一种基于ZigBee网络的无人机防碰撞方法及无人机及服务端与流程

本发明涉及无人机防碰撞领域领域，尤其涉及一种基于zigbee网络的无人机防碰撞方法及无人机及服务端。

背景技术：

无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。目前大部分民用无人机控制是通过地面站和无人机之间无线数传电台直接进行数据通讯，再通过地面站软件编辑飞行策略并上传到无人机飞行控制器。无人机使用越来越广泛，由于大量使用的无人机在飞行器领域内都属于小、慢，地面雷达等手段无法及时发现和监控，对正常的民航客机和军机的潜在危险越来越大，迫切需要对无人机全面监控和空中防撞。

目前解决上述问题的方案主要有三种：

(1)将无人机组网到中心服务器，通过中心服务器统一调度所有无人机行为。

(2)通过在无人机上安装目前客机安装的机载应答识别器，直接进入民航的防撞体系。

(3)在无人机上安装的3g或者4g模组，无人机在飞行过程中不停的通过广播形式发送定位位置给其他机组进行识别，如果在飞行区域有收到广播的回应，则通过广播回应与其他无人机建立数据通道。

但是上述三种解决方案均由各自的缺陷：

对于第一种解决方案，当中心服务器不授权时，无人机无法起飞。并且这无法实时了解整个无人机空域的状况，决策周期非常长，协调非常缓慢，无法完成空中防撞作用，只能起到监视无人机的作用；

对于第二种解决方案，首先是机载应答识别器都非常昂贵和重量体积大，中小型无人机根本带不动该设备。其次，参与到民航体系，要进行faa认证，而相关认证在全世界范围内还处于研究状态，没有办法短期部署；

对于第三种解决方案，由于对3g或者4g网络有信号要求，一旦飞行区域没有网络信号，无人机组将无法完成空中防撞作用。

技术实现要素：

针对现有技术存在中无法有效的解决无人机防碰撞的问题，本发明的目的是提供一种基于zigbee网络的无人机防碰撞方法及无人机及服务端，通过无人机充当zigbee网络自组网中网络节点，在zigbee网络自组网中通过zigbee网络通讯实现无人机防碰撞，利用zigbee网络近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的特点实现无人机的防碰撞。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种基于zigbee网络的无人机防碰撞方法，其采用的技术方案是：

一种基于zigbee网络的无人机防碰撞方法，具体包括以下步骤：

a1、无人机开机通电后，无人机通过zigbee网络向服务端广播自身定位信息与网络信息，进而实现无人机的自组网，其中，通过无人机充当自组网中网络节点；

a2、无人机通过zigbee网络将飞行任务发送至服务端；

a3、无人机接收服务端根据网络信息、定位信息与飞行任务所反馈的多种飞行策略；

a4、无人机起飞后，按照任意一种飞行策略既定飞行，飞行过程中，无人机通过与其他无人机通过服务端与zigbee网络建立数据通道以交换飞行数据信息；

a5、无人机接收服务端根据数据通道生成的指令信息并根据指令信息选择飞行策略。

作为上述技术方案的进一步改进，步骤a1中，实现自组网的过程具体包括：

a11、无人机对附近的zigbee网络进行扫描，并根据扫描返回信息确定无人机在zigbee网络中的网络信息；

a12、无人机向服务端发送连接请求，服务端判断csma-ca信道访问是否成功，若成功则进入步骤s14，若不成功则连接失败；

a13、无人机接收服务端发回的ack回应；

a14、无人机接服务端发送的连接请求响应，无人机向服务端发送步骤a13中的ack，连接完成。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种无人机，其采用的技术方案是：

一种无人机，包括无人机本体以及设在无人机本体上的控制主板，所述控制主板上可拆卸的集成安装有zigbee通讯模块，所述控制主板上装载有无人机存储器与无人机处理器，所述zigbee通讯模块与无人机处理器通信相连，所述无人机存储器存储有无人机计算机程序，所述无人机处理器执行所述无人机计算机程序时实现上述方法的步骤。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种基于zigbee网络的无人机防碰撞方法，其采用的技术方案是：

一种基于zigbee网络的无人机防碰撞方法，具体包括以下步骤：

b1、服务端通过zigbee网络接收无人机定位信息与网络信息，进而实现无人机的自组网，其中，通过无人机充当自组网中网络节点；

b2、服务端接收无人机发送的飞行任务，并根据每一台无人机的定位信息、网络信息与飞行任务规划处多种飞行策略；

b3、服务端将通过zigbee网络将各无人机的飞行策略发送至对应无人机，并控制无人机按照任意一种飞行策略既定飞行；

b4、服务端通过zigbee网络对飞行中的任意两台无人机建立数据通道以交换两台无人机飞行数据信息；

b5、服务端根据防碰撞算法判断已建立数据通道的两台无人机是否存在相撞的概率，若不存在相撞的概率，则控制两台无人机按原有飞行策略进行飞行，若存在相撞的概率，则控制两台无人机随机选择另外一种飞行策略。

作为上述技术方案的进一步改进，步骤b1中，实现自组网的过程具体包括：

b11、服务端通过zigbee网络接收无人机定位信息与网络信息以及无人机的连接请求；

b12、服务端判断与无人机的csma-ca信道访问是否成功，若成功则进入步骤b13，若不成功则连接失败；

b13、服务端向无人机发送ack回应；

b14、服务端判断资源是否足够，若资源足够则进入步骤s15，若不足够连接失败；

b15、服务端向无人机发送连接请求响应，服务端接收无人机所发送的步骤中的ack，连接完成。

作为上述技术方案的进一步改进，步骤b5中，所述防碰撞算法采用时隙aloha算法。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种服务端，其采用的技术方案是：

