[发明专利]一种小型固定翼无人机空中防撞系统及防撞方法

说明书

本发明属于无人机技术领域，涉及一种小型固定翼无人机空中防撞系统及防撞方法。本发明防撞系统包括一种小型固定翼无人机空中防撞系统，包括感知模块和避碰模块；所述感知模块和避碰模块均安装在固定翼无人机上；所述感知模块包括自身状态感知子模块、通信子模块和障碍物感知子模块；所述避碰模块包括碰撞预测子模块和碰撞避免子模块。所述碰撞预测子模块与所述感知模块建立连接，所述碰撞预测子模块生成继续飞行是否会引发碰撞的预测信息，然后将预测信息传输至碰撞避免子模块中，所述碰撞避免子模块根据预测信息调整固定翼无人机的飞行方向和飞行速度。本发明还提供了一种防撞方法，避免了无人机在飞行过程中发生相撞，确保了飞行安全。

技术领域

本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种小型固定翼无人机空中防撞系统及防撞方法。

背景技术

多无人机在同一空域中协作执行任务已经成为无人机发展的重要趋势。伴随着无人机的广泛应用，撞损、坠毁等安全事故频发，特别是在飞行器密度较高空域中，无人机与无人机、无人机与有人机共空域飞行所面临的碰撞冲突已成为影响多无人机协同使用的突出问题。因此，对于无人机空中防撞系统研究的需求变得非常迫切。

小型固定翼无人机，与传统飞机相比较，它的飞行速度较低，尺寸更小，常处于低雷诺数下飞行，高雷诺数空气动力学不再适合于小型固定翼无人机。而与普通悬浮翼无人机相比，它具有更高的负载和抗风能力，但是不能像普通悬浮翼无人机一样，在紧急时刻保持悬浮状态避免碰撞。随着技术的进步，小型固定翼无人机性能进一步完善，可以集飞行控制、导航、实时任务处理以及任务协同于一身，必将在诸多领域获得广泛应用。而要完成上述目标，小型固定翼无人机的防撞研究是必要条件。

从当前对无人机防碰撞研究的进展来看，国内多以单机的静态障碍物防碰撞为主，尚未开展动态的多机防撞研究。国外方面，虽然多无人机防撞问题近几年备受关注，但是对固定翼无人机的研究仍然较少，距离实践应用还有一定的距离。总之，目前针对小型固定翼无人机的空中防撞系统与防撞方法正处于研究发展之中，已有的民航客机空中防撞系统由于体积和载重的原因，不能直接移植到小型固定翼无人机中；而对于悬浮翼无人机来说，其飞行速度较慢，防撞系统中使用的雷达搜索范围较近，不适用于速度更高的小型固定翼无人机。因此，迫切需要研制小型固定翼无人机空中防撞系统，确保航空飞行安全。本文将威胁分为三种，静态的障碍物如高楼、非协作的飞行器以及协作的无人机，考虑固定翼无人机在上述威胁中的防撞问题，需要解决硬件体系设计问题与避碰算法设计问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于小型固定翼无人机空中防撞系统，能够避免无人机在飞行过程中发生相撞，确保了无人机飞行安全，具体技术方案如下：

一种小型固定翼无人机空中防撞系统，包括感知模块和避碰模块；所述感知模块和避碰模块均安装在固定翼无人机上；

所述感知模块包括自身状态感知子模块、通信子模块和障碍物感知子模块；所述自身状态感知子模块包括动态压力传感器、回转仪、地磁仪，GPS定位系统、数字式气压表、超频率音响感应器和高帧率相机；所述障碍物感知子模块包括声呐传感器和激光雷达；

所述避碰模块包括碰撞预测子模块和碰撞避免子模块，所述碰撞预测子模块与所述感知模块建立连接，所述碰撞预测子模块根据感知模块提供的固定翼无人机自身状态信息、周边障碍物信息和协同无人机状态信息生成继续飞行是否会引发碰撞的预测信息，然后将预测信息传输至碰撞避免子模块中，所述碰撞避免子模块根据预测信息调整固定翼无人机的飞行方向和速度。

进一步地，所述通信子模块为射频收发器。

本发明还提供了一种小型固定翼无人机空中防撞方法，在无人机上安装上述的小型固定翼无人机空中防撞系统，具体包括以下步骤：