无人飞行器的防碰撞系统及其方法与流程

本发明涉及一种无人飞行器的防碰撞系统及其方法，且特别是涉及一种应用于无人空拍机的多台无人飞行器的防碰撞系统及其方法。

背景技术：

近年来，无人飞行器(unmannedaerialvehicle，uav)应用范围越来越广泛，无人飞行器可被应用于军事、商业或休闲等方面，举例而言，用户可应用具有拍摄功能的无人飞行器(如：无人空拍机)在高空进行拍摄，以取得用户所需的影像数据。无人飞行器的优点是造价低廉，且可将高度危险性的任务由无人飞行载具替代人类来执行，所以无人飞行器重要性无可取代。

然而，当多台无人飞行器于空中摄影时，可能因为路径交错而造成多台无人机相互碰撞的情形。因此，如何使多台无人飞行器在飞行时相互沟通，并避免多台无人飞行器在高空发生碰撞，则成为了业界需要解决的问题。

技术实现要素：

为解决上述的问题，本发明一方面提供了一种无人飞行器的防碰撞系统。无人飞行器的防碰撞系统的特征在于，包含：第一飞行器。第一飞行器包含：无线传输模块及处理器。所述无线传输模块用于传送所述第一飞行器的第一信号及接收来自第二飞行器的第二信号；所述处理器用于计算所述第二信号的信号强度，以得出所述第二飞行器与所述第一飞行器的间隔距离，并判断间隔距离是否小于距离阈值；其中，当所述间隔距离小于所述距离阈值时，所述处理器调整所述第一飞行器的飞行状态。

上述的无人飞行器的防碰撞系统，其中，当所述间隔距离小于所 述距离阈值且所述信号强度随着时间戳递增时，所述处理器判断所述第一飞行器与所述第二飞行器将发生碰撞。

上述的无人飞行器的防碰撞系统，还包含全球定位系统，用于获取所述第一飞行器所在位置的第一经纬度坐标；且其中，所述无线传输模块还用于接收来自所述第二飞行器的第二经纬度坐标，所述处理器依据所述第二信号的所述信号强度、所述第二经纬度坐标及所述第一经纬度坐标，以取得所述间隔距离。

上述的无人飞行器的防碰撞系统，其中，所述无线传输模块持续地广播第一蓝牙信号，并接收来自所述第二飞行器的第二蓝牙信号；其中，所述无线传输模块根据所述第二蓝牙信号的蓝牙信号强度以计算所述间隔距离；且其中，所述第一飞行器为无人空拍机。

上述的无人飞行器的防碰撞系统，其中，所述处理器由侦测所述第二信号的信号强度指示，以取得所述第二信号的所述信号强度；且其中，所述无线传输模块为基于蓝牙低功耗的蓝牙传输模块。

本发明的另一方面提供了一种无人飞行器的防碰撞方法。无人飞行器的防碰撞方法包含以下步骤：传送第一飞行器的第一信号及接收来自第二飞行器的第二信号；以及计算所述第二信号的信号强度，以得出所述第二飞行器与所述第一飞行器的间隔距离，并判断所述间隔距离是否小于距离阈值；当所述间隔距离小于所述距离阈值时，调整所述第一飞行器的飞行状态。

上述的无人飞行器的防碰撞方法，其中，当所述间隔距离小于所述距离阈值且所述信号强度随着时间戳递增时，判断所述第一飞行器与所述第二飞行器将发生碰撞。

上述的无人飞行器的防碰撞方法，还包含：根据全球定位系统以获取所述第一飞行器所在位置的第一经纬度坐标；接收来自所述第二飞行器的第二经纬度坐标；以及依据所述第二信号的所述信号强度、所述第二经纬度坐标及所述第一经纬度坐标，以取得所述间隔距离。

上述的无人飞行器的防碰撞方法，其中，所述处理器由侦测所述第二信号的信号强度指示，以取得所述第二信号的所述信号强度；且其中，所述第一飞行器根据基于蓝牙低功耗的蓝牙传输模块来传输所 述第一信号。

上述的无人飞行器的防碰撞方法，还包含：持续地广播第一蓝牙信号，并接收来自所述第二飞行器的第二蓝牙信号；以及根据所述第二蓝牙信号的蓝牙信号强度以计算所述间隔距离；且其中，所述第一飞行器为无人空拍机。

