CN106292709A - 多无人飞行器避撞控制方法和装置 - Google Patents

多无人飞行器避撞控制方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多无人飞行器避撞控制方法和装置，本发明提供的多无人飞行器避撞控制方法，通过接收同一高度层的N架无人飞行器的属性信息和飞行状态信息，并根据第i架无人飞行器的机动性能等级确定第i架无人飞行器的避撞探测半径，根据第i架无人飞行器的导航精度等级确定第i架无人飞行器的保护半径，根据N架无人飞行器的飞行状态信息、避撞探测半径以及保护半径，确定N架无人飞行器的避撞速度，并将第i架无人飞行器的避撞速度发送给第i架无人飞行器，以使第i架无人飞行器按照上述避撞速度飞行，其中，i＝1，……，N。本发明提供的多无人飞行器避撞控制方法和装置，可以解决多无人飞行器同时飞行时无人飞行器间的碰撞问题。

Description

多无人飞行器避撞控制方法和装置
技术领域
本发明涉及安全技术，尤其涉及一种多无人飞行器避撞控制方法和装置。
背景技术
近年来我国无人飞行器行业发展迅速，无人飞行器已经被广泛地应用于军用、民用等各个领域。为了保障飞行安全，需要发展无人飞行器飞行避撞控制技术。
现有技术中的无人飞行器避撞控制方法，通过获取无人飞行器在当前状态下与静态障碍物之间的距离，并判断所述距离是否满足预设值，进而在所述距离不满足预设值时，根据所述距离控制无人飞行器调节飞行高度，以避免无人飞行器与所述静态状态障碍物发生碰撞。
现有技术中的无人飞行器避撞方法，仅能够避免无人飞行器与静态障碍物发生碰撞，不能够避免多无人飞行器同时飞行时无人飞行器与无人飞行器之间发生碰撞。
发明内容
本发明提供一种多无人飞行器避撞控制方法及装置，能够避免多无人飞行器同时飞行时无人飞行器与无人飞行器之间发生碰撞。
本发明第一方面提供一种多无人飞行器避撞控制方法，包括：接收同一高度层的N架无人飞行器的属性信息和飞行状态信息，其中，所述属性信息包括无人飞行器的机动性能等级和导航精度等级，所述飞行状态信息包括无人飞行器的位置信息、速度信息和航向信息；
根据第i架无人飞行器的机动性能等级确定所述第i架无人飞行器的避撞探测半径，i＝1，……，N；
根据所述第i架无人飞行器的导航精度等级确定所述第i架无人飞行器的保护半径；
根据所述N架无人飞行器的飞行状态信息、避撞探测半径以及保护半径，确定所述N架无人飞行器的避撞速度；
将所述第i架无人飞行器的避撞速度发送给所述第i架无人飞行器，以使所述第i架无人飞行器按照所述避撞速度飞行。
在本发明一种可能的实现方式中，所述属性信息还包括无人飞行器的最大速度和最小速度，所述根据N架无人飞行器的飞行状态信息、避撞探测半径以及保护半径，确定所述N架无人飞行器的避撞速度，具体包括：
根据所述N架无人飞行器的飞行状态信息、保护半径、最大速度和最小速度，采用速度障碍法确定所述第i架无人飞行器使用的速度集合，所述速度集合中的速度大于等于所述第i架无人飞行器的最小速度，且小于等于所述第i架无人飞行器的最大速度；
根据所述第i架无人飞行器的速度集合，确定所述第i架无人飞行器的避撞机动空间；
根据所述第i架无人飞行器的避撞机动空间，确定所述第i架无人飞行器的避撞优先级；
根据所述N架无人飞行器的避撞优先级和避撞探测范围，确定所述N架无人飞行器的避撞速度。
在本发明另一种可能的实现方式中，所述根据所述N架无人飞行器的避撞优先级和避撞探测范围，确定所述N架无人飞行器的避撞速度，具体包括如下步骤：
步骤一、对所述N架无人飞行器按照避撞优先级从高到低排序；
步骤二、对落入所述第i架无人飞行器的避撞探测范围内，且避撞优先级比所述第i架无人飞行器的避撞优先级低的无人飞行器分配一个令牌；
步骤三、在令牌分配完成后，根据所述N架无人飞行器得到的令牌数，对所述N架无人飞行器进行排序；
步骤四、确定所述N架无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的避撞速度为所述N架无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的当前飞行速度；
步骤五、取消对落入令牌数为0的无人飞行器避撞探测范围内，且避撞优先级比所述令牌数为0的无人飞行器的避撞优先级低的无人飞行器分配的令牌；
