一种双无人机协同感知与规划方法
【专利摘要】本方法属于无人机协同感知与安全飞行领域，具体涉及一种双无人机协同感知与规划方法。本方法包含高空和低空两架无人机，在执行飞行任务的过程中，高空无人机位于低空无人机的前上方，为低空无人机提供飞行支持，以减轻低空无人机感知与处理空间信息的压力，确保安全高效地完成其侦察及作战任务。高空无人机在低空无人机未来航线上探测高海拔、大视野范围内的场景，感知远距离的飞行环境、危险障碍物和威胁信息，为低空无人机规划飞行安全通道。低空无人机在飞行安全通道中对小范围、近距离的飞行环境、危险障碍物和威胁信息作精细感知，执行侦察作战任务。本方法确保了无人机低空执行侦察作战任务的安全性及高效性。
【专利说明】
_种双无人机协同感知与规划方法
技术领域
[0001]本发明属于无人机协同感知与安全飞行领域，具体涉及一种双无人机协同感知与规划方法。
【背景技术】
[0002]无人机在低空甚至超低空飞行执行侦察作战任务的过程中，面临的飞行环境十分复杂，可能会遇见危险障碍物(如电线杆、树林、高楼、高山等)和威胁信息(如火控雷达、防空导弹等)。低空飞行的无人机在面对复杂环境执行侦察作战任务的同时，需要进行环境感知、路径规划、障碍物及威胁规避，在其感知与处理过程中，低空无人机将面临沉重的信息负荷，一旦出现差错，便会出现严重的后果。
[0003]为了能更加安全有效地执行飞行任务，缓解单个无人机感知与处理空间信息的压力，无人机联合飞行、协同感知策略已经成为无人机应用领域发展的必然趋势。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种双无人机协同感知与规划方法，以克服无人机在低空复杂环境下视野局限的问题，缓解无人机低空飞行时处理空间信息的压力，提高无人机低空飞行执行侦察作战任务的安全性和有效性。
[0005]为此，本发明提出一种双无人机协同感知与规划方法，其特征是:至少包含一架高空无人机504、一架低空无人机505、地面控制站C、地形数据库D和显示终端E;具体步骤是:
[0006]101:高空无人机504和低空无人机505同时进入工作进行通信；
[0007]102:高空无人机504感知低空无人机505未来航线信息，为低空无人机提供飞行支持；
[0008]103:高空无人机504探测高海拔、大视野范围内的场景，感知远距离的飞行环境、危险障碍物和威胁信息;将信息提供给地面控制站C;
[0009]104:高空无人机504为低空无人机505规划飞行安全通道；
[0010]105:低空无人机505在高空无人机504为其规划的安全通道中飞行；106:低空无人机505对视野内的信息进行获取，包括近距离的危险障碍物信息和威胁信息；
[0011]107:低空无人机505在安全的飞行环境中执行侦察作战任务，将信息提供给地面控制站C;
[0012]108:地面控制站C接收低空无人机505和高空无人机504的信息，调取地形数据库D，将上述信息显示在显示终端E上。
[0013]所述的地形数据库D是存储地形信息的数据集合，用来查找高空无人机504和低空无人机505当前飞行位置的地形数据信息，包含当前地形的经玮度，地平面的海拔高度等信息。
[0014]所述的地面控制站C的作用是接收无人机发送的信息，通过计算机分析处理无人机反馈的各类信息，进而控制无人机安全飞行。
[0015]所述的显示终端E在地面控制站C生成，是地面控制站C上的一个显示屏幕，用来显示处理后的各类信息。
[0016]其中步骤101同时进入工作进行通信是将感知的信息通过无线电波传送给无人机地面控制站C，地面控制站C结合地形数据库D对危险障碍物和威胁信息进行标注，然后在地面控制站C生成显示终端E。
[0017]低空无人机505飞行高度比较低，大约在海拔300m?500m之间。
[0018]高空无人机504的位置位于低空无人机505的前上方，飞行高度是低空无人机505的3?5倍，高空无人机504和低空无人机505的空间距离在100m?1500m之间。
[0019]步骤106获取的视野内的信息包含高楼301、树林302、山脉304。
[0020]其中，步骤103探测高海拔、大视野范围内的场景，感知远距离的飞行环境、危险障碍物和威胁信息包含远距离的火控雷达401、高山403信息。
[0021]显示终端E是地面控制站的一个信息显示屏幕，显示屏幕分为三维场景显示区域503和数据信息显示区域502，其中三维场景显示区域503位于数据信息显示区域502的上方，其高度为显示屏幕的2/3，数据信息显示区域502位于显示屏幕的底部，其高度为显示屏幕的1/3;
[0022]三维场景显示区域503显示高空无人机504和低空无人机505的位置信息，同时显示高空无人机的视野范围和低空无人机的视野范围内的信息；
