[发明专利]无人机的航行轨迹规划方法、装置及系统

权利要求书

1.一种无人机的航行轨迹规划方法，其特征在于，包括：

根据航行任务，确定无人机的预估航迹和预计飞行时间；

根据无人机获取的外部环境信息，生成所述无人机的动态安全飞行保护区，其中，所述根据无人机获取的外部环境信息，生成所述无人机的动态安全飞行保护区，包括：

获取在所述无人机预设范围内的飞行障碍物的飞行速度和方位；

根据所述无人机的实时航速、指令发布时间及信息传输延迟时间，生成所述无人机的动态安全飞行保护区，其中无人机的动态安全飞行保护区半径R₁＝r₁+v₁(T₀+t₀)，其中r₁为无人机的常规静态安全半径，v₁为无人机实时航速，T₀为管制员平均指令发布时间，t₀为信息平均传输延时；

根据所述动态安全飞行保护区进行飞行冲突检测，包括：

判断在预设的未来飞行时长内，所述无人机的动态安全飞行保护区是否与所述飞行障碍物的保护区存在交叠，具体采用如下公式：式中(x₁(t+1)，y₁(t+1))，(x₂(t+1)，y₂(t+1))为下一时隙无人机与飞行障碍物的位置坐标，R2为飞行障碍物的保护区半径；若存在交叠，则确定存在飞行冲突；

若存在飞行冲突，则根据所述飞行冲突的类型选择对应的避撞策略；并根据所述避撞策略，解除所述飞行冲突，其中飞行冲突的类型包括单机冲突和多机冲突，多机冲突根据多个冲突点的远近程度进行冲突等级划分，从而转化为不同解脱顺序的单机冲突，所述单机冲突对应的避撞策略包括基于正三角形网络离散化处理的调向策略，以及调速策略；

其中，基于无人机与有人机的当前位置和预计冲突区，对飞行空间进行正三角形网络离散化处理，令三角形边长为无人机的动态安全飞行保护区半径R₁，并设置冲突区周边三角形步径边长惩罚因子x_i，以冲突点O为中心、R₁为边长的正六边形区域内按照两两夹角为60°生成6条第一标注边，且设置所述第一标注边的惩罚因子为-∞，基于无人机的原计划航迹的其余边的惩罚因子设为0；

在两机预计冲突区范围之外设置决策点，在决策点，将与原计划航迹相连、夹角为±120°的第二标注边设置惩罚因子为-1；在冲突点O处，将与原计划航迹相连、夹角为±60°的第三标注边设置惩罚因子为1；其余标注边根据与原计划航迹距离的远近程度，以0.5个单位的惩罚因子递增方式设置相应的惩罚因子，将重新生成的一条惩罚因子之和最小的飞行航迹作为新航迹，其中，航迹选择的目标函数为：

式中：x_i为惩罚因子且x_i≥0，n为时隙内调向的步径总数；

根据解除飞行冲突所耗费的时间和所述预计飞行时间，重新规划无人机的航迹。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据航行任务，确定无人机的预估航迹和预计飞行时间，包括：

根据所述航行任务的起点、终点，确定无人机的预估航迹和预计飞行时间；

按照预设的时间间隔，将所述预计飞行时间划分为N个飞行时隙；N为大于1的自然数；

确定每个飞行时隙的计划飞行航程和计划飞行时间。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据解除飞行冲突所耗费的时间和所述预计飞行时间，重新规划无人机的航迹，包括：

根据解除飞行冲突所耗费的时间和所述预计飞行时间，确定剩余飞行时隙的补偿时间；

根据剩余飞行时隙的补偿时间，确定剩余飞行时隙内的计划飞行航程和计划飞行时间；

根据剩余飞行时隙内的计划飞行航程和计划飞行时间，重新规划无人机的航迹。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据无人机获取的外部环境信息，生成所述无人机的动态安全飞行保护区之后，所述方法还包括：

若不存在飞行冲突，则所述无人机按照预估航迹和预计飞行时间执行航行任务。