一種雙無人機協(xié)同感知與規(guī)劃方法
【專利摘要】本方法屬于無人機協(xié)同感知與安全飛行領(lǐng)域，具體涉及一種雙無人機協(xié)同感知與規(guī)劃方法。本方法包含高空和低空兩架無人機，在執(zhí)行飛行任務(wù)的過程中，高空無人機位于低空無人機的前上方，為低空無人機提供飛行支持，以減輕低空無人機感知與處理空間信息的壓力，確保安全高效地完成其偵察及作戰(zhàn)任務(wù)。高空無人機在低空無人機未來航線上探測高海拔、大視野范圍內(nèi)的場景，感知遠距離的飛行環(huán)境、危險障礙物和威脅信息，為低空無人機規(guī)劃飛行安全通道。低空無人機在飛行安全通道中對小范圍、近距離的飛行環(huán)境、危險障礙物和威脅信息作精細感知，執(zhí)行偵察作戰(zhàn)任務(wù)。本方法確保了無人機低空執(zhí)行偵察作戰(zhàn)任務(wù)的安全性及高效性。
【專利說明】
_種雙無人機協(xié)同感知與規(guī)劃方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于無人機協(xié)同感知與安全飛行領(lǐng)域，具體涉及一種雙無人機協(xié)同感知與規(guī)劃方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無人機在低空甚至超低空飛行執(zhí)行偵察作戰(zhàn)任務(wù)的過程中，面臨的飛行環(huán)境十分復(fù)雜，可能會遇見危險障礙物(如電線桿、樹林、高樓、高山等)和威脅信息(如火控雷達、防空導(dǎo)彈等)。低空飛行的無人機在面對復(fù)雜環(huán)境執(zhí)行偵察作戰(zhàn)任務(wù)的同時，需要進行環(huán)境感知、路徑規(guī)劃、障礙物及威脅規(guī)避，在其感知與處理過程中，低空無人機將面臨沉重的信息負荷，一旦出現(xiàn)差錯，便會出現(xiàn)嚴重的后果。
[0003]為了能更加安全有效地執(zhí)行飛行任務(wù)，緩解單個無人機感知與處理空間信息的壓力，無人機聯(lián)合飛行、協(xié)同感知策略已經(jīng)成為無人機應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種雙無人機協(xié)同感知與規(guī)劃方法，以克服無人機在低空復(fù)雜環(huán)境下視野局限的問題，緩解無人機低空飛行時處理空間信息的壓力，提高無人機低空飛行執(zhí)行偵察作戰(zhàn)任務(wù)的安全性和有效性。
[0005]為此，本發(fā)明提出一種雙無人機協(xié)同感知與規(guī)劃方法，其特征是:至少包含一架高空無人機504、一架低空無人機505、地面控制站C、地形數(shù)據(jù)庫D和顯示終端E;具體步驟是:
[0006]101:高空無人機504和低空無人機505同時進入工作進行通信；
[0007]102:高空無人機504感知低空無人機505未來航線信息，為低空無人機提供飛行支持；
[0008]103:高空無人機504探測高海拔、大視野范圍內(nèi)的場景，感知遠距離的飛行環(huán)境、危險障礙物和威脅信息;將信息提供給地面控制站C;
[0009]104:高空無人機504為低空無人機505規(guī)劃飛行安全通道；
[0010]105:低空無人機505在高空無人機504為其規(guī)劃的安全通道中飛行；106:低空無人機505對視野內(nèi)的信息進行獲取，包括近距離的危險障礙物信息和威脅信息；
[0011]107:低空無人機505在安全的飛行環(huán)境中執(zhí)行偵察作戰(zhàn)任務(wù)，將信息提供給地面控制站C;
[0012]108:地面控制站C接收低空無人機505和高空無人機504的信息，調(diào)取地形數(shù)據(jù)庫D，將上述信息顯示在顯示終端E上。
[0013]所述的地形數(shù)據(jù)庫D是存儲地形信息的數(shù)據(jù)集合，用來查找高空無人機504和低空無人機505當(dāng)前飛行位置的地形數(shù)據(jù)信息，包含當(dāng)前地形的經(jīng)瑋度，地平面的海拔高度等信息。