[0023]数据信息显示区域502分为三个部分，包括:高空无人机飞行状态显示区域512，低空无人机飞行状态显示区域513和飞行安全通道显示区域514;其中，高空无人机显示区域512位于数据信息显示区域502的最左边，低空无人机显示区域513位于数据信息显示区域502的中间，飞行安全通道显示区域514位于数据信息显示区域502的最右边；
[0024]高空无人机飞行状态显示区域512包含四个飞行参数显示项:飞行航向显示项515，飞行速度显示项516，飞行高度显示项517，经玮度显示项518，以上四个显示项左侧显示参数名称，右侧显示具体数值，飞行航向显示项515显示位数为4位，飞行速度显示项516显示范围为O?1000m/s，飞行高度显示项517显示范围为1000?2000m，经玮度显示项518显示位数为4位；
[0025]低空无人机飞行状态显示区域513包含四个飞行参数显示项:飞行航向显示项519，飞行速度显示项520，飞行高度显示项521，经玮度显示项522，以上四个显示项左侧显示参数名称，右侧显示具体数值，飞行航向显示项519显示位数为4位，飞行速度显示项520显示范围为O?1000m/s，飞行高度显示项521显示范围为O?1000m，经玮度显示项522显示位数为4位；
[0026]飞行安全通道显示区域514包含三个安全通道参数显示项:安全通道轴心高度显示项523，安全通道经玮度显示项524，安全通道轴心延伸方向显示项525，以上三个安全通道参数显示项左侧显示参数名称，右侧显示具体数值;安全通道轴心高度显示项523显示范围为O?1000m，安全通道经玮度显示项524显示位数为4位，安全通道轴心延伸方向525显示项显示位数为4位。
[0027]本发明可以让操作员对无人机的飞行状态信息和飞行安全通道的信息进行实时对比，更加直观的了解无人机的实时飞行状态，操作人员可以迅速对无人机的偏航角进行修正，保证无人机一直处于安全通道中，有利于紧急情况下操作人员更加快速准确的做出决策，保证无人机的安全飞行。
【附图说明】
[0028]以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明:
[0029]图1为一种双无人机协同感知与规划方法的流程图；
[0030]图2为一种双无人机协同感知与规划方法的空间布局示意图；
[0031 ]图3为低空无人机视野内的显示信息示意图；
[0032]图4为高空无人机视野内的显示信息示意图；
[0033]图5为地面控制站的显示终端。
[0034]图6为一种双无人机协同感知与规划方法的原理结构图
【具体实施方式】
[0035]本实施例提供了一种双无人机协同感知与规划方法，下面结合附图对部分实现过程作详细说明。
[0036]如图1和图2所示，一种双无人机协同感知与规划方法，至少包含两架无人机，一架高空无人机504、一架低空无人机505、地面控制站C、地形数据库D和显示终端E;具体步骤是:
[0037]101:高空无人机504和低空无人机505同时进入工作进行通信；
[0038]102:高空无人机504感知低空无人机505未来航线信息，为低空无人机提供飞行支持；
[0039]103:高空无人机504探测高海拔、大视野范围内的场景，感知远距离的飞行环境、危险障碍物和威胁信息;将信息提供给地面控制站C;
[0040]104:高空无人机504为低空无人机505规划飞行安全通道；
[0041]105:低空无人机505在高空无人机504为其规划的安全通道中飞行；
[0042]106:低空无人机505对视野内的信息进行获取，包括近距离的危险障碍物信息和威胁信息；
[0043]107:低空无人机505在安全的飞行环境中执行侦察作战任务，将信息提供给地面控制站C;
[0044]108:地面控制站C接收低空无人机505和高空无人机504的信息，调取地形数据库D，将上述信息显示在显示终端E上。
[0045]如图6所示，所述的地形数据库D是存储地形信息的数据集合，用来查找高空无人机504和低空无人机505当前飞行位置的地形数据信息，包含当前地形的经玮度，地平面的海拔高度等信息。
[0046]如图6所示，所述的地面控制站C的作用是接收无人机发送的信息，通过计算机分析处理无人机反馈的各类信息，进而控制无人机安全飞行。
[0047]如图6所示，所述的显示终端E在地面控制站C生成，是地面控制站C上的一个显示屏幕，用来显示处理后的各类信息。
[0048]如图6所示，高空无人机504和低空无人机505将感知的信息通过无线电波传送给无人机地面控制站C，地面控制站C结合地形数据库D对危险障碍物和威胁信息进行标注，然后在地面控制站C生成显示终端E。无人机操作人员根据生成的显示终端E操作低空无人机505对危险障碍物和威胁区域进行预警和规避。
