其特征在于：包括无人机航测系统和地面飞行数据管理系统；
在所述无人机航测系统和所述地面飞行数据管理系统之间建立无人机通信架构，在航测操作用，接收和传达双方所发出的信息；
所述无人机航测系统用于接收所述地面飞行数据管理系统所设的参数以及飞行指令；
所述无人机航测系统飞行实测记录，并实时向所述地面飞行数据管理系统反馈无人机飞行信息参数，所述地面飞行数据管理系统根据无人机反馈信息进行飞行数据校验。
2.根据权利要求1所述的一种无人机飞行航线监测及校验系统，其特征在于：所述无人机航测系统包括有用于定位的动态差分检测模块，对空间检测的姿态测量模块，包括用于测距的红外扫描测距模块，还包括用于信号接收和发送的通讯模块；
所述动态差分检测模块用于确定扫描投影中心的空间位置,通过接收卫星的数据,实时精确测定出设备的空间位置,再通过后处理技术与地面基站的地面飞行数据管理系统进行差纷计算,精确计算得出飞行轨迹；
所述姿态测量模块用于测量扫描装置生光轴的空间姿态参数由装置将接收到的GNSS数据,经过处理,求得飞行运动的轨迹，根据轨迹的几何关系及变量参数,推算出未来的空中位置,测算出该测量系统的实时和将来的空间向量；
所述红外扫描测距模块用于测量传感器到地面点的距离,测量距离为离地面30-2500m，通过后期利用软件对数据进行处理辨别出地面信息；
所述通讯模块内的接收模组用于接收地面飞行数据管理系统发出的参数信息和任务指令，且通讯模块内的发送模组用于给地面飞行数据管理系统反馈无人机收集到的数据参数。
3.根据权利要求2所述的一种无人机飞行航线监测及校验系统，其特征在于：建立无人机通信架构包括准备一套无线电设备和一套蜂窝移动网络设备,将无人机上无线电设备与地面飞行数据管理系统通过蜂窝移动网络连接，将无人机在制定区域放飞并发送一个机动指令, 检查相应指令的执行情况，对通讯系统进行测试，建立无人机与地面直接的通讯通道。
4.根据权利要求1所述的一种无人机飞行航线监测及校验系统，其特征在于：地面飞行数据管理系统包括对采集的数据进行储存的数据储存模块，用过输入指令的控制模块，航线分析制定的预定模块，以及后期参数比对的分析模块，用于信号收发的通讯模块，地面飞行数据管理系统在地面上建立地面基地，用于对后续航线出发点进行限定。
5.根据权利要求4所述的一种无人机飞行航线监测及校验系统，其特征在于：所述数据存储模块，包括：
第一确定模块，用于根据采集的数据，确定待存储数据；
构建模块，用于构建业务场景数据识别函数；
所述构建模块构建业务场景数据识别函数的方法，包括：
获取样本数据，将每一个样本数据基于业务场景进行数据分割，分成
Figure QLYQS_1
个数据块，构建业务场景数据识别函数/>
Figure QLYQS_2
：/>
Figure QLYQS_3
;
其中，
Figure QLYQS_5
为初始化后的偏置参数，/>
Figure QLYQS_8
；/>
Figure QLYQS_10
为自然常数；/>
Figure QLYQS_6
为第/>
Figure QLYQS_7
个数据块的业务场景；/>
Figure QLYQS_9
为预测第/>
Figure QLYQS_11
个数据块的业务场景的概率；/>
Figure QLYQS_4
为被标记的数据块的业务场景;
第二确定模块，用于：
基于业务场景数据识别函数对待存储数据进行解析识别，将待存储数据分割为若干个子数据，每个子数据标注一个业务场景标签；
确定业务场景标签之间的关联关系，基于关联关系确定存储顺序，基于存储顺序将各个子数据分别存储至对应的场景数据存储模块中；
调整模块，用于在将子数据存储至场景数据存储模块过程中，检测存储时的数据流速及数据存储时序，在确定存在异常时，生成调整指令进行调整；所述调整指令包括调整数据流速和/或数据存储时序。
6.根据权利要求1所述的一种无人机飞行航线监测及校验系统，其特征在于：所述飞行校验方法包括如下步骤：
S1：在测试前，通过现场勘测以及无人机探索采集测试路线区域的地图参数，并将参数存储到数据储存模块内，作为后续航行路线制定航路点的数据基础；