[0014]所述的地面控制站C的作用是接收無人機發(fā)送的信息，通過計算機分析處理無人機反饋的各類信息，進而控制無人機安全飛行。
[0015]所述的顯示終端E在地面控制站C生成，是地面控制站C上的一個顯示屏幕，用來顯示處理后的各類信息。
[0016]其中步驟101同時進入工作進行通信是將感知的信息通過無線電波傳送給無人機地面控制站C，地面控制站C結(jié)合地形數(shù)據(jù)庫D對危險障礙物和威脅信息進行標注，然后在地面控制站C生成顯示終端E。
[0017]低空無人機505飛行高度比較低，大約在海拔300m?500m之間。
[0018]高空無人機504的位置位于低空無人機505的前上方，飛行高度是低空無人機505的3?5倍，高空無人機504和低空無人機505的空間距離在100m?1500m之間。
[0019]步驟106獲取的視野內(nèi)的信息包含高樓301、樹林302、山脈304。
[0020]其中，步驟103探測高海拔、大視野范圍內(nèi)的場景，感知遠距離的飛行環(huán)境、危險障礙物和威脅信息包含遠距離的火控雷達401、高山403信息。
[0021]顯示終端E是地面控制站的一個信息顯示屏幕，顯示屏幕分為三維場景顯示區(qū)域503和數(shù)據(jù)信息顯示區(qū)域502，其中三維場景顯示區(qū)域503位于數(shù)據(jù)信息顯示區(qū)域502的上方，其高度為顯示屏幕的2/3，數(shù)據(jù)信息顯示區(qū)域502位于顯示屏幕的底部，其高度為顯示屏幕的1/3;
[0022]三維場景顯示區(qū)域503顯示高空無人機504和低空無人機505的位置信息，同時顯示高空無人機的視野范圍和低空無人機的視野范圍內(nèi)的信息；
[0023]數(shù)據(jù)信息顯示區(qū)域502分為三個部分，包括:高空無人機飛行狀態(tài)顯示區(qū)域512，低空無人機飛行狀態(tài)顯示區(qū)域513和飛行安全通道顯示區(qū)域514;其中，高空無人機顯示區(qū)域512位于數(shù)據(jù)信息顯示區(qū)域502的最左邊，低空無人機顯示區(qū)域513位于數(shù)據(jù)信息顯示區(qū)域502的中間，飛行安全通道顯示區(qū)域514位于數(shù)據(jù)信息顯示區(qū)域502的最右邊；
[0024]高空無人機飛行狀態(tài)顯示區(qū)域512包含四個飛行參數(shù)顯示項:飛行航向顯示項515，飛行速度顯示項516，飛行高度顯示項517，經(jīng)瑋度顯示項518，以上四個顯示項左側(cè)顯示參數(shù)名稱，右側(cè)顯示具體數(shù)值，飛行航向顯示項515顯示位數(shù)為4位，飛行速度顯示項516顯示范圍為O?1000m/s，飛行高度顯示項517顯示范圍為1000?2000m，經(jīng)瑋度顯示項518顯示位數(shù)為4位；
[0025]低空無人機飛行狀態(tài)顯示區(qū)域513包含四個飛行參數(shù)顯示項:飛行航向顯示項519，飛行速度顯示項520，飛行高度顯示項521，經(jīng)瑋度顯示項522，以上四個顯示項左側(cè)顯示參數(shù)名稱，右側(cè)顯示具體數(shù)值，飛行航向顯示項519顯示位數(shù)為4位，飛行速度顯示項520顯示范圍為O?1000m/s，飛行高度顯示項521顯示范圍為O?1000m，經(jīng)瑋度顯示項522顯示位數(shù)為4位；
[0026]飛行安全通道顯示區(qū)域514包含三個安全通道參數(shù)顯示項:安全通道軸心高度顯示項523，安全通道經(jīng)瑋度顯示項524，安全通道軸心延伸方向顯示項525，以上三個安全通道參數(shù)顯示項左側(cè)顯示參數(shù)名稱，右側(cè)顯示具體數(shù)值;安全通道軸心高度顯示項523顯示范圍為O?1000m，安全通道經(jīng)瑋度顯示項524顯示位數(shù)為4位，安全通道軸心延伸方向525顯示項顯示位數(shù)為4位。