[0049]下面结合附加图2详细说明一种双无人机协同感知与规划方法的空间布局:
[0050]该方法包含高空和低空两架无人机，其中，低空无人机505飞行高度比较低，大约在海拔300m?500m之间。高空无人机504的位置位于低空无人机505的前上方，飞行高度是低空无人机505的3?5倍，高空无人机504和低空无人机505的空间距离在100m?1500m之间。
[0051]结合附加图3详细说明低空无人机视野内的显示信息:
[0052]从示意图中可以看出:低空无人机的飞行高度比较低，获取的信息具有精确性，视野内的信息包含高楼301、树林302、山脉304等，在飞行过程中，视野范围有限，无法获取高山背后的空间地理信息。低空无人机在高空无人机规划的飞行安全通道303内飞行，可以有效提高低空无人机在执行飞行任务中的安全性能。
[0053]结合附加图4详细说明高空无人机视野内的显示信息:
[0054]从示意图中可以看出:高空无人机504的安全性较高，具有更宽广的视野，能够更快获得更多的空间地理信息，视野内的显示信息是低空无人机505未来航线上的信息，包含远距离的火控雷达401、高山403等危险信息，符号402和符号404为地面控制站的信息标注，其中火控雷达的威胁区域402为火控雷达的探测区域，飞行安全通道404表示高空无人机为低空无人机设置的“空中高速公路”，低空无人机505在飞行安全通道中对明显的障碍物和威胁信息进行预警和规避。
[0055]结合附加图5详细说明显示终端的内容:
[0056]显示终端E是地面控制站的一个信息显示屏幕，显示屏幕分为三维场景显示区域503和数据信息显示区域502，其中三维场景显示区域503位于数据信息显示区域502的上方，其高度为显示屏幕的2/3，数据信息显示区域502位于显示屏幕的底部，其高度为显示屏幕的1/3。
[0057]三维场景显示区域503显示高空无人机504和低空无人机505的位置信息，同时显示高空无人机的视野范围和低空无人机的视野范围内的信息，包含危险障碍物信息(电线杆、树林511、高楼510、高山509等)和威胁信息506、飞行安全通道信息508等
[0058]数据信息显示区域分为三个部分，包括:高空无人机飞行状态显示区域512，低空无人机飞行状态显示区域513和飞行安全通道显示区域514。其中，高空无人机显示区域512位于数据信息显示区域502的最左边，低空无人机显示区域513位于数据信息显示区域502的中间，飞行安全通道显示区域514位于数据信息显示区域502的最右边。
[0059]高空无人机飞行状态显示区域512包含四个飞行参数显示项:飞行航向显示项515，飞行速度显示项516，飞行高度显示项517，经玮度显示项518，以上四个显示项左侧显示参数名称，右侧显示具体数值，飞行航向显示项515显示位数为4位，飞行速度显示项516显示范围为O?1000m/s，飞行高度显示项517显示范围为1000?2000m，经玮度显示项518显示位数为4位。
[0060]低空无人机飞行状态显示区域513包含四个飞行参数显示项:飞行航向显示项519，飞行速度显示项520，飞行高度显示项521，经玮度显示项522，以上四个显示项左侧显示参数名称，右侧显示具体数值，飞行航向显示项519显示位数为4位，飞行速度显示项520显示范围为O?lOOOm/s，飞行高度显示项521显示范围为O?1000m，经玮度显示项522显示位数为4位。
[0061 ] 飞行安全通道显示区域514包含三个安全通道参数显示项:安全通道轴心高度显示项523，安全通道经玮度显示项524，安全通道轴心延伸方向显示项525，以上三个安全通道参数显示项左侧显示参数名称，右侧显示具体数值。安全通道轴心高度显示项523显示范围为O?1000m，安全通道经玮度显示项524显示位数为4位，安全通道轴心延伸方向525显示项显示位数为4位。
[0062]以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种双无人机协同感知与规划方法，其特征是:至少包含一架高空无人机(504)、一架低空无人机(505)、地面控制站C、地形数据库D和显示终端E;具体步骤是: 101:高空无人机(504)和低空无人机(505)同时进入工作进行通信； 102:高空无人机(504)感知低空无人机(505)未来航线信息，为低空无人机(505)提供飞行支持； 103:高空无人机(504)探测高海拔、大视野范围内的场景，感知远距离的飞行环境、危险障碍物和威胁信息;将信息提供给地面控制站C; 104:高空无人机(504)为低空无人机(505)规划飞行安全通道； 106:低空无人机(505)在高空无人机(504)为其规划的安全通道中飞行； 107:低空无人机(505)对视野内的信息进行获取，包括近距离的危险障碍物信息和威胁信息； 108:低空无人机(505)在安全的飞行环境中执行侦察作战任务，将信息提供给地面控制站C; 109:地面控制站C接收低空无人机(505)和高空无人机(504)的信息，调取地形数据库D，将上述信息显示在显示终端E上。