步骤六、根据剩下的无人飞行器的当前令牌数，对所述剩下的无人飞行器进行排序；
步骤七、为所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器确定避撞速度；
步骤八、重复步骤五至步骤七，直至为所述N架无人飞行器确定出避撞速度。
进一步地，所述为所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器确定避撞速度，具体包括：
将避撞优先级比所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的避撞优先级高，且避撞探测范围落入所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的无人飞行器确定为所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的障碍物；
根据所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的飞行状态信息，以及所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的障碍物的位置信息、航向信息和避撞速度，采用速度障碍法确定所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器对所述障碍物的速度障碍；
根据所述速度障碍以及所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的航向信息确定所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的速度集合，所述速度集合中的速度大于等于所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的最小速度，且小于等于所述剩下的无人飞行器中令牌数为0无人飞行器的最大速度；
确定所述速度集合中的速度的最大值为所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的避撞速度。
本发明第二方面提供一种多无人飞行器避撞控制装置，包括接收模块、确定模块、发送模块；其中，
所述接收模块，用于接收同一高度层的N架无人飞行器的属性信息和飞行状态信息，其中，所述属性信息包括无人飞行器的机动性能等级和导航精度等级，所述飞行状态信息包括无人飞行器的位置信息、速度信息和航向信息；
所述确定模块，用于根据第i架无人飞行器的机动性能等级确定所述第i架无人飞行器的避撞探测半径，根据所述第i架无人飞行器的导航精度等级确定所述第i架无人飞行器的保护半径；并根据所述N架无人飞行器的飞行状态信息、避撞探测半径以及保护半径，确定所述N架无人飞行器的避撞速度，其中，i＝1，……，N；
所述发送模块，用于将所述第i架无人飞行器的避撞速度发送给所述第i架无人飞行器，以使所述第i架无人飞行器按照所述避撞速度飞行。
进一步地，所述属性信息还包括无人飞行器的最大速度和最小速度，所述确定模块，具体用于根据所述N架无人飞行器的飞行状态信息、保护半径、最大速度和最小速度，采用速度障碍法确定所述第i架无人飞行器使用的速度集合；根据所述第i架无人飞行器的速度集合，确定所述第i架无人飞行器的避撞机动空间；根据所述第i架无人飞行器的避撞机动空间，确定所述第i架无人飞行器的避撞优先级；根据所述N架无人飞行器的避撞优先级和避撞探测范围，确定所述N架无人飞行器的避撞速度，其中，所述速度集合中的速度大于等于所述第i架无人飞行器的最小速度，且小于等于所述第i架无人飞行器的最大速度。
进一步地，所述确定模块在根据所述N架无人飞行器的避撞优先级和避撞探测范围，确定所述N架无人飞行器的避撞速度时，具体用于执行以下步骤：
步骤一、对所述N架无人飞行器按照避撞优先级从高到低排序；
步骤二、对落入所述第i架无人飞行器的避撞探测范围内，且避撞优先级比所述第i架无人飞行器的避撞优先级低的无人飞行器分配一个令牌；
步骤三、在令牌分配完成后，根据所述N架无人飞行器得到的令牌数，对所述N架无人飞行器进行排序；