[0027]本發(fā)明可以讓操作員對無人機的飛行狀態(tài)信息和飛行安全通道的信息進行實時對比，更加直觀的了解無人機的實時飛行狀態(tài)，操作人員可以迅速對無人機的偏航角進行修正，保證無人機一直處于安全通道中，有利于緊急情況下操作人員更加快速準確的做出決策，保證無人機的安全飛行。
【附圖說明】
[0028]以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明:
[0029]圖1為一種雙無人機協(xié)同感知與規(guī)劃方法的流程圖；
[0030]圖2為一種雙無人機協(xié)同感知與規(guī)劃方法的空間布局示意圖；
[0031 ]圖3為低空無人機視野內(nèi)的顯示信息示意圖；
[0032]圖4為高空無人機視野內(nèi)的顯示信息示意圖；
[0033]圖5為地面控制站的顯示終端。
[0034]圖6為一種雙無人機協(xié)同感知與規(guī)劃方法的原理結(jié)構(gòu)圖
【具體實施方式】
[0035]本實施例提供了一種雙無人機協(xié)同感知與規(guī)劃方法，下面結(jié)合附圖對部分實現(xiàn)過程作詳細說明。
[0036]如圖1和圖2所示，一種雙無人機協(xié)同感知與規(guī)劃方法，至少包含兩架無人機，一架高空無人機504、一架低空無人機505、地面控制站C、地形數(shù)據(jù)庫D和顯示終端E;具體步驟是:
[0037]101:高空無人機504和低空無人機505同時進入工作進行通信；
[0038]102:高空無人機504感知低空無人機505未來航線信息，為低空無人機提供飛行支持；
[0039]103:高空無人機504探測高海拔、大視野范圍內(nèi)的場景，感知遠距離的飛行環(huán)境、危險障礙物和威脅信息;將信息提供給地面控制站C;
[0040]104:高空無人機504為低空無人機505規(guī)劃飛行安全通道；
[0041]105:低空無人機505在高空無人機504為其規(guī)劃的安全通道中飛行；
[0042]106:低空無人機505對視野內(nèi)的信息進行獲取，包括近距離的危險障礙物信息和威脅信息；
[0043]107:低空無人機505在安全的飛行環(huán)境中執(zhí)行偵察作戰(zhàn)任務(wù)，將信息提供給地面控制站C;
[0044]108:地面控制站C接收低空無人機505和高空無人機504的信息，調(diào)取地形數(shù)據(jù)庫D，將上述信息顯示在顯示終端E上。
[0045]如圖6所示，所述的地形數(shù)據(jù)庫D是存儲地形信息的數(shù)據(jù)集合，用來查找高空無人機504和低空無人機505當(dāng)前飛行位置的地形數(shù)據(jù)信息，包含當(dāng)前地形的經(jīng)瑋度，地平面的海拔高度等信息。
[0046]如圖6所示，所述的地面控制站C的作用是接收無人機發(fā)送的信息，通過計算機分析處理無人機反饋的各類信息，進而控制無人機安全飛行。
[0047]如圖6所示，所述的顯示終端E在地面控制站C生成，是地面控制站C上的一個顯示屏幕，用來顯示處理后的各類信息。
[0048]如圖6所示，高空無人機504和低空無人機505將感知的信息通過無線電波傳送給無人機地面控制站C，地面控制站C結(jié)合地形數(shù)據(jù)庫D對危險障礙物和威脅信息進行標注，然后在地面控制站C生成顯示終端E。無人機操作人員根據(jù)生成的顯示終端E操作低空無人機505對危險障礙物和威脅區(qū)域進行預(yù)警和規(guī)避。
[0049]下面結(jié)合附加圖2詳細說明一種雙無人機協(xié)同感知與規(guī)劃方法的空間布局:
[0050]該方法包含高空和低空兩架無人機，其中，低空無人機505飛行高度比較低，大約在海拔300m?500m之間。高空無人機504的位置位于低空無人機505的前上方，飛行高度是低空無人機505的3?5倍，高空無人機504和低空無人機505的空間距離在100m?1500m之間。
