RU2811621C1 - Способ предупреждения столкновения беспилотного аппарата с воздушным судном - Google Patents
Способ предупреждения столкновения беспилотного аппарата с воздушным судном Download PDFInfo
- Publication number
- RU2811621C1 RU2811621C1 RU2023123650A RU2023123650A RU2811621C1 RU 2811621 C1 RU2811621 C1 RU 2811621C1 RU 2023123650 A RU2023123650 A RU 2023123650A RU 2023123650 A RU2023123650 A RU 2023123650A RU 2811621 C1 RU2811621 C1 RU 2811621C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aircraft
- uav
- zone
- meters
- forecast
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 230000002265 prevention Effects 0.000 abstract description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- WBWWGRHZICKQGZ-HZAMXZRMSA-M taurocholate Chemical compound C([C@H]1C[C@H]2O)[C@H](O)CC[C@]1(C)[C@@H]1[C@@H]2[C@@H]2CC[C@H]([C@@H](CCC(=O)NCCS([O-])(=O)=O)C)[C@@]2(C)[C@@H](O)C1 WBWWGRHZICKQGZ-HZAMXZRMSA-M 0.000 description 6
- RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 9,10-anthraquinone Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC=CC=C3C(=O)C2=C1 RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 101710116822 Atrochrysone carboxylic acid synthase Proteins 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- IHKWXDCSAKJQKM-SRQGCSHVSA-N n-[(1s,6s,7r,8r,8ar)-1,7,8-trihydroxy-1,2,3,5,6,7,8,8a-octahydroindolizin-6-yl]acetamide Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](NC(=O)C)CN2CC[C@H](O)[C@@H]21 IHKWXDCSAKJQKM-SRQGCSHVSA-N 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к способу предупреждения столкновения беспилотного летательного аппарата (БПЛА) с воздушным судном. Для предупреждения столкновения используют на БПЛА систему автоматического зависимого наблюдения АЗН-В, с помощью которой получают информацию о местоположении, курсе и скорости постороннего воздушного судна, также оборудованного системой АЗН-В, передают в эфир сигналы БПЛА, отправляя данные о местоположении, высоте, направлении и скорости, осуществляют расчет и построение зоны прогноза, предупреждения и уклонения определенным образом, по результатам которого принимается решение соответственно о построении прогноза траектории постороннего воздушного судна, подают сигнал пилоту БПЛА о воздушном столкновении, и в случае бездействия осуществляют автоматическое построение маневра БПЛА и уход с траектории полета постороннего воздушного судна. Обеспечивается повышение безопасности полета БПЛА за счет возможности рассчитывать и осуществлять маневры уклонения от возможности столкновения с несколькими воздушными судами, движущимися в разных плоскостях и с разными скоростями. 4 ил.
Description
Настоящее изобретение относится к предотвращению столкновений между летательными аппаратами и, в частности, касается предупреждения столкновений между воздушными судами и беспилотного летательного аппарата.
Беспилотный воздушный аппарат (БПЛА) является летательным аппаратом без пилота на борту. Этот летательный аппарат может быть оснащен автоматическими системами и осуществлять свой полет автономно; он может также содержать датчики и управляться дистанционно пилотом с земли.
Из уровня техники известен способ навигации беспилотного аппарата (патент RU 2661242, МПК G08G 5/04, опубл. 13.07.2018) в присутствии, по меньшей мере, одного постороннего летательного аппарата в зоне пространства, окружающего беспилотный аппарат, согласно которому на основании мощности принимаемого сигнала вычисляют оценочное расстояние между беспилотным аппаратом и посторонним летательным аппаратом и подтверждают его, если оценочное значение данных позиционирования, вычисленное беспилотным аппаратом с использованием оценочного расстояния, по существу, соответствует измеренному значению данных позиционирования.
Недостатком данного способа является отсутствие максимально точной и подробной информации о воздушных средствах. АЗН-В позволяет получать точные GPS координаты судна, высоту, горизонтальную и вертикальную скорости, а также идентификатор и номер судна.
Из уровня техники известен способ предупреждения столкновения БПЛА с посторонним воздушным судном (патент RU 2581455, МПК G08G 5/00, опубл. 20.04.2016, прототип). Для предупреждения столкновения определяют положение постороннего воздушного судна относительно беспилотного летательного аппарата, измеряют угловую скорость постороннего воздушного судна в горизонтальной плоскости, определяют, оснащено ли постороннее воздушное судно системой TCAS, следуют по предварительно определенной траектории уклонения согласно полученному извещению от TCAS постороннего воздушного судна. В случае отсутствия системы TCAS у постороннего воздушного судна траекторию уклонения определяют самостоятельно. При этом БПЛА для реализации способа предупреждения столкновения содержит приемоответчик режима S, запросчик приемоответчика, средства определения положения и угловой скорости постороннего воздушного судна, систему управления полетом.