步骤四、确定所述N架无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的避撞速度为所述N架无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的当前飞行速度；
步骤五、取消对落入令牌数为0的无人飞行器避撞探测范围内，且避撞优先级比所述令牌数为0的无人飞行器的避撞优先级低的无人飞行器分配的令牌；
步骤六、根据剩下的无人飞行器的当前令牌数，对所述剩下的无人飞行器进行排序；
步骤七、为所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器确定避撞速度；
步骤八、重复步骤五至步骤七，直至为所述N架无人飞行器确定出避撞速度。
进一步地，所述确定模块，具体用于将避撞优先级比所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的避撞优先级高，且避撞探测范围落入所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的无人飞行器确定为所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的障碍物；根据所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的飞行状态信息以及所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的障碍物的位置信息、航向信息和避撞速度，采用速度障碍法确定所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器对所述障碍物的速度障碍；根据所述速度障碍以及所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的航向信息确定所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的速度集合；确定所述速度集合中的速度的最大值为所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的避撞速度；其中，所述速度集合中的速度大于等于所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的最小速度，且小于等于所述剩下的无人飞行器中令牌数为0无人飞行器的最大速度。
本发明提供的多无人飞行器避撞控制方法和装置，通过接收同一高度层的N架无人飞行器的属性信息和飞行状态信息，并根据第i架无人飞行器的机动性能等级确定第i架无人飞行器的避撞探测半径，根据第i架无人飞行器的导航精度等级确定第i架无人飞行器的保护半径，进而根据N架无人飞行器的飞行状态信息、避撞探测半径以及保护半径，确定N架无人飞行器的避撞速度，并将第i架无人飞行器的避撞速度发送给第i架无人飞行器，以使第i架无人飞行器按照上述避撞速度飞行，其中，i＝1，……，N。这样，当多无人飞行器同时飞行时，通过接收各无人飞行器的属性信息及飞行状态信息，并结合各无人飞行器的属性信息和飞行状态信息确定各无人飞行器的避撞速度，可以解决多无人飞行器同时飞行时无人飞行器与无人飞行器之间的碰撞问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为速度障碍法的原理示意图；
图2为本发明多无人飞行器避撞控制方法实施例一的流程图；
图3为本发明多无人飞行器避撞控制方法实施例二的流程图；
图4为多无人飞行器的飞行状态示意图；
图5为图4中的无人飞行器A0对其他无人飞行器的速度障碍的示意图；
图6为多无人飞行器的避撞探测半径的示意图；
图7为本发明多无人飞行器避撞控制装置实施例一的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种多无人飞行器避撞控制方法和装置，能够避免多无人飞行器同时飞行时无人飞行器与无人飞行器之间发生碰撞。