综上所述，本公开内容根据信号强度侦测得多台飞行器之间的飞行距离，当两台飞行器之间的飞行距离过近时，可达到调整至少一台飞行器的飞行路线，避免此两台飞行器发生碰撞的效果。

附图说明

为了使本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例更加明显易懂，所附附图的说明如下：

图1为根据本发明的实施例显示的一种无人飞行器的防碰撞方法的流程图；

图2为根据本发明的实施例显示的一种飞行器的方框图；

图3a～3b为根据本发明的实施例显示的一种无人飞行器的防碰撞方法的示意图；

图4为根据本发明的实施例显示的一种无人飞行器的防碰撞方法的流程图；

图5为根据本发明的实施例显示的一种飞行器的方框图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

100、400：防碰撞方法

10、20：飞行器

s102～s106、s403、s404：步骤

ra：传输范围

r：传输半径

d、d2：间隔距离

12：无线传输模块

14：处理器

16：全球定位系统。

具体实施方式

下文通过实施例结合所附附图作详细说明，但所提供的实施例并非用于限制本发明所涵盖的范围，而结构运作的描述并非用于限制其执行的顺序，任何由组件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本发明所涵盖的范围。此外，附图仅以说明为目的，并未依照原尺寸作图。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指代次序或顺序的意思，也并非用于限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已。

其次，在本文中所使用的用词“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于此。

请参照图1～2及图3a～3b，图1为根据本发明的实施例显示的一种无人飞行器的防碰撞方法100的流程图。图2为根据本发明的实施例显示的一种飞行器10的方框图。图3a～3b为根据本发明的实施例显示的一种飞行器10、20的防碰撞方法的示意图。

无人飞行器的防碰撞系统包含至少一台飞行器，例如为图3a所示的飞行器10及/或飞行器20，在实施例中，飞行器10、20可以是无人飞行器，例如为固定翼飞机、四轴飞行器、不固定翼飞机或无人空拍机。

如图2所示，飞行器10包含无线传输模块12及处理器14。在实际应用中，处理器14也可由微控制单元(microcontroller)、微处理器(microprocessor)、数字信号处理器(digitalsignalprocessor)、特殊应用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)或逻辑电路来实现。此外，无线传输模块12可以由蓝牙传输模块或其他无线传输方式来实现。举例而言，无线传输模块12可以由基于蓝牙低功耗(bluetoothlowenergy，ble)的信号广播模块(例如ibeacon)来实现。在实施例中，飞行器20具有与飞行器10相同或相似的组件。

如第1图所示，无人飞行器的防碰撞方法100执行步骤s102，飞行器10透过无线传输模块12传送第一信号并且接收来自飞行器20 的第二信号。

在实施例中，如图3a所示，飞行器10的无线传输模块12具有传输范围ra，此传输范围ra的传输半径为r。例如，当此无线传输模块12为蓝牙传输模块时，其传输半径r可以为30公尺，故所有进入传输半径r中的其他飞行器，都可接收到来自飞行器10所发出的第一信号。另一方面，飞行器10的无线传输模块12也可接收到位于传输半径r中的其他飞行器所发出的信号。

例如，在图3a中，飞行器20与飞行器10具有间隔距离d1，此间隔距离d1小于传输半径r，由此可知，飞行器20位于飞行器10的无线传输模块12的传输范围ra内。因此，当飞行器10透过无线传输模块12以广播第一信号时，位于传输范围ra内的飞行器20可收到由飞行器10所送出的第一信号，同理，飞行器10也进入飞行器20的传输范围rb故可收到飞行器20送出的第二信号。在部分实施例中，飞行器10与飞行器20的传输范围ra/rb大小大致相似。

此外，在实施例中，飞行器10可透过无线传输模块12以定时地广播第一信号，所有进入传输半径r中的其他飞行器，都可定时地接收到来自飞行器10所发出的第一信号，且飞行器20也可定时地广播第二信号。

相反地，在图3b中，飞行器20与飞行器10具有间隔距离d2，此间隔距离d2大于传输半径r。在此情况下，由于飞行器20的所在位置超出飞行器10的无线传输模块12的传输范围ra，因此，飞行器10的无线传输模块12无法将第一信号传送至飞行器20，且飞行器10的无线传输模块12也无法收到来自飞行器20的第二信号。因此，飞行器10与飞行器20两者之间无法交换第一信号/第二信号。