Недостатком данного способа является исключение вертикальных маневров и отсутствие информирования пилота о возможном столкновении. Системой TCAS оборудованы борта тяжелее 5,7 тонн или с числом пассажирских мест более 19, что исключает из этой системы большое количество малых гражданских воздушных судов. Использование системы TCAS является сложным и не подходит для беспилотных аппаратов, которые, как правило, имеют относительно низкую стоимость.
Задачей изобретения является облегчение навигации беспилотного аппарата с установленной системой автоматического зависимого наблюдения-вещания (АЗН-В) и возможности уклоняться от столкновения с посторонним воздушным судном за счет того, что осуществляется расчет траектории уклонения более чем от одного воздушного судна, как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости, переча внешнему пилоту информацию о возможном столкновении и в случае бездействия вмешательство в управление полётом БПЛА.
Технический результат достигается тем, что способ предупреждения столкновения беспилотного аппарата с воздушным судном содержит следующие этапы:
- получают информацию о местоположении, курсе и скорости постороннего воздушного судна, оборудованного системой АЗН-В,
- по актуальным данным осуществляют расчет и построение зоны прогноза, предупреждения и уклонения, при этом
- радиус зоны прогноза вычисляют по формуле:
где Rзпр - радиус зоны прогноза в метрах;
Uла - скорость постороннего воздушного судна (ВС) относительно БПЛА в метрах.
- радиус зоны предупреждения вычисляют по формуле:
где Rзп - радиус зоны предупреждения в метрах,
- радиус зоны уклонения вычисляют по формуле:
где Rу - радиус зоны уклонения в метрах,
минимальный радиус зоны прогноза 4000 метров и минимальный размер по высоте зоны прогноза 1500 метров; минимальный радиус зоны предупреждения 2000 метров и минимальный размер по высоте зоны предупреждения 800 метров; а минимальный радиус зоны уклонения 1000 метров и минимальным размером по высоте 500 метров,
- после вычисления Rзпр, Rзп и Rу принимается решение соответственно о построении прогноза траектории постороннего воздушного судна по актуальным данным, подаче сигнала пилоту БПЛА о воздушном столкновении, и в случае бездействия автоматическое построение маневра БПЛА и уход с траектории полета постороннего воздушного средства,
при этом БПЛА, оснащенный такой системой АЗН-В, принимает сигналы от ВС, получая данные о местоположении, высоте, направлении и скорости, а также передает в эфир сигналы БПЛА, отправляя данные о местоположении, высоте, направлении и скорости.
Для понимания поведения самолетов в случае уклонения было проанализировано руководство ACAS. Известно, что все манёвры по уклонению от столкновений основаны на изменении высот одного из самолетов. Так как, чаще всего, БПЛА является более манёвренным судном, то будут иметь место горизонтальные маневры, позволяющие быстро уйти с курса другого постороннего воздушного судна.
Получив информацию о курсе и скорости постороннего ВС от модуля АЗН-В в воздушном пространстве, рассчитывают зоны прогноза предупреждения и уклонения по формулам (1), (2) и (3). Зоны строят вокруг посторонних ВС и необходимы для понимания уровня угрозы. Зона прогноза необходима для отсева далеко и/или медленно летящих посторонних ВС для экономии вычислительных мощностей. Зона предупреждения необходима для информирования пилота о находящихся рядом посторонних воздушных судов. Зона уклонения необходима для автоматического построения траектории ухода от курса и выполнение уклонения от постороннего воздушного судна.
В случае, когда вектор скорости постороннего ВС направлен от БПЛА, зоны можно не рассчитывать, так как столкновение невозможно.
На БПЛА, оснащенном также системой АЗН-В, система принимает сигналы от ВС, получая данные о местоположении, высоте, направлении и скорости, а также передает сигналы БПЛА, отправляя данные о местоположении, высоте, направлении и скорости.
Вычислительный модуль производит расчёт зон и, согласно алгоритму, принимает решение о предупреждении оператора или уклонении БПЛА, передавая сигналы управления.
Исходя из вышесказанного данный способ, в отличие от способов использования системы TCAS, позволяет «видеть» и производить маневры уклонения от любого ВС, оборудованного АЗН-В передатчиком.
Алгоритм с построением зон для горизонтальных маневров позволяет адаптироваться под ВС с разной скоростью полета, а также рассчитывать манёвры уклонения в случаях возможных столкновений с несколькими ВС.