本发明提供的多无人飞行器避撞控制方法和装置，可以应用于航空领域，具体地可以应用本发明提供的多无人飞行器避撞控制方法和装置对无人飞行器实施飞行控制，以解决多无人飞行器同时飞行时，无人飞行器与无人飞行器之间的碰撞问题。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
在介绍本发明提供的多无人飞行器避撞控制方法和装置之前，先来简单介绍一下速度障碍法原理。需要说明的是，在速度障碍法原理中，将运动物体和运动障碍物简化为圆形。图1为速度障碍法的原理示意图，具体地，请参照图1，当前T时刻，在全局坐标系{X，Y}中，运动物体R(半径为rR)位于点PR＝(xR,yR)，速度为VR；运动障碍物O(半径为rO)位于点PO＝(xO,yO)，速度为VO。运动障碍物O根据运动物体R的大小进行膨化处理，其半径扩展为RO＝rR+ro，此时，将运动物体R看成一个质点，并称膨化后的运动障碍物O为运动物体R的一个位置障碍(Position Obstacle，简称PO)，lMO和lNO是运动物体P与位置障碍PO两侧切线方向的射线，lRO介于lMO和lNO之间。定义运动物体R与运动障碍物O的相对速度为VRO＝VR-VO。则通过相对速度可以把运动障碍物O当做静止障碍物，运动物体R的速度则看作为VRO；如果VRO保持不变，lRO为其方向上的射线，则运动物体R将于运动障碍物O发生碰撞的条件为：使上式成立的相对速度VRO的集合，定义为速度空间中的相对碰撞区RCC(Relative Collision Cone，简称RCC)，即图1中射线lMO和lNO之间的区域，对于运动物体R的任一相对速度VRO，如果VRO∈RCC，则运动物体R将于运动障碍物O发生碰撞。进一步地，如图1所示，把RCC平移VO后得到的区域称为绝对碰撞区域ACC(Absolute Collision Cone，简称ACC)，其中，其中表示闵可夫斯基矢量和运算。从图1中可以看出，VR的末端点位于ACC等价于VRO∈RCC，所以当VR的末端点位于ACC时，运动物体R将与运动障碍物O发生碰撞，ACC表示运动物体R与运动障碍物O发生碰撞的速度的集合，即为速度障碍VO(Velocity Obstacle，简称VO)，在接下来的时刻，只需将VR在速度空间中的点调整到ACC之外，便可避开运动物体R与运动障碍物O发生碰撞。
在介绍了速度障碍法原理之后，下面来详细介绍本发明提供的多无人飞行器避撞控制方法和装置。
图2为本发明多无人飞行器避撞控制方法实施例一的流程图。本发明实施例的执行主体可以是单独的无人飞行器避撞控制装置，还可以是集成了无人飞行器避撞控制装置的地面设备。本发明实施例以执行主体为集成了无人飞行器避撞控制装置的地面设备为例来进行说明。如图2所示，本实施例提供的多无人飞行器避撞控制方法，可以包括如下步骤：
S101、接收同一高度层的N架无人飞行器的属性信息和飞行状态信息，其中，上述属性信息包括无人飞行器的机动性能等级和导航精度等级，上述飞行状态信息包括无人飞行器的位置信息、速度信息和航向信息。
具体地，无人飞行器的机动性能指无人飞行器在一定时间内改变飞行速度、飞行高度和飞行方向的能力。机动性能等级则用于表征机动性能的好坏。例如，可以根据无人飞行器的性能参数(例如无人飞行器的机身重量、机身尺寸、最大速度、最小速度等)，将无人飞行器的机动性能从低到高划分为五个等级A、B、C、D、E，其中，A等级表示无人飞行器的机动性能最差，相应的无人飞行器在一定时间内改变飞行速度、飞行高度和飞行方向的能力最差，而E等级表示无人飞行器的机动性能最好，相应的无人飞行器在一定时间内改变飞行速度、飞行高度和飞行方向的能力最好。
具体地，导航精度表征无人飞行器上的导航设备测出的无人飞行器的坐标与该无人飞行器的实际坐标的差距，而导航精度等级则表征导航设备定位的精确程度(即导航设备测出的无人飞行器的坐标与该无人飞行器的实际坐标的偏差程度)。例如，无人飞行器的导航精度等级高，则表明该无人飞行器上的导航设备测出的无人飞行器的坐标与该无人飞行器的实际坐标偏差不大。
更具体地，可以根据无人飞行器上安装的导航设备的类型，将无人飞行器的导航精度从低到高划分为五个等级A、B、C、D、E，其中，A等级表示无人飞行器的导航精度最低，相应的无人飞行器上的导航设备定位的准确性最差。
需要说明的是，无人飞行器的属性信息记录在无人飞行器的标签信息中。当无人飞行器在空域中飞行时，无人飞行器会将自身的属性信息和飞行状态信息发送给地面设备。