在实施例中，此第一信号包含此飞行器10的标识符及/或飞行器10的网卡实体地址(mediaaccesscontroladdress，mac)，由此，收到第一信号的其他飞行器可识别第一信号是由飞行器10所发出。另一方面，第二信号可包含飞行器20的标识符及/或飞行器20的网卡实体地址，由此，收到第二信号的其他飞行器可识别第二信号是由飞行器20所发出。

随后，若飞行器10在飞行的过程中收到来自飞行器20的第二信号，如图3a所示，当飞行器10进入飞行器20的传输范围rb时，无人飞行器的防碰撞方法100执行步骤s104，飞行器10根据处理器14计算接收到的第二信号的信号强度，以得出飞行器10与飞行器20的间隔距离d1(如图3a所示)，并判断间隔距离d1是否小于距离阈值(例如为30公尺)。当处理器14判断间隔距离d1小于距离阈值时，进入步骤s106。当处理器14判断间隔距离d1不小于距离阈值时，回到步骤s102。

在实施例中，飞行器10的处理器14可由侦测第二信号的信号强度指示(receivedsignalstrengthindication，rssi)，以取得第二信号的信号强度，并根据以下公式换算出飞行器20与飞行器10的间隔距离d1：

其中，符号a代表飞行器20与飞行器10相隔1公尺时的信号强度，符号n代表环境衰减因子，rssi为第二信号的信号强度。在实施例中，无线传输模块12为蓝牙传输模块，其所发出的第二信号的rssi值为0～-100左右，当飞行器20与飞行器10的距离越近时，rssi值则越大，即越趋近于0。在实际应用时，上述公式中的每项参数应根据实验或校准来获得，然而，在不确定周围飞行器的无线传输模块的准确位置的情况下，可赋予符号a及符号n默认的经验值。由此，如图3a所示，飞行器10的处理器14可侦测来自飞行器20的第二信号的信号强度，以得出飞行器20与飞行器10的间隔距离d1。

此外，在实施例中，飞行器20定时发出的每个第二信号可包含时间戳，且飞行器20可定时且持续地发送第二信号。如图3a所示，当飞行器10与飞行器20间隔距离d1小于距离阈值(例如为30公尺)且信号强度随着时间戳递增时，代表飞行器10与飞行器20的位置越来越近，因此飞行器10的处理器14可判断飞行器10与飞行器20即将发生碰撞，在此情况下，飞行器10可发送警示通知飞行器20或其他控制平台。

在步骤s106中，飞行器10的处理器14调整第一飞行器(例如为飞行器10)的飞行状态。在实施例中，飞行状态包含飞行器10的行进方向及行进速度。

如图3a所示，当飞行器10与飞行器20的间隔距离d1小于距离阈值时，飞行器10的处理器14比较飞行器10的标识符与飞行器20的标识符的大小，以控制飞行器10的行进方向及行进速度。

在实施例中，标识符数值较大的飞行器被给予较高的飞行路径优先权。举例而言，飞行器10的标识符为1000，飞行器20的标识符为2000，当飞行器10与飞行器20的间隔距离d1小于距离阈值时，飞行器10的处理器14比较飞行器10与飞行器20的标识符的数值的大小，并给予具有较大标识符数值的飞行器20较高的飞行路径优先权。因此，当飞行器10与飞行器20的间隔距离d1小于距离阈值时，飞行器10的处理器14将会调整飞行器10的行进方向及行进速度，而具有较高飞行路径优先权的飞行器20则暂时不需改变飞行状态。例如，处理器14控制飞行器10原地盘旋、减速或往当前飞行路径的反方向前进，而飞行器20则保持原前进方向及原前进速度。

在此步骤中，并不限于仅调整第一飞行器(例如为飞行器10)的飞行状态，也可以依据实际操作环境而只调整第二飞行器(例如为飞行器20)的飞行状态。例如，当飞行器10的标识符大于飞行器20的标识符时，飞行器10被指定为具有较高的飞行路径优先权，因此，当飞行器10与飞行器20的间隔距离d1小于距离阈值时，飞行器20将会调整飞行状态(例如为原地盘旋、减速或往当前飞行路径的反方向前进)，而飞行器10则保持原前进方向及原前进速度。