[0051]結(jié)合附加圖3詳細說明低空無人機視野內(nèi)的顯示信息:
[0052]從示意圖中可以看出:低空無人機的飛行高度比較低，獲取的信息具有精確性，視野內(nèi)的信息包含高樓301、樹林302、山脈304等，在飛行過程中，視野范圍有限，無法獲取高山背后的空間地理信息。低空無人機在高空無人機規(guī)劃的飛行安全通道303內(nèi)飛行，可以有效提高低空無人機在執(zhí)行飛行任務(wù)中的安全性能。
[0053]結(jié)合附加圖4詳細說明高空無人機視野內(nèi)的顯示信息:
[0054]從示意圖中可以看出:高空無人機504的安全性較高，具有更寬廣的視野，能夠更快獲得更多的空間地理信息，視野內(nèi)的顯示信息是低空無人機505未來航線上的信息，包含遠距離的火控雷達401、高山403等危險信息，符號402和符號404為地面控制站的信息標注，其中火控雷達的威脅區(qū)域402為火控雷達的探測區(qū)域，飛行安全通道404表示高空無人機為低空無人機設(shè)置的“空中高速公路”，低空無人機505在飛行安全通道中對明顯的障礙物和威脅信息進行預(yù)警和規(guī)避。
[0055]結(jié)合附加圖5詳細說明顯示終端的內(nèi)容:
[0056]顯示終端E是地面控制站的一個信息顯示屏幕，顯示屏幕分為三維場景顯示區(qū)域503和數(shù)據(jù)信息顯示區(qū)域502，其中三維場景顯示區(qū)域503位于數(shù)據(jù)信息顯示區(qū)域502的上方，其高度為顯示屏幕的2/3，數(shù)據(jù)信息顯示區(qū)域502位于顯示屏幕的底部，其高度為顯示屏幕的1/3。
[0057]三維場景顯示區(qū)域503顯示高空無人機504和低空無人機505的位置信息，同時顯示高空無人機的視野范圍和低空無人機的視野范圍內(nèi)的信息，包含危險障礙物信息(電線桿、樹林511、高樓510、高山509等)和威脅信息506、飛行安全通道信息508等
[0058]數(shù)據(jù)信息顯示區(qū)域分為三個部分，包括:高空無人機飛行狀態(tài)顯示區(qū)域512，低空無人機飛行狀態(tài)顯示區(qū)域513和飛行安全通道顯示區(qū)域514。其中，高空無人機顯示區(qū)域512位于數(shù)據(jù)信息顯示區(qū)域502的最左邊，低空無人機顯示區(qū)域513位于數(shù)據(jù)信息顯示區(qū)域502的中間，飛行安全通道顯示區(qū)域514位于數(shù)據(jù)信息顯示區(qū)域502的最右邊。
[0059]高空無人機飛行狀態(tài)顯示區(qū)域512包含四個飛行參數(shù)顯示項:飛行航向顯示項515，飛行速度顯示項516，飛行高度顯示項517，經(jīng)瑋度顯示項518，以上四個顯示項左側(cè)顯示參數(shù)名稱，右側(cè)顯示具體數(shù)值，飛行航向顯示項515顯示位數(shù)為4位，飛行速度顯示項516顯示范圍為O?1000m/s，飛行高度顯示項517顯示范圍為1000?2000m，經(jīng)瑋度顯示項518顯示位數(shù)為4位。
[0060]低空無人機飛行狀態(tài)顯示區(qū)域513包含四個飛行參數(shù)顯示項:飛行航向顯示項519，飛行速度顯示項520，飛行高度顯示項521，經(jīng)瑋度顯示項522，以上四個顯示項左側(cè)顯示參數(shù)名稱，右側(cè)顯示具體數(shù)值，飛行航向顯示項519顯示位數(shù)為4位，飛行速度顯示項520顯示范圍為O?lOOOm/s，飛行高度顯示項521顯示范圍為O?1000m，經(jīng)瑋度顯示項522顯示位數(shù)為4位。
[0061 ] 飛行安全通道顯示區(qū)域514包含三個安全通道參數(shù)顯示項:安全通道軸心高度顯示項523，安全通道經(jīng)瑋度顯示項524，安全通道軸心延伸方向顯示項525，以上三個安全通道參數(shù)顯示項左側(cè)顯示參數(shù)名稱，右側(cè)顯示具體數(shù)值。安全通道軸心高度顯示項523顯示范圍為O?1000m，安全通道經(jīng)瑋度顯示項524顯示位數(shù)為4位，安全通道軸心延伸方向525顯示項顯示位數(shù)為4位。