Описание представлено со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 – схематичный вид в перспективе, иллюстрирующий ситуацию попадания беспилотного летательного аппарата в зоны воздушного судна в соответствии с изобретением,
фиг. 2 – схема построения зон воздушного судна,
фиг. 3 – блок-схема способа,
фиг. 4 – структурная схема автоматической системы анализа и обработки данных.
На фиг.1 – фиг. 4 позициями обозначены следующие элементы: 1 – БПЛА, 2 – направление траектории ухода от столкновения, 3 – зона прогноза, 4 – зона предупреждения, 5 – зона уклонения, 6 – зона столкновения; 7 – постороннее воздушное судно, 8 – прогноз траектории постороннего воздушного судна, 9 – автоматическая система анализа и обработки данных БПЛА, включающая вычислительный модуль 10 и АЗН-В 11.
Беспилотный летательный аппарат 1 непрерывно получает данные от модуля АЗН-В 11, показанного на фиг. 4, и в случае получения информации от любого другого модуля АЗН-В, установленного на постороннем воздушном судне 7, автоматическая система 9 анализа и обработки данных в вычислительном модуле 10 по формулам (1), (2) и (3) производит построение зон вокруг постороннего воздушного судна 7, дополнительно изображенных на фиг. 2, основываясь на скорости воздушного судна 7 относительно БПЛА 1. При этом вычислительный модуль 10 может быть выполнен, например, на базе АRМ чипа.
В соответствии с алгоритмом, указанным на фиг. 3, если БПЛА 1 находится зоне прогноза 3, то системой 9 строится прогноз 8 траектории постороннего воздушного судна 7, исходя из направления и скорости. В случае, когда БПЛА 1 попадает в зону предупреждения 4, система 9 передает оператору БПЛА 1 сигнал-тревогу о нахождении рядом постороннего воздушного судна 7, информацию о его положении относительно БПЛА 1, скорости сближения, идентификаторе и номере судна. Когда БПЛА 1 попадает в зону уклонения 5, система 9 строит кротчайший маршрут ухода 2 от траектории постороннего воздушного судна 7 с учетом направления, горизонтальной и вертикальной скорости воздушного судна 7, и немедленно выполняет его до момента выхода из зоны уклонения 5. В случае, если к БПЛА 1 приближается зона столкновения 6, необходимо к горизонтальной составляющей манёвра добавить вертикальную составляющую и задействовать 100% мощности моторов, для скорейшего ухода от столкновения.
Представленный способ позволяет «видеть» и производить маневры уклонения от любого постороннего воздушного судна, оборудованного АЗН-В передатчиком.
Алгоритм с построением зон для горизонтальных маневров позволяет адаптироваться под воздушное судно с разной скоростью полета, а также рассчитывать манёвры уклонения в случаях возможных столкновений с несколькими воздушными судами.
Claims (16)
- Способ предупреждения столкновения беспилотного летательного аппарата (БПЛА) с воздушным судном, характеризующийся тем, что содержит следующие этапы:
- - получают информацию о местоположении, курсе и скорости постороннего воздушного судна, оборудованного системой АЗН-В,
- - по актуальным данным осуществляют расчет и построение зоны прогноза, предупреждения и уклонения, при этом
- - радиус зоны прогноза вычисляют по формуле:
-
- где Rзпр - радиус зоны прогноза в метрах;
- Uла - скорость постороннего воздушного судна относительно БПЛА в метрах,
- - радиус зоны предупреждения вычисляют по формуле:
-
- где Rзп - радиус зоны предупреждения в метрах,
- - радиус зоны уклонения вычисляют по формуле:
-
- где Rу - радиус зоны уклонения в метрах,
- при этом минимальный радиус зоны прогноза 4000 метров и минимальный размер по высоте зоны прогноза 1500 метров; минимальный радиус зоны предупреждения 2000 метров и минимальный размер по высоте зоны предупреждения 800 метров; а минимальный радиус зоны уклонения 1000 метров и минимальный размер по высоте 500 метров,
- - после вычисления Rзпр, Rзп и Rу принимается решение соответственно о построении прогноза траектории постороннего воздушного судна по актуальным данным, подаче сигнала пилоту БПЛА о воздушном столкновении, и в случае бездействия автоматическое построение маневра БПЛА и уход с траектории полета постороннего воздушного средства,
