无人机空域安全隔离系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型所提供的一种无人机空域安全隔离系统，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，以调节航向。在距离过近时对航向进行调控，避免无人机间的相撞，实现空域的安全。
【专利说明】
无人机空域安全隔离系统
技术领域
[0001]本实用新型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。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
【实用新型内容】
[0004]有鉴于此，本实用新型的主要目的在于，提供一种无人机空域安全隔离系统，包括:
[0005]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；
[0006]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；
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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；
[0013]所述两路LC振荡电路的频率不同。
[0014]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。
[0015]可选的，所述交变电压峰值提取模块包括依次连接的:
[0016]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；
[0017]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；
[0018]峰值输出模块，用于输出所述电压峰值。
[0019]可选的，所述安全距离确认模块包括电压比较电路。
[0020]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。
[0021]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；
[0022]所述姿态调节模块还与所述飞行状态获取模块连接。
[0023]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。
[0024]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。
【附图说明】
[0025]图1为无人机空域安全隔离系统的原理示意图；
[0026]图2为交变电压峰值提取模块所检测的时域波形示意图；
[0027]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】
[0028]为克服现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种无人机空域安全隔离系统，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。
[0029]如图1所示无人机空域安全隔离系统包括以下部件:
[0030]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IMhz，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。
[0031]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IMhz的电磁波。由此实现两架无人机的交互隔离。
[0032]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。
[0033]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。
[0034]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V1表示实时电压值，Vo表示检测过程中的一个电压峰值，Vpeak表不最终输出的电压峰值。
[0035]交变电压峰值提取模块30包括依次连接的:
[0036]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；
[0037]单向电流开关，用于控制所接收的峰值单向流动；
[0038]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；
[0039]脉冲信号开关，用于控制接收电压峰值的周期置零开关；
[0040]峰值输出模块，用于将一个周期内的电压峰值Vpe3ak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Vpe3ak用二进制代码来表示。
[0041]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。
[0042]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Μ，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 = aVpeako
[0043]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_与无线电通信系统供电电压呈线性比例关系。比例系数仍为a，即1$全=a0.7 5%?。
[0044]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与所述安全间距的大小，当M < 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。
[0045]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1^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。
[0046]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。
[0047]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。
[0048]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。
[0049]本实施例的实现原理包括以下步骤:
[0050 ] S1:当前无人机持续发射自有频率的电磁波信号；
[0051 ]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。
[0052]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；
[0053]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。
[0054]S30:调整当前无人机的航向，返回步骤S20。
[0055]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。
[0056]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型。总之，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种无人机空域安全隔离系统，其特征在于，包括: 电磁波信号发射模块，用于向其他无人机发射自有频率的电磁波； 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。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，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。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述安全距离确认模块包括电压比较电路。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，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。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，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。
【文档编号】G05D1/10GK205644282SQ201620237377
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月24日
【发明人】张志强, 杨伯阳, 丁晨光, 杨清雨
【申请人】深圳市创翼睿翔天空科技有限公司, 北京信息科技大学