在另一实施例中，当飞行器10与飞行器20的间隔距离d1小于距离阈值时，飞行器10与飞行器20两者皆调整飞行状态，例如此两者皆以原前进方向的反方向前进。

在实施例中，距离阈值可以设定为小于或等于飞行器10的传输半径r，例如距离阈值可预设为10公尺。

在另一实施例中，当间隔距离(例如为间隔距离d1)小于距离阈值时，飞行器10的处理器14比较飞行器10的网卡实体地址与飞行器 20的网卡实体地址的大小，以控制飞行器10的行进方向及行进速度。在实施例中，网卡实体地址的数值较大的飞行器被给予较高的飞行路径优先权，举例而言，当飞行器10与飞行器20的间隔距离d1小于距离阈值时，飞行器10可接收到飞行器20的网卡实体地址，飞行器10的处理器14可将飞行器10与飞行器20的网卡实体地址分别作为随机数种子(randomseed)，并将此两个随机数种子带入随机数生成的函数式中，以产生对应于飞行器10的一个随机数及对应于飞行器20的另一个随机数，并比较此两个随机数的数值大小。例如，当对应于飞行器10的所述随机数小于对应于飞行器20的所述另一个随机数时，飞行器10的处理器14判断较大随机数值的飞行器20具有较高的飞行路径优先权。因此，当飞行器10与飞行器20的间隔距离d1小于距离阈值时，飞行器10的处理器14将会调整飞行器10的行进方向及行进速度，例如，飞行器10的处理器14控制飞行器10原地盘旋、减速或往当前飞行路径的反方向前进，而飞行器20则保持原前进方向及原前进速度；反之，当对应于飞行器10的所述随机数大于对应于飞行器20的所述另一个随机数时，飞行器10的处理器14判断较大随机数值的飞行器10具有较高的飞行路径优先权。

在实施例中，飞行器10的无线传输模块12为蓝牙传输模块。更具体而言，蓝牙传输模块可由基于蓝牙低功耗的信号广播模块来实现。在实施例中，飞行器10的蓝牙传输模块用于持续地或定时地广播蓝牙信号，使得位于此蓝牙传输模块的传输范围ra内的其他飞行器可接收到此蓝牙信号。另一方面，飞行器20的蓝牙传输模块具有传输范围rb，且飞行器20的蓝牙传输模块可持续地或定时地广播另一个蓝牙信号，使得位于传输范围rb内的其他飞行器都可接收到来自飞行器20所广播的所述另一个蓝牙信号，因此，当飞行器10位于传输范围rb内，飞行器10可接收到来自飞行器20的所述另一个蓝牙信号。

在实施例中，飞行器10的处理器14可根据来自飞行器20的所述另一个蓝牙信号的强度，以计算飞行器10与飞行器20的间隔距离(例如为间隔距离d1)。

根据上述步骤，飞行器10可透过持续地或定时地广播蓝牙信号的 方式，使其他相邻的飞行器接收到飞行器10的所广播的蓝牙信号，且飞行器10也可接收到来自其他飞行器所广播的蓝牙信号，并根据接收到的蓝牙信号的强度，以取得多台飞行器与飞行器10之间的飞行距离，当飞行器10、20之间的飞行距离过近时，可调整飞行器10、20至少其中之一的飞行路线，以避免此两台飞行器发生碰撞。

请参阅图4及图5。图4为根据本发明的实施例显示的一种无人飞行器的防碰撞方法400的流程图。图5为根据本发明的实施例显示的一种飞行器10的方框图。图4的步骤s102与s106与先前实施例中的无人飞行器的防碰撞方法100相似。图5中所显示的飞行器10与图3显示的飞行器10的差别在于，图5中的飞行器10还包含全球定位系统(globalpositionsystem，gps)16，用于获取飞行器10所在位置的经纬度坐标，并可将飞行器10所在位置的经纬度坐标传至飞行器10的无线传输模块12。

在步骤s403中，无线传输模块12还用于传送第一飞行器(例如为飞行器10)所在位置的第一经纬度坐标，并接收来自第二飞行器(例如为飞行器20)的第二经纬度坐标。

在步骤s404中，第一飞行器(例如为飞行器10)的处理器14依据第二信号的信号强度、第二经纬度坐标及第一经纬度坐标，以取得间隔距离(例如为图3a的间隔距离d1)，并判断间隔距离d1是否小于距离阈值。当处理器14判断间隔距离d1小于距离阈值时，进入步骤s106。当处理器14判断间隔距离d1不小于距离阈值时，回到步骤s102。