此外，无人飞行器的位置信息是指将无人飞行器飞行的高度看做一个平面，无人飞行器在全局坐标系{X，Y}中的坐标值；速度信息指无人飞行器的速度值；航向信息则指无人飞行器纵轴与正北方向的夹角(其可以反映无人飞行器的飞行方向)。
S102、根据第i架无人飞行器的机动性能等级确定上述第i架无人飞行器的避撞探测半径，i＝1，……，N。
具体地，本步骤中，在一种可能的实现方式中，可以根据第i架无人飞行器的机动性能等级以及机动性能等级与避撞探测半径的映射关系来确定第i架无人飞行器的避撞探测半径。例如，表1给出一种机动性能等级与避撞探测半径的映射关系，如表1所示，当第i架无人飞行器的机动性能等级为A级时，此时确定上述第i架无人飞行器的避撞探测半径为2500m；当第i架无人飞行器的机动性能等级为E级时，此时确定上述第i架无人飞行器的避撞探测半径为500m。
表1机动性能等级与避撞探测半径的映射关系
机动性能等级 A级 B级 C级 D级 E级
避撞探测半径/m 2500 2000 1500 1000 500
需要说明的是，无人飞行器的机动性能等级越低，说明无人飞行器改变飞行速度至某一值时所用的时间越长。因此，为了解决多无人飞行器同时飞行时的碰撞问题，确定无人飞行器的避撞探测半径与机动性能等级成反比。即无人飞行器的机动性能等级越高，相应地，确定的该无人飞行器的避撞探测半径越小。
当然，在本步骤中，也可以采取一定的算法根据第i架无人飞行器的机动性能等级来确定上述第i架无人飞行器的避撞探测半径。
S103、根据上述第i架无人飞行器的导航精度等级确定上述第i架无人飞行器的保护半径。
具体地，本步骤中，在一种可能的实现方式中，可以根据第i架无人飞行器的导航精度等级以及导航精度等级与保护半径的映射关系来确定第i架无人飞行器的保护半径。例如，表2给出一种导航精度等级与保护半径的映射关系，如表2所示，当第i架无人飞行器的导航精度等级为A等级时，此时确定上述第i架无人飞行器的保护半径为300m；当第i架无人飞行器的导航精度等级为E等级时，此时确定上述第i架无人飞行器的保护半径为50m。
表2导航精度等级与保护半径的映射关系
导航精度等级 A级 B级 C级 D级 E级
保护半径/m 300 200 150 100 50
需要说明的是，无人飞行器的导航精度等级越低，此时，接收到的该无人飞行器的位置信息越不准确。因此，为了解决多无人飞行器同时飞行时的碰撞问题，确定无人飞行器的保护半径与导航精度等级成反比。即无人飞行器的导航精度等级越高，相应地，确定的该无人飞行器的保护半径越小。
此外，本步骤中，还可以采取一定的算法根据第i架无人飞行器的机动性能等级来确定上述第i架无人飞行器的避撞探测半径。
S104、根据上述N架无人飞行器的飞行状态信息、避撞探测半径以及保护半径，确定上述N架无人飞行器的避撞速度。
具体地，本步骤中，根据上述N架无人飞行器的飞行状态信息、避撞探测半径以及保护半径，依次确定每架无人飞行器的避撞速度。
需要说明的是，在根据N架无人飞行器的飞行状态信息、避撞探测半径以及保护半径，确定一架无人飞行器的避撞速度时，可以按照下述方法确定，以下以确定第i架无人飞行器的避撞速度为例进行说明，具体地，首先，将落入第i架无人飞行器的避撞探测半径内的其他无人飞行器作为第i架无人飞行器的障碍物，然后将第i架无人飞行器以及障碍物简化为半径等于保护半径的圆形，随后，采用速度障碍法确定第i架无人飞行器对障碍物的速度障碍，并采用整数规划法计算第i架无人飞行器的避撞速度。其中，关于速度障碍法以及整数规划法可以参见现有技术中的介绍，此处不再赘述。
S105、将上述第i架无人飞行器的避撞速度发送给上述第i架无人飞行器，以使上述第i架无人飞行器按照上述避撞速度飞行。
具体地，本步骤中，当地面设备确定好N架无人飞行器的避撞速度时，将各架无人飞行器的避撞速度发送给相应地无人飞行器，这样，无人飞行器将按照接收到的避撞速度飞行，而当无人飞行器按照接收到的避撞速度飞行时，可避免这N架无人飞行器发生碰撞。
