无人机空域安全隔离系统及方法与流程

本发明涉及无人机安全技术领域，特别涉及一种无人机空域安全隔离系统及方法。

背景技术：

随着无人机产品应用领域的愈发广泛以及无人机的造价越来越高，无人机的飞行安全便成了一个棘手的问题。例如，如何规避多架无人机在飞行过程中的相互撞击。以两无人机为例，传统的思路是通过gps定位，通过两无人机的绝对位置测算相对位置，再通过一套算法来实现避免两无人机的空域叠加。但是中小型无人机经常在室内执行飞行任务。其飞行高度和飞行任务特点都注定了gps导航并不适用。

另外，还包括半自驾技术，但半自驾技术只能在姿态上做一定的干预。而全自驾无人机虽然能够干预路线，但是由于是预设程序，随意性不足。不适用于例如影视航拍这类空间较小、任务灵活的工作。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的主要目的在于，提供一种无人机空域安全隔离系统及方法，系统包括：

电磁波信号发射模块，用于向其他无人机发射预设频段的电磁波；

电磁波信号接收模块，用于接收其他无人机所发射的电磁波；

交变电压仿真模块，与所述电磁波信号接收模块连接，用于将电磁波转换为交变电压；

交变电压峰值提取模块，与所述交变电压仿真模块连接，用于对输入的交变电压信号的峰值进行提取；

安全距离确认模块，与所述交变电压峰值提取模块连接，用于依据峰值电压确定与其他无人机的安全距离；

姿态调节模块，与所述安全距离确认模块连接，用于输出调节指令，以调节无人机的航向。

由上，通过测量电磁波的方式计算无人机之间的距离，从而可以在距离过近时对航向进行调控，以避免无人机之间的相撞，实现空域的安全。

可选的，所述电磁波信号发射模块和所述电磁波信号接收模块分别连接一lc振荡电路；

所述两路lc振荡电路的频率不同。

由上，可以使当前无人机检测到来自其他无人机的电磁波信息(而非自身发出的电磁波)，以便于检测相对于其他无人机的距离。

可选的，所述交变电压峰值提取模块包括依次连接的：

电压跟随器，用于当一个电压峰值出现时，跟随所述电压峰值；

电压比较器，用于比较所接收的电压峰值，并且存储所述电压的最高峰值；

峰值输出模块，用于输出所述电压峰值。

可选的，所述安全距离确认模块包括电压比较电路。

由上，通过将无人机间的距离以电压形式进行呈现，进一步的，对电压进行比较，当超过预设电压时，即表示无人机之间的距离过近，通过上述方式，确定出安全距离。

可选的，还包括飞行状态获取模块，用于检测无人机当前的姿态；

所述姿态调节模块还与所述飞行状态获取模块连接。

由上，所述姿态调节模块还可依据无人机当前的姿态，对于无人机的航向进行闭环调节，以确保当前无人机与其他无人机在安全距离范围内。

可选的，所述飞行状态获取模块包括三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴电子罗盘。

本发明还提供一种无人机空域安全隔离方法，包括步骤：

a、当前无人机持续发射自有频率的电磁波信号；

b、当前无人机依据所接收的其他无人机的电磁波信号，判断与其他无人机间的距离是否过近；距离过近时进入步骤c，否则重复本步骤；

c、调整当前无人机的航向，返回步骤b。

由上，通过测量电磁波的方式计算无人机之间的距离，从而可以在距离过近时对航向进行调控，以避免无人机之间的相撞，实现空域的安全。

可选的，步骤b所述判断与其他无人机间的距离是否过近包括：

对所接收的其他无人机的电磁波信号交变电压仿真处理；

提取交变电压的峰值vpeak；

以当前无人机的航向偏转一角度α°，到达另一无人机航向的直线距离作为两无人机的间距m，m＝avpeak，a为比例系数；

预设一安全间距m安全，m≤m安全时，表示当前无人机与其他无人机距离过近。

由上，通过将无人机间的距离以电压形式进行呈现，进一步的，对电压进行比较，当超过预设电压时，即表示无人机之间的距离过近，通过上述方式，确定出安全距离。

附图说明

图1为无人机空域安全隔离系统的原理示意图；

图2为交变电压峰值提取模块所检测的时域波形示意图；

图3为安全距离确认模块的工作原理示意图。

具体实施方式

为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种无人机空域安全隔离系统及方法，通过测量电磁波的方式计算无人机之间的距离，从而可以在距离过近时对航向进行调控，以避免无人机之间的相撞，实现空域的安全。

如图1所示无人机空域安全隔离系统包括以下部件：

电磁波信号发射模块10，用于发射预设频段的电磁波。本实施例以两无人机为例说明，第一无人机的电磁波信号发射模块10所发射的电磁波为1mhz，第二无人机的电磁波信号发射模块10所发射的电磁波为2mhz。

