[发明专利]一种固定翼无人机动态避障预测管理方法有效

专利信息
申请号: 202210971928.9 申请日: 2022-08-15
公开(公告)号: CN115033027B 公开(公告)日: 2022-10-25
发明(设计)人: 李亚飞;刘明欢 申请(专利权)人: 中国民航大学
主分类号: G05D1/10 分类号: G05D1/10
代理公司: 天津市三利专利商标代理有限公司 12107 代理人: 韩新城
地址: 300300 天津市东*** 国省代码: 天津;12
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摘要:
搜索关键词: 一种 固定 无人机 动态 预测 管理 方法
【说明书】:

发明公开固定翼无人机动态避障预测管理方法,包括:固定翼无人机检测水平飞行路径上预设距离范围内是否有入侵机,若检测到,进入避障前动态预测模式:将自身视为一质点且水平飞行,将视为另一质点的入侵机为球心,在入侵机周围虚拟出一球形空间区域,球形空间区域半径为安全间隔,在球形空间区域与固定翼无人机间模拟生成一圆锥体状的动态速度障碍区;动态速度障碍区的圆锥顶点为固定翼无人机,圆锥表面与球形空间区域相切,圆锥中心线与圆锥表面的夹角为φ;继续飞行过程中,基于该动态速度障碍区及自身的速度,预测固定翼无人机相对于入侵机的速度方向与圆锥中心线的夹角是否小于φ,判断固定固定翼无人机是否需要避障。本发明能实现避障预测。

技术领域

本发明涉及无人机技术领域,特别是涉及一种固定翼无人机动态避障预测管理方法。

背景技术

大量无人机在未来会进入低空空域,高密度的无人机交通流增大了无人机空中相撞的概率,给无人机交通管理带来巨大的风险挑战。在复杂低空空域环境中,入侵的无人机给飞行安全带来潜在的威胁,无人机能有效避开运动障碍物成为保证安全有序飞行的关键所在。

无人机在探测感知障碍物后做出机动反应,依据规避决策产生规避路径。固定翼无人机巡航速度快,航程远,但无法实现空中悬停,存在最小转弯半径,机动性差。对于固定翼无人机,按照原来已规划的一条从起点到终点无障碍物冲突的安全可行路径飞行,由于动态障碍物,如入侵无人机的侵入使得无人机为避障会暂时偏离原来路径。为保证无人机安全运行,就需要固定翼无人机在飞行过程中能做至对入侵机是否需要避障及何时开始避障进行有效预测,现有单一依靠距离检测进行避障,准确性差,不能满足需要;另外,在避障碍时,要尽可能缩短无人机从起点到终点的路径长度,无人机需要恢复到原来路径,偏离距离越大,地面操作员的操作难度也更大,无人机恢复原路径效率也更低。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷,而提供一种固定翼无人机动态避障预测管理方法,能对固定翼无人机是否需要避障以及何时开始避障进行有效预测。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是:

一种固定翼无人机动态避障预测管理方法,包括:

固定翼无人机的控制系统利用机身上安装的激光雷达检测水平飞行路径上预设距离范围内是否存在入侵机,若检测到,则控制系统进入避障前动态预测模式;

进入避障前动态预测模式后,控制系统通过内置的数据处理系统,将自身视为一个质点且水平飞行,将视为另一个质点的入侵机为球心,在入侵机周围虚拟出一个球形空间区域,该球形空间区域半径为安全间隔,在该球形空间区域与固定翼无人机之间模拟生成一个圆锥体状的动态速度障碍区;该动态速度障碍区的圆锥顶点为固定翼无人机,圆锥表面与球形空间区域相切,圆锥中心线与圆锥表面的夹角为φ;在继续飞行过程中,基于该动态速度障碍区、固定翼无人机自身的速度与位置以及入侵机的位置及速度,预测固定翼无人机相对于入侵机的速度方向与圆锥中心线的夹角是否小于φ,判断固定翼无人机是否需要避障;当夹角小于φ,控制系统进入动态避障模式进行动态避障。

优选的,控制系统进入动态避障模式进行动态避障时,首先利用预置算法,基于偏离起点计算出最小的偏离距离,然后以计算出的最小的偏离距离为目标,自偏离起点始,在三维空间水平偏转或垂直偏转,沿球形空间区域的平行且远离原水平飞行路径的切线飞过,然后再恢复到原水平飞行路径:

所述偏离距离指固定翼无人机为实现动态避障,以远离原水平飞行路径的方式改变速度方向,绕过所述球形空间区域的过程中,当速度方向改变到与原水平飞行路径方向一致时所在水平飞行路径与原水平飞行路径间的距离;最小的偏离距离是与所述的球形空间区域的外圆相切的水平飞行路径与原水平飞行路径间的距离。

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