本实施例提供的多无人飞行器避撞控制方法，通过接收同一高度层的N架无人飞行器的属性信息和飞行状态信息，并根据第i架无人飞行器的机动性能等级确定第i架无人飞行器的避撞探测半径，根据第i架无人飞行器的导航精度等级确定第i架无人飞行器的保护半径，进而根据N架无人飞行器的飞行状态信息、避撞探测半径以及保护半径，确定N架无人飞行器的避撞速度，并将第i架无人飞行器的避撞速度发送给第i架无人飞行器，以使第i架无人飞行器按照上述避撞速度飞行，其中，i＝1，……，N。这样，当多无人飞行器同时飞行时，通过接收各无人飞行器的属性信息及飞行状态信息，并结合各无人飞行器的属性信息和飞行状态信息确定各无人飞行器的避撞速度，可以解决多无人飞行器同时飞行时无人飞行器与无人飞行器之间的碰撞问题。
下面给出一个具体的实施例，用以详细说明本发明提供的多无人飞行器避撞控制方法。图3为本发明多无人飞行器避撞控制方法实施例二的流程图。请参照图3，本实施例提供的多无人飞行器避撞控制方法，具体包括以下步骤：
S201、接收同一高度层的N架无人飞行器的属性信息和飞行状态信息，其中，上述属性信息包括无人飞行器的机动性能等级、导航精度等级和无人飞行器的最大速度和最小速度，上述飞行状态信息包括无人飞行器的位置信息、速度信息和航向信息。
具体地，该步骤的具体实现方法及实现原理可以参见实施例一的步骤S101的描述，在此不再赘述。
需要说明的是，本实施例中，属性信息还包括无人飞行器的最大速度和最小速度。
例如，图4为多无人飞行器的飞行状态示意图，请参照图4，此时，同一高度层有5架无人飞行器(A1、A2、A3、A4、A5)在同时飞行(如图4所示出)，T时刻，接收到的这5无人飞行器的属性信息和飞行状态信息如表3所示。
表3无人飞行器的属性信息和飞行状态信息
S202、根据第i架无人飞行器的机动性能等级确定上述第i架无人飞行器的避撞探测半径，i＝1，……，N。
具体地，该步骤的具体实现方法及实现原理可以参见实施例一的步骤S102的描述，在此不再赘述。
具体地，本步骤中，结合上面的例子以及实施例一中表1中介绍的机动性能等级与避撞探测半径的映射关系，确定无人飞行器A0、A1、A2、A3、A4的避撞探测半径分别为500m、2500m、1500m、100m、1500m。
S203、根据上述第i架无人飞行器的导航精度等级确定上述第i架无人飞行器的保护半径。
具体地，该步骤的具体实现方法及实现原理可以参见实施例一的步骤S103的描述，在此不再赘述。
具体地，本步骤中，结合上面的例子以及实施例中表2中介绍的导航精度等级与保护半径的映射关系，确定无人飞行器A0、A1、A2、A3、A4的保护半径分别为50m、100m、150m、200m、100。
S204、根据上述N架无人飞行器的飞行状态信息、保护半径、最大速度和最小速度，采用速度障碍法确定上述第i架无人飞行器避撞时使用的速度集合，上述速度集合中的速度大于等于上述第i架无人飞行器的最小速度，且小于等于上述第i架无人飞行器的最大速度。
具体地，该步骤的具体实现过程包括如下步骤：
(1)根据上述N架无人飞行器的飞行状态信息、保护半径，采用速度障碍法，确定第i架无人飞行器对第j架无人飞行的绝对碰撞区ACCij；j＝1，……，N，j≠i，
具体地，在该步骤中，首先将无人飞行器等效为圆形，且圆形的半径等于无人飞行器的保护半径，之后，采用前面所介绍的速度障碍法确定第i架无人飞行器对第j架无人飞行器的绝对碰撞区ACCij。
需要说明的是，在本步骤中，将ACCij的两条边界直线记为其中，j＝1，……，N，j≠i。
(2)确定第i架无人飞行器航向所在的直线与的交点以及第i架无人飞行器航向所在的直线与的交点j＝1，……，N，j≠i。
(3)确定位于第i架无人飞行器的最小速度点和最大速度点之间的交点的个数M，并将这M个交点以及最小速度点和最大速度点按照距离第i架无人飞行器的距离从小到大依次记为XD，D＝1，……，M+2。
(4)根据上述位于第i架无人飞行器的最小速度点和最大速度点之间的交点、最小速度点和最大速度点确定速度集合。
具体地，在本步骤中，首先判断由相邻两个交点XD和XD+1构成的速度区间是否为速度集合的一个子集。速度集合则相应的由多个子集构成。