2.根据权利要求1所述的一种双无人机协同感知与规划方法，其特征是:所述的地形数据库D是存储地形信息的数据集合，用来查找高空无人机(504)和低空无人机(505)当前飞行位置的地形数据信息，包含当前地形的经玮度，地平面的海拔高度信息。3.根据权利要求1所述的一种双无人机协同感知与规划方法，其特征是:所述的地面控制站C的作用是接收无人机发送的信息，通过计算机分析处理无人机反馈的各类信息，进而控制无人机安全飞行。4.根据权利要求1所述的一种双无人机协同感知与规划方法，其特征是:所述的显示终端E在地面控制站C生成，是地面控制站C上的一个显示屏幕，用来显示处理后的各类信息。5.根据权利要求1所述的一种双无人机协同感知与规划方法，其特征是:其中步骤101同时进入工作进行通信是将感知的信息通过无线电波传送给无人机地面控制站C，地面控制站C结合地形数据库D对危险障碍物和威胁信息进行标注，然后在地面控制站C生成显示终端E。6.根据权利要求1所述的一种双无人机协同感知与规划方法，其特征是:低空无人机(505)飞行高度比较低，在海拔300m?500m之间。7.根据权利要求1所述的一种双无人机协同感知与规划方法，其特征是:高空无人机(504)的位置位于低空无人机(505)的前上方，飞行高度是低空无人机(505)的3?5倍，高空无人机(504)和低空无人机(505)的空间距离在100m?1500m之间。8.根据权利要求1所述的一种双无人机协同感知与规划方法，其特征是:步骤106获取的视野内的信息包含高楼(301)、树林(302)、山脉(304)。9.根据权利要求1所述的一种双无人机协同感知与规划方法，其特征是:步骤103探测高海拔、大视野范围内的场景，感知远距离的飞行环境、危险障碍物和威胁信息包含远距离的火控雷达(401)、高山(403)信息。10.根据权利要求1所述的一种双无人机协同感知与规划方法，其特征是:显示终端E是地面控制站的一个信息显示屏幕，显示屏幕分为三维场景显示区域(503)和数据信息显示区域(502)，其中三维场景显示区域(503)位于数据信息显示区域(502)的上方，其高度为显示屏幕的2/3，数据信息显示区域(502)位于显示屏幕的底部，其高度为显示屏幕的1/3; 三维场景显示区域(503)显示高空无人机(504)和低空无人机(505)的位置信息，同时显示高空无人机的视野范围和低空无人机的视野范围内的信息； 数据信息显示区域(502)分为三个部分，包括:高空无人机飞行状态显示区域(512)，低空无人机飞行状态显示区域(513)和飞行安全通道显示区域(514);其中，高空无人机显示区域(512)位于数据信息显示区域(502)的最左边，低空无人机显示区域(513)位于数据信息显示区域(502)的中间，飞行安全通道显示区域(514)位于数据信息显示区域(502)的最右边； 高空无人机飞行状态显示区域(512)包含四个飞行参数显示项:飞行航向显示项(515)，飞行速度显示项(516)，飞行高度显示项(517)，经玮度显示项(518)，以上四个显示项左侧显示参数名称，右侧显示具体数值，飞行航向显示项(515)显示位数为4位，飞行速度显示项(516)显示范围为O?1000m/s，飞行高度显示项(517)显示范围为1000?2000m，经玮度显示项(518)显示位数为4位； 低空无人机飞行状态显示区域(513)包含四个飞行参数显示项:飞行航向显示项(519)，飞行速度显示项(520)，飞行高度显示项(521)，经玮度显示项(522)，以上四个显示项左侧显示参数名称，右侧显示具体数值，飞行航向显示项(519)显示位数为4位，飞行速度显示项(520)显示范围为O?1000m/s，飞行高度显示项(521)显示范围为O?1000m，经玮度显示项(522)显示位数为4位； 飞行安全通道显示区域(514)包含三个安全通道参数显示项:安全通道轴心高度显示项(523)，安全通道经玮度显示项(524)，安全通道轴心延伸方向显示项(525)，以上三个安全通道参数显示项左侧显示参数名称，右侧显示具体数值;安全通道轴心高度显示项(523)显示范围为O?1000m，安全通道经玮度显示项(524)显示位数为4位，安全通道轴心延伸方向(525)显示项显示位数为4位。
【文档编号】G01C21/00GK105973230SQ201610504488
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】刘贵喜, 叶亚洲, 张家立, 张豪, 王义敏
【申请人】西安电子科技大学