[发明专利]一种基于瞬时碰撞点的无人机非协作式实时避障方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到无人机领域，特指一种基于瞬时碰撞点的无人机非协作式实时避障方法。

背景技术

随着无人机系统能力的不断发展，众多功能各异的无人机被广泛应用于各种民事行动中，这也导致无人机在使用空域数量的迅速增加。目前，无人机系统的自主能力普遍不高，其操作使用主要是由地面站遥控或预编程的，没有空间障碍的感知和规避(Sense and Avoid,SAA)能力，从而导致空中碰撞事故频频发生。

目前，无人机系统实现感知与规避主要有两种途径：

第一种途径：通过地基感知与规避，在地面站基于无人机的状态测控数据，实现同一空域内执行不同任务的无人机之间时空冲突消解。

第二种途径：随着传感器技术和自动化技术的进步，实现机载的感知与规避。这也分为两大类，一类是安装了ADS-B(广播式自动相关监视)和TCAS(交通预警和避撞系统)的无人机之间的协作式避碰；另一类是未安装ADS-B或者TCAS的无人机或者该装置失灵条件下无人机之间，以及无人机与空中其他障碍(高山、高建筑等)之间的非协作式避碰。非协作式避碰作为无人机依托机载传感器设备及时检测障碍并实施有效规避的重要保障，对于提高无人机飞行安全具有更为重要的意义，其技术已成为当前研究的热点。

非协作式避碰主要有三种方式：主动系统、被动系统和混合系统。主动系统能发射信号来检测障碍物，包括机载微波雷达、毫米波雷达、激光、声纳、主动电子扫描阵列(AESA)雷达等主动传感器。被动系统则用于检测从障碍物散发的信号，主要包括光电(EO)、红外(IR)等被动传感器。混合系统采用主动传感器和被动传感器混合的探测模式。非协作式避碰无需其它无人机拥有相同的系统，可用于检测包括飞机在内的地面、空中的障碍物。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、易实现、能够提高无人机安全性的基于瞬时碰撞点的无人机非协作式实时避障方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于瞬时碰撞点的无人机非协作式实时避障方法，其步骤为：

(1)障碍探测：获取障碍的相对运动状态；

(2)障碍运动估计：基于卫星导航信息获取本机状态信息，计算出惯性空间障碍的运动状态

(3)碰撞冲突检测：判断是否会与障碍发生碰撞；

(4)避障决策：基于步骤(3)的检测结果，做出避障决策；

(5)基于考虑瞬时碰撞点的快速扩展随机树算法的避障航线重规划：基于瞬时碰撞点，引入航线评价启发信息，实现避障航线重规划。

作为本发明的进一步改进：所述步骤(5)的具体步骤为：

(5.1)：以当前无人机的位置作为初始节点Node_init，初始化搜索树结构，只包含一个节点；根据预测碰撞算法，得到预测碰撞时间T_collision，以瞬时碰撞点为圆心，以无人机安全距离R_Safe为半径，形成预测碰撞区域Region_collision，将当前本机位置、预测碰撞点和障碍位置形成的三角形区域，称为航线规避区Region_avoid；

(5.2)基于基本RRT流程，按照以下步骤扩展搜索树：

(5.2.1)产生随机数P∈[0,1]，如果P<P_G则选择Node_goal作为目标点Node_target，否则在未搜索区域范围内产生一个位于障碍区域外产生随机点Node_rand；若随机点Node_rand未落入预测碰撞区和航线规避区，则选取Node_rand作为目标点Node_target，否则继续生成随机点Node_rand；分别落入了航线规避区Region_avoid和预测碰撞区域Region_collision，则将这两个随机点排除，选择作为目标点Node_target；