需要说明的是，采用如下方法判断由相邻两个交点XD和XD+1构成速度区间是否为速度集合的一个子集。确定两个交点XD和XD+1的中点是否位于绝对碰撞区，若是，则由相邻两个交点构成的速度区间不属于速度集合的一个子集，若否，则由相邻两个交点构成的速度区间为速度集合的一个子集。结合上面的例子，下面以确定无人飞行器A0避撞时使用的速度集合为例，来说明本步骤的具体实现过程，需要说明的是，在确定无人飞行器A0避撞时使用的速度集合时，无人飞行器A1、A2、A3、A4看做是运动障碍物。其中，图5为图4中无人飞行器A0对其他无人飞行器的速度障碍的示意图。请参照图5，具体地，首先，将无人飞行器A0及运动障碍物A1、A2、A3、A4分别等效为半径等于保护半径的圆形，其次，采用上面所介绍的速度障碍的原理，依次确定出无人飞行器A0对运动障碍物A1的绝对碰撞区ACC01、无人飞行器A0对运动障碍物A2的绝对碰撞区ACC02、无人飞行器A0对运动障碍物A3的绝对碰撞区ACC03和无人飞行器A0对运动障碍物A3的绝对碰撞区ACC04。
其次，请参照图5，确定无人飞行器A0航向所在的直线与的交点无人飞行器A0航向所在的直线与的交点无人飞行器A0航向所在的直线与的交点无人飞行器A0航向所在的直线与的交点无人飞行器A0航向所在的直线与的交点无人飞行器A0航向所在的直线与的交点(本例中，无人飞行器A0航向所在的直线与ACC04的两条边界直线不存在交点)。这样，无人飞行器A0航向所在的直线与绝对碰撞区存在六个交点，且这六个交点均位于最小速度点和最大速度点之间。接着，将这六个点、最大速度点、最小速度点按照距离无人飞行器A0的距离依次记为X1、……、X8。如图5所示，接着，依次判断X1与X2的中点、X2与X3的中点、X3与X4的中点、X4与X5的中点、X5与X6的中点、X6与X7的中点、X7与X8的中点是否位于绝对碰撞区，经过判断，发现X2与X3的中点、X4与X5的中点、X5与X6的中点、X6与X7的中点分别位于绝对碰撞区ACC01、ACC02、ACC02(X5与X6的中点同时也位于ACC03)、ACC03。这样，则确定区间[||X1-PA0||，||X2-PA0||]、[||X3-PA0||，||X4-PA0||]、[||X7-PA0||，||X8-PA0||]构成速度区间。
需要说明的是，PA0指无人飞行器A0的位置信息。
S205、根据上述第i架无人飞行器的速度集合，确定上述第i架无人飞行器的避撞机动空间。
具体地，将速度集合中速度区间的长度之和定义为避撞机动空间，结合上面的例子，上述三个区间([||X1-PA0||，||X2-PA0||]、[||X3-PA0||，||X4-PA0||]、[||X7-PA0||，||X8-PA0||])的长度之和即为避撞机动空间。例如，若确定无人飞行器A0的速度集合包括以下三个子集：[2.0，3.0]、[4.5，6.2]、[8.9，10.0]，则确定无人飞行器A0的避撞机动空间等于3.2(3.2＝(3.0-2.0)+(6.2-4.5)+(10-8.9))。
S206、根据上述第i架无人飞行器的避撞机动空间，确定上述第i架无人飞行器的避撞优先级。
具体地，第i架无人飞行器的避撞优先级与第i架无人飞行器的避撞机动空间成反比，即无人飞行器的避撞机动空间越大，该无人飞行器的避撞优先级越低。例如，若上述五架无人飞行的避撞机动空间从大到小依次为A0＞A1＞A2＞A3＞A4，则这五架无人飞行器的避撞优先级从大到小依次为A4＞A3＞A2＞A1＞A0。
S207、根据上述N架无人飞行器的避撞优先级和避撞探测范围，确定上述N架无人飞行器的避撞速度。
具体地，该步骤的具体实现过程包括如下步骤：
步骤一、对上述N架无人飞行器按照避撞优先级从高到低排序；
步骤二、对落入上述第i架无人飞行器的避撞探测范围内，且避撞优先级比上述第i架无人飞行器的避撞优先级低的无人飞行器分配一个令牌；
步骤三、在令牌分配完成后，根据上述N架无人飞行器得到的令牌数，对上述N架无人飞行器进行排序；
步骤四、确定上述N架无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的避撞速度为上述N架无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的当前飞行速度；
步骤五、取消对落入令牌数为0的无人飞行器避撞探测范围内，且避撞优先级比上述令牌数为0的无人飞行器的避撞优先级低的无人飞行器分配的令牌；
步骤六、根据剩下的无人飞行器的当前令牌数，对上述剩下的无人飞行器进行排序；