[0062]以上例舉僅僅是對本發(fā)明的舉例說明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的保護范圍的限制，凡是與本發(fā)明相同或相似的設(shè)計均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種雙無人機協(xié)同感知與規(guī)劃方法，其特征是:至少包含一架高空無人機(504)、一架低空無人機(505)、地面控制站C、地形數(shù)據(jù)庫D和顯示終端E;具體步驟是: 101:高空無人機(504)和低空無人機(505)同時進入工作進行通信； 102:高空無人機(504)感知低空無人機(505)未來航線信息，為低空無人機(505)提供飛行支持； 103:高空無人機(504)探測高海拔、大視野范圍內(nèi)的場景，感知遠距離的飛行環(huán)境、危險障礙物和威脅信息;將信息提供給地面控制站C; 104:高空無人機(504)為低空無人機(505)規(guī)劃飛行安全通道； 106:低空無人機(505)在高空無人機(504)為其規(guī)劃的安全通道中飛行； 107:低空無人機(505)對視野內(nèi)的信息進行獲取，包括近距離的危險障礙物信息和威脅信息； 108:低空無人機(505)在安全的飛行環(huán)境中執(zhí)行偵察作戰(zhàn)任務(wù)，將信息提供給地面控制站C; 109:地面控制站C接收低空無人機(505)和高空無人機(504)的信息，調(diào)取地形數(shù)據(jù)庫D，將上述信息顯示在顯示終端E上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙無人機協(xié)同感知與規(guī)劃方法，其特征是:所述的地形數(shù)據(jù)庫D是存儲地形信息的數(shù)據(jù)集合，用來查找高空無人機(504)和低空無人機(505)當(dāng)前飛行位置的地形數(shù)據(jù)信息，包含當(dāng)前地形的經(jīng)瑋度，地平面的海拔高度信息。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙無人機協(xié)同感知與規(guī)劃方法，其特征是:所述的地面控制站C的作用是接收無人機發(fā)送的信息，通過計算機分析處理無人機反饋的各類信息，進而控制無人機安全飛行。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙無人機協(xié)同感知與規(guī)劃方法，其特征是:所述的顯示終端E在地面控制站C生成，是地面控制站C上的一個顯示屏幕，用來顯示處理后的各類信息。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙無人機協(xié)同感知與規(guī)劃方法，其特征是:其中步驟101同時進入工作進行通信是將感知的信息通過無線電波傳送給無人機地面控制站C，地面控制站C結(jié)合地形數(shù)據(jù)庫D對危險障礙物和威脅信息進行標注，然后在地面控制站C生成顯示終端E。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙無人機協(xié)同感知與規(guī)劃方法，其特征是:低空無人機(505)飛行高度比較低，在海拔300m?500m之間。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙無人機協(xié)同感知與規(guī)劃方法，其特征是:高空無人機(504)的位置位于低空無人機(505)的前上方，飛行高度是低空無人機(505)的3?5倍，高空無人機(504)和低空無人機(505)的空間距離在100m?1500m之間。