在实施例中，如图3a所示，飞行器10的无线传输模块12还用于定时地接收来自飞行器20的经纬度坐标，并取得飞行器20的行进方向及行进速度，飞行器10的处理器14依据飞行器10的行进方向及行进速度与飞行器20的行进方向及行进速度，以判断飞行器10与飞行器20是否将发生碰撞。

在实施例中，飞行器10可透过全球定位系统16以取得gps封包数据，此gps封包数据包含飞行器10的经纬度及对地移动速度。举例而言，飞行器10可由此gps封包资料得知自身的经纬度及对地移 动速度，并由来自飞行器20的第二信号的信号强度以判断飞行器10与飞行器20的间隔距离(例如为图3a的间隔距离d1)，基于这些信息，飞行器10可以更精准地判断飞行器10与飞行器20是否将发生碰撞。

在实施例中，飞行器10可将gps封包数据及第一信号通过飞行器10的无线传输模块12进行广播，使得位于此无线传输模块12的传输范围ra内的其他飞行器(例如飞行器20)接收到此gps封包数据。举例而言，当飞行器20接收到飞行器10所广播的gps封包数据及第一信号后，飞行器20可由此gps封包资料得知飞行器10的经纬度及对地移动速度，并由第一信号的信号强度以判断飞行器10与飞行器20的间隔距离(例如为图3a的间隔距离d1)，因此，飞行器20也可基于这些信息，以更精准地评估碰撞风险。

在实施例中，飞行器10的处理器14可由前一时刻所接收到的飞行器20的经纬度坐标与当前时刻所接收到的飞行器20的经纬度坐标，以计算出飞行器20的行进方向及行进速度。例如，当前时刻所接收到的飞行器20的经纬度坐标位于前一时刻所接收到的飞行器20的经纬度坐标的东方，则飞行器10的处理器14可推算出飞行器20可能正往东方前进，此外，当处理器14判断飞行器20的经纬度坐标在一秒内移动的距离为0.3公尺，则飞行器10的处理器14可推算出飞行器20是以0.3公尺/秒的行径速度向东方前进。接着，飞行器10的处理器14将飞行器20的行进方向及行进速度与飞行器10的行进方向及行进速度作比较，并参考来自飞行器20的第二信号的信号强度，以判断飞行器10与飞行器20的间隔距离(例如为图3a的间隔距离d1)。由此，飞行器10的处理器14可精准地判断飞行器20与飞行器10两者的飞行路径是否将交错，且可判断飞行器20与飞行器10两者是否将相撞。

在实施例中，飞行器20也可直接传送其行进方向及行进速度至飞行器10，以供飞行器10判断飞行器10与飞行器20是否将发生碰撞。

在步骤s106中，飞行器10的处理器14调整第一飞行器(例如为飞行器10)的飞行状态。此步骤与图1的步骤s106相似，故此处不 再赘述。

由上述可知，根据获取飞行器10、20所在位置的经纬度坐标及信号强度等信息，可使处理器14更精准地判断飞行器10、20的间隔距离(例如为图3a的间隔距离d1)，以利于动态地调整飞行器10、20飞行路径，由此可达到避免飞行器10、20发生碰撞的效果。

根据上述技术方案，可精确地侦测多台飞行器之间的飞行距离，当两台飞行器之间的飞行距离过近时，可达到调整至少一台飞行器的飞行路线，避免此两台飞行器发生碰撞的效果。另外，本案的无线传输模块可采用蓝牙传输模块来实现，由于蓝牙传输模块具有省电的特性，由此，本发明有利于在系统需要多次广播无线信号的情况下，仍可达到省电的效果。

上述技术方案，可采用上述ibeacon的距离侦测技术，亦即，飞行器(例如无人空拍机)可以持续地发出并接收蓝牙信号的广播，根据广播的信号强度侦测多台飞行器之间的距离。由此，当飞行器随着行进方向而接收到另一台飞行器的信号增强时，处理器可以调整其行进速度逐渐跟着放慢至盘旋停止，直至对方信号转为逐渐减弱，继而可达到避免此两台飞行器发生碰撞的效果。