S2：根据地图区域参数，预定模块进行分析，制定无人机校验用的飞行计划所经过路线的航路点，并根据航路点绘制飞行航线，在每个航路点进行定位，并设置校验检测设备；
S3：控制模块将制定好的路线参数通过指令传输给无人机，进行航线校验，无人机上姿态测量模块在校验过程中与每个航路点上的校验检测设备进行远程识别，并实现航路点定位校验；
S4：将无人机航线的参数通过通讯模块传输到分析模块内，分析模块根据无人机的空间姿态参数进行分析，将无人机实际飞行的航线进行绘制，与预定的航线进行比对，得出校验结果。
7.根据权利要求5所述的一种无人机飞行航线监测及校验系统，其特征在于：所述无人机航测系统根据需要在试验场地开展航线点自动校验的飞行试验，其中校验测试还包括对点避障飞行、无人机自动着陆以及无人机绕行；
所述预定模块通过在给定的地面高度上构造障碍物图，将三维路径规划问题转化为二维问题，利用四叉树分解建立基于障碍物占用率和风场的搜索空间，生成城市环境中小型无人机的避障抗风扰飞行路径；
其中，在路径中设置多个用于校验的航路点，用于路线校验，无人机路径规划分两个阶段，全局路径规划和动态避障。
8.根据权利要求7所述的一种无人机飞行航线监测及校验系统，其特征在于：所述全局路径规划计算和评估无人机在特定时间可能采取的不同航路，无人机通过机载传感器或SDSP获取静态障碍物的坐标，全局规划为无人机飞行控制系统提供可行的航路；
所述动态避障是无人机在飞行过程中通过通信模块获取其他动态障碍物的位置，进行在线路径决策，通过相应的指标分析飞行任务的安全性和可行性，并将无人机的飞行状态分为正常、非正常、有需要备降和立即备降四种状态。
9.根据权利要求6所述的一种无人机飞行航线监测及校验系统，其特征在于：所述无人机航测系统在测试过程中，实时对航行路线进行记录，并定点进行信号传送，分析模块通过曲线图绘制预定路线路和无人机实际航线图，并将用于校验的航路点进行标识，根据路线重合度，实现对无人机飞行校验。
10.根据权利要求1所述的一种无人机飞行航线监测及校验系统，其特征在于：
无人机航测系统执行地面飞行数据管理系统发送的飞行指令；
地面飞行数据管理系统接收无人机航测系统在执行飞行指令时返回的航测数据，根据航测数据判断无人机航测系统的执行状态是否异常，在确定异常时，发出报警提示；
地面飞行数据管理系统接收无人机航测系统在执行飞行指令时返回的航测数据，根据航测数据判断无人机航测系统的执行状态是否异常，方法包括：
基于n条历史航测数据构建分析数据库，每条历史航测数据包括无人机航测系统在不同环境下的相同的p个指标所对应的值，将n条历史航测数据的p个指标的值形成向量X，向量X含有n行p列；
标注每条历史航测数据，对应的无人机航测系统的执行状态是否异常，并根据标注信息形成向量Y，其中向量Y中的每个值都用0,1表示，0表示无人机航测系统的执行状态异常；1表示无人机航测系统的执行状态正常；
根据向量X和向量Y构建方程（1），并求解方程(1)得到判断系数A；
Figure QLYQS_12
（1）
其中，
Figure QLYQS_13
为向量Y的第i个值，/>
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为向量X的第i行j列的值；/>
Figure QLYQS_15
和/>
Figure QLYQS_16
为判断系数A的值，j=1、2、3……p，则所述值共含有p+1个；方程（1）中存在判断系数A中的p+1个未知值，同时存在p+1个等式，求解得出/>
Figure QLYQS_17
和/>
Figure QLYQS_18
；
基于判断系数A及航测数据，计算判断值F：
Figure QLYQS_19
（2）
其中，
Figure QLYQS_20
为航测数据的p个指标中的第j个指标的值；
在确定判断值F小于0时，表示无人机航测系统的执行状态异常；在确定判断值F大于等于0时，表示无人机航测系统的执行状态正常。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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