一种服务端，包括服务端处理器、服务端存储器与zigbee协调器，所述zigbee协调器与服务端处理器通信相连，所述服务端存储器存储有服务端计算机程序，所述服务端处理器执行所述服务端计算机程序时实现上述方法的步骤。

本发明的有益技术效果：

本发明通过无人机充当zigbee网络自组网中网络节点，在zigbee网络自组网中通过zigbee网络通讯实现无人机防碰撞，zigbee网络中的通讯模块通过在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信，这些传感器只需要很少的能量以接力的方式通过无线电波将数据从个传感器传到另一个传感器，具有非常高的通信效率，能够更加高效的实现无人机的实时防碰撞。

附图说明

图1是本实施例的原理流程示意图；

图2是实现自组网的流程示意图。

具体实施方式

为了使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下结合具体实施例，并根据附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，未描述的内容以及部分英文简写为所属技术领域中普通技术人员所熟知的内容。

本实施例提供一种基于zigbee网络的无人机防碰撞方法，通过无人机充当zigbee网络自组网中网络节点，在zigbee网络自组网中通过zigbee网络通讯实现无人机防碰撞。利用zigbee网络中的通讯模块通过在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信，这些传感器只需要很少的能量以接力的方式通过无线电波将数据从个传感器传到另一个传感器，具有非常高的通信效率，能够更加高效的实现无人机的实时防碰撞。

如图1所示，本实施例所提供的一种基于zigbee网络的无人机防碰撞方法具体包括以下步骤：

s1、在无人机内的控制主板中集成安装可拆卸的zigbee通讯模块和防碰撞模块。其中，zigbee通讯模块用于与其他无人机进行广播通讯以及与远端的控制计算机进行通讯，传输距离可达2公里；防碰撞模块根据zigbee通讯模块接收到的数据以及飞行策略控制无人机飞行。

s2、无人机开机通电后，无人机的zigbee通讯模块通过zigbee网络向服务端广播自身定位信息并收集区域内的其他无人机定位信息以及网络信息实现自组网。参考图2，实现自组网的具体过程为：

s21、无人机通过zigbee通讯模块完成对附近zigbee网络的扫描；

s22、zigbee通讯模块根据扫描返回信息确定无人机在zigbee网络中的网络信息；

s23、zigbee通讯模块向服务端的zigbee通协调器发起连接请求，zigbee通协调器判断csma-ca信道访问是否成功，若成功则进入步骤s24，若不成功则通过mac通知服务端，连接失败，服务端控制删除该无人机的飞行任务；

s24、zigbee通协调器向zigbee通讯模块发送ack回应；

s25、zigbee通协调器向服务端发送连接指示并判断资源是否足够，若资源足够则进入步骤s26，若不足够zigbee通协调器则向zigbee通讯模块发送连接失败响应；

s26、zigbee通协调器向zigbee通讯模块发送连接请求响应，zigbee通讯模块向zigbee通协调器发送步骤s24中的ack，连接完成。

s3、自组网完成后，将自组网内无人机的网络信息、定位信息与飞行任务发送到服务端；服务端根据各无人机的定位信息与飞行任务对每一台无人机规划出多种飞行策略，例如直线飞行轨迹策略、圆弧飞行轨迹策略等。并通过zigbee网络将各无人机的飞行策略发送至对应无人机的zigbee通讯模块，随后存储至防撞模块中。

s4、无人机起飞后，按照任意一种飞行策略既定飞行，飞行过程中，无人机通过与其他无人机通过服务端与zigbee网络建立数据通道以交换交换飞行数据信息，其中，飞行数据信息包括无人机的飞行轨迹数据、定位数据以及高度数据。

s5、服务端根据防碰撞算法判断已建立数据通道的两台无人机是否存在相撞的概率，若不存在相撞的概率，两台无人机按原有飞行策略进行飞行，若存在相撞的概率，两台无人机通过各自的防碰撞模块随机选择另外一种飞行策略。其中，防碰撞算法采用时隙aloha算法，通过zigbee网络的自组网技术与防碰撞系统的时隙aloha算法相结合，从而选择存储在无人机防碰撞模块中的飞行策略，解决了由控制中心下发指令造成的延时，以及由于3g或者4g网络信号问题造成的通讯问题。

本实施例还公开了一种无人机，包括无人机本体以及设在无人机本体上的控制主板，所述控制主板上可拆卸的集成安装有zigbee通讯模块，所述控制主板上装载有无人机存储器与无人机处理器，所述zigbee通讯模块与无人机处理器通信相连，所述无人机存储器存储有无人机计算机程序，所述无人机处理器执行所述无人机计算机程序时实现上述方法中无人机的功能。

本实施例还公开了一种服务端，包括服务端处理器、服务端存储器与zigbee协调器，所述zigbee协调器与服务端处理器通信相连，所述服务端存储器存储有服务端计算机程序，所述服务端处理器执行所述服务端计算机程序时实现上述服务端的功能。

以上包含了本发明优选实施例的说明，这是为了详细说明本发明的技术特征，并不是想要将发明内容限制在实施例所描述的具体形式中，依据本发明内容主旨进行的其他修改和变型也受本专利保护。本发明内容的主旨是由权利要求书所界定，而非由实施例的具体描述所界定。