对应的，还包括电磁波信号接收模块20，用于预设电磁波接收频段，以接收其他无人机所发射的电磁波。本实施例中，第一无人机的电磁波信号接收模块20接收2mhz的电磁波，第二无人机的电磁波信号接收模块20接收1mhz的电磁波。由此实现两架无人机的交互隔离。

对于同一无人机，其电磁波信号发射模块10和所述电磁波信号接收模块20发射、接收不同频率的电磁波，可通过加载电磁波调谐模块(实现)，其原理是通过lc振荡电路实现调整，即改变电感l和电容c的值，即可实现改变所述电磁波信号发射模块10和所述电磁波信号接收模块20的发射、接收频率。

交变电压仿真模块30，与所述电磁波信号接收模块20连接，用于将电磁波信号接收模块20所收到的电磁波进行交变电压仿真转换处理。

交变电压峰值提取模块40与所述交变电压仿真模块30连接，用于对输入的交变电压信号的峰值进行提取。为了实现这样的目标，电路输出值会一直保持直到一个新的更大的峰值出现或电路复位。其时域波形如图2所示。图中vi表示实时电压值，v0表示检测过程中的一个电压峰值，vpeak表示最终输出的电压峰值。

交变电压峰值提取模块30包括依次连接的：

电压跟随器，当一个新的峰值出现时，用于跟随所接收的电压峰值；

单向电流开关，用于控制所接收的峰值单向流动；

电压比较器，用于比较所接收的电压峰值，并且存储所述电压的最高峰值；

脉冲信号开关，用于控制接收电压峰值的周期置零开关；

峰值输出模块，用于将一个周期内的电压峰值vpeak进行抽样、量化和编码后输出。抽样是将模拟信号在时间轴上离散化的过程；量化是将模拟信号在幅度上离散化的过程；编码是指将每个量化后的电压峰值vpeak用二进制代码来表示。

安全距离确认模块50，与所述交变电压峰值提取模块40连接，用于依据所述交变电压峰值提取模块40所输出的电压值确定与其他无人机的距离。如图3所示为安全距离确认模块50的工作原理示意图，v本体表示当前无人机(第一无人机)的航向，v目标表示另一无人机(第二无人机)的航向，预设一观察角α。

以当前无人机的航向偏转α°，到达另一无人机航向的直线距离作为两无人机的间距m，即图3中所示的初始间隔。间距m与峰值输出模块所检测的电压峰值为线性比例关系，设比例系数为a，则间距m＝avpeak。

预设一安全间距m安全，即图3中所示的最小探测距离。所述m安全与无线电通信系统供电电压v供电呈线性比例关系。比例系数仍为a，即m安全＝a0.75v供电。

依据所述峰值输出模块所输出的电压峰值vpeak，计算实时距离m与所述安全间距m安全的大小，当m≤m安全时，输出安全距离预警信息。所述安全距离确认模块50可通过电压比较电路实现，也可以之间通过单片机实现。

较佳的，还包括一计数器，与所述安全距离确认模块50连接，用于记录比较次数，即当安全距离确认模块50连续10次的比较结果均小于安全间距m安全时，方可确认两无人机的确存在相撞危险。由此，可提高对于相撞判断的容错性，仅当两无人机确实在飞行轨迹上产生相撞危险时，才进行调整。

飞行状态获取模块60，用于检测无人机当前的姿态。所述飞行状态获取模块包括三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴电子罗盘。通过内嵌的低功耗arm处理器输出校准过的角速度，加速度，磁数据等，通过基于四元数的传感器数据算法进行运动姿态测量，实时输出以四元数、欧拉角等表示的无人机飞行的三维姿态数据，从而实时反应出无人机当前的飞行状况。

姿态调节模块70，分别与所述飞行状态获取模块60和所述安全距离确认模块50连接，当接收到所述安全距离确认模块50所输出的安全距离预警信息时，输出调节指令，以调节无人机的航向，从而避免两无人机相撞。

具体的，姿态调节模块70的工作原理包括：无人机在保持当前航线的情况下，首先降低飞行速度至最小飞行速度(约2m/s-5m/s)，其次主动进行左右(先左侧，如果仍然增大则向右侧)规避。在规避的同时，飞控记录飞机的偏移量。在完成规避后(用两次电压比较值做差，如果连续10次都为正值，则视为正在远离)，修正偏移量。

本实施例所述方法包括以下步骤：

s10：当前无人机持续发射自有频率的电磁波信号；

本步骤中，各无人机需满足其自有频率与其他无人机的频率不相同。

s20：当前无人机接收其他无人机的电磁波信号，判断与其他无人机间的距离是否过近；距离过近时进入步骤s30，否则重复本步骤；

本步骤的判断原理即为安全距离确认模块50的工作原理，不再赘述。

s30：调整当前无人机的航向，返回步骤s20。

依据所判断的距离进行航向调整，具体调整过程即为姿态调节模块70的工作原理，不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。总之，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。