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙無人機協(xié)同感知與規(guī)劃方法，其特征是:步驟106獲取的視野內(nèi)的信息包含高樓(301)、樹林(302)、山脈(304)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙無人機協(xié)同感知與規(guī)劃方法，其特征是:步驟103探測高海拔、大視野范圍內(nèi)的場景，感知遠距離的飛行環(huán)境、危險障礙物和威脅信息包含遠距離的火控雷達(401)、高山(403)信息。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙無人機協(xié)同感知與規(guī)劃方法，其特征是:顯示終端E是地面控制站的一個信息顯示屏幕，顯示屏幕分為三維場景顯示區(qū)域(503)和數(shù)據(jù)信息顯示區(qū)域(502)，其中三維場景顯示區(qū)域(503)位于數(shù)據(jù)信息顯示區(qū)域(502)的上方，其高度為顯示屏幕的2/3，數(shù)據(jù)信息顯示區(qū)域(502)位于顯示屏幕的底部，其高度為顯示屏幕的1/3; 三維場景顯示區(qū)域(503)顯示高空無人機(504)和低空無人機(505)的位置信息，同時顯示高空無人機的視野范圍和低空無人機的視野范圍內(nèi)的信息； 數(shù)據(jù)信息顯示區(qū)域(502)分為三個部分，包括:高空無人機飛行狀態(tài)顯示區(qū)域(512)，低空無人機飛行狀態(tài)顯示區(qū)域(513)和飛行安全通道顯示區(qū)域(514);其中，高空無人機顯示區(qū)域(512)位于數(shù)據(jù)信息顯示區(qū)域(502)的最左邊，低空無人機顯示區(qū)域(513)位于數(shù)據(jù)信息顯示區(qū)域(502)的中間，飛行安全通道顯示區(qū)域(514)位于數(shù)據(jù)信息顯示區(qū)域(502)的最右邊； 高空無人機飛行狀態(tài)顯示區(qū)域(512)包含四個飛行參數(shù)顯示項:飛行航向顯示項(515)，飛行速度顯示項(516)，飛行高度顯示項(517)，經(jīng)瑋度顯示項(518)，以上四個顯示項左側(cè)顯示參數(shù)名稱，右側(cè)顯示具體數(shù)值，飛行航向顯示項(515)顯示位數(shù)為4位，飛行速度顯示項(516)顯示范圍為O?1000m/s，飛行高度顯示項(517)顯示范圍為1000?2000m，經(jīng)瑋度顯示項(518)顯示位數(shù)為4位； 低空無人機飛行狀態(tài)顯示區(qū)域(513)包含四個飛行參數(shù)顯示項:飛行航向顯示項(519)，飛行速度顯示項(520)，飛行高度顯示項(521)，經(jīng)瑋度顯示項(522)，以上四個顯示項左側(cè)顯示參數(shù)名稱，右側(cè)顯示具體數(shù)值，飛行航向顯示項(519)顯示位數(shù)為4位，飛行速度顯示項(520)顯示范圍為O?1000m/s，飛行高度顯示項(521)顯示范圍為O?1000m，經(jīng)瑋度顯示項(522)顯示位數(shù)為4位； 飛行安全通道顯示區(qū)域(514)包含三個安全通道參數(shù)顯示項:安全通道軸心高度顯示項(523)，安全通道經(jīng)瑋度顯示項(524)，安全通道軸心延伸方向顯示項(525)，以上三個安全通道參數(shù)顯示項左側(cè)顯示參數(shù)名稱，右側(cè)顯示具體數(shù)值;安全通道軸心高度顯示項(523)顯示范圍為O?1000m，安全通道經(jīng)瑋度顯示項(524)顯示位數(shù)為4位，安全通道軸心延伸方向(525)顯示項顯示位數(shù)為4位。
【文檔編號】G01C21/00GK105973230SQ201610504488
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】劉貴喜, 葉亞洲, 張家立, 張豪, 王義敏
【申請人】西安電子科技大學(xué)