- при этом БПЛА, оснащенный системой АЗН-В, принимает сигналы от ВС, получая данные о местоположении, высоте, направлении и скорости, а также передает в эфир сигналы БПЛА, отправляя данные о местоположении, высоте, направлении и скорости.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2811621C1 true RU2811621C1 (ru) | 2024-01-15 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118295436A (zh) * | 2024-05-31 | 2024-07-05 | 天津凌智皓越航空科技有限公司 | 基于ads-b的无人机避撞控制方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016070349A1 (en) * | 2014-11-05 | 2016-05-12 | Honeywell International Inc. | Air traffic system using procedural trajectory prediction |
| CN105931497A (zh) * | 2016-05-20 | 2016-09-07 | 中国民用航空总局第二研究所 | 通航空中冲突检测方法、装置和通用航空器 |
| EP3091526A2 (en) * | 2015-05-01 | 2016-11-09 | Honeywell International Inc. | Collision avoidance system for aircraft |
| RU2601968C2 (ru) * | 2011-08-02 | 2016-11-10 | Зе Боинг Компани | Система разделения воздушных судов при движении |
| US20170178516A1 (en) * | 2014-05-07 | 2017-06-22 | Israel Aerospace Industries Ltd. | Aircraft collision warning |
| CN107909856A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-04-13 | 四川九洲空管科技有限责任公司 | 一种碰撞冲突探测方法及系统 |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2601968C2 (ru) * | 2011-08-02 | 2016-11-10 | Зе Боинг Компани | Система разделения воздушных судов при движении |
| US20170178516A1 (en) * | 2014-05-07 | 2017-06-22 | Israel Aerospace Industries Ltd. | Aircraft collision warning |
| WO2016070349A1 (en) * | 2014-11-05 | 2016-05-12 | Honeywell International Inc. | Air traffic system using procedural trajectory prediction |
| EP3091526A2 (en) * | 2015-05-01 | 2016-11-09 | Honeywell International Inc. | Collision avoidance system for aircraft |
| CN105931497A (zh) * | 2016-05-20 | 2016-09-07 | 中国民用航空总局第二研究所 | 通航空中冲突检测方法、装置和通用航空器 |
| CN107909856A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-04-13 | 四川九洲空管科技有限责任公司 | 一种碰撞冲突探测方法及系统 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118295436A (zh) * | 2024-05-31 | 2024-07-05 | 天津凌智皓越航空科技有限公司 | 基于ads-b的无人机避撞控制方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2581455C1 (ru) | Способ предупреждения столкновения с воздушным судном и беспилотный аппарат, оснащённый системой для осуществления этого способа | |
| EP2856455B1 (en) | Systems and methods for enhanced awareness of obstacle proximity during taxi operations | |
| US9547993B2 (en) | Automated aircraft ground threat avoidance system | |
| EP1936584B1 (en) | A device at an airborne vehicle and a method for collision avoidance | |
| US10937327B2 (en) | Method and system for autonomous dynamic air traffic management | |
| US10140876B2 (en) | Systems and methods for enhanced awareness of obstacle proximity during taxi operations | |
| US9646504B2 (en) | Flight deck displays to enable visual separation standard | |
| EP2674723A2 (en) | Systems and methods for unmanned aircraft system collision avoidance | |
| US9575174B2 (en) | Systems and methods for filtering wingtip sensor information | |
| CN106463066B (zh) | 用于在存在入侵飞行器的情况下操纵航空无人机的方法以及实现该方法的无人机 | |
| WO2015170329A1 (en) | Aircraft collision warning | |
| US10854097B2 (en) | Anti-collision device and related avionic protection system, anti-collision method and computer program | |
| CN111276011B (zh) | 一种多跑道飞行程序运行的安全评估告警方法及系统 | |
| CN116859962A (zh) | 一种航空器着陆障碍物规避方法及系统 | |
| US20130024101A1 (en) | Method to perform threat analysis and symbology using ads-b traffic data | |
| RU2811621C1 (ru) | Способ предупреждения столкновения беспилотного аппарата с воздушным судном | |
| Lin et al. | UAV collision avoidance using sector recognition in cooperative mission to helicopters | |
| EP3859712A1 (en) | Collision awareness using cameras mounted on a vehicle | |
| CN111667724B (zh) | 一种tcas与航空器监视应用系统的集成方法 | |
| EP3091525A1 (en) | Method for an aircraft for handling potential collisions in air traffic | |
| EP3975156A1 (en) | Method to obtain a recognized air picture of an observation space surrounding an automated aerial vehicle | |
| CN114019999B (zh) | 一种无人机空中自动防撞方法及自动防撞系统 | |
| Siddiqi et al. | Redefining efficiency of TCAS for improved sight through image processing | |
| EP3879308A1 (en) | A method, computer program product, system and craft for collision avoidance | |
| EP3862999A1 (en) | Runway determination based on a clearance received from traffic control system |