步骤七、为上述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器确定避撞速度；
步骤八、重复步骤五至步骤七，直至为上述N架无人飞行器确定出避撞速度。
进一步地，上述为上述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器确定避撞速度，具体包括：
将避撞优先级比上述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的避撞优先级高，且避撞探测范围落入上述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的无人飞行器确定为上述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的障碍物；
根据上述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的飞行状态信息，以及上述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的障碍物的位置信息、航向信息和避撞速度，采用速度障碍法确定上述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器对上述障碍物的速度障碍；
根据上述速度障碍以及上述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的航向信息确定上述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的速度集合，上述速度集合中的速度大于等于上述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的最小速度，且小于等于上述剩下的无人飞行器中令牌数为0无人飞行器的最大速度；
确定上述速度集合中的速度的最大值为上述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的避撞速度。
下面举例来说明该步骤的具体实现过程，本例以空域中同一高度层有四架无人飞行器(B1、B2、B3、B4)为例来说明，如图6所示，其中图6中的圆形表示各无人飞行器的避撞冲突半径。假设经过步骤S206，确定这四架无人飞行器的避撞优先级为B1＞B2＞B3＞B4，在步骤二中，分别对落入B1的避撞探测范围内，且避撞优先级比B1的避撞优先级低的无人飞行器B2、B3、B4分配一个令牌，对落入B2的避撞探测范围内，且避撞优先级比B2的避撞优先级低的无人飞行器B3分配一个令牌。在令牌分配完成后，这四架无人飞行器B1、B2、B3、B4的令牌数分别为0、1、2、1。此时，无人飞行器B1的令牌数为0，因此，确定无人飞行器B1的避撞速度为该无人飞行器的当前飞行速度；接着，取消对落入无人飞行器B1的避撞探测范围内，且避撞优先级比无人飞行器B1的避撞优先级低的无人飞行器B2、B3、B4分配的令牌，这样，剩下的无人飞行器B2、B3、B4的令牌数分别为0、1、0，此时，无人飞行器B2、B4的当令牌数为0，因此，为无人飞行器B2和无人飞行器B4确定避撞速度。接着，取消对落入B2的避撞探测范围内，且避撞优先级比B2的避撞优先级低的无人飞行器B3分配的令牌。此时，剩下的无人飞行器B3的令牌数为0，因此，为无人飞行器B3确定避撞速度。这样，通过以上步骤，为四架无人飞行器确定出避撞速度。
具体地，在为无人飞行器B2确定避撞速度时，将避撞优先级比无人飞行器B2的避撞优先级高，且避撞探测范围落入无人飞行器B2的无人飞行器B1确定为无人飞行器B2的障碍物；然后采用如图5所介绍的方法来确定无人飞行器B2的速度集合，在确定了无人飞行器的B2的速度集合后，将速度集合中速度的最大值确定为无人飞行器B2的避撞速度。
需要说明的是，在确定无人飞行器B2的速度集合时，无人飞行器B1的速度等于在步骤四为其确定的避撞速度。
同样地，在确定无人飞行器B4的避撞速度时，将避撞优先级比无人飞行器B4的避撞优先级高，且避撞探测范围落入无人飞行器B4的无人飞行器B1确定为无人飞行器B4的障碍物，来确定无人飞行器B4的速度集合，进而根据速度集合来确定B4的避撞速度。
需要说明的是，在确定无人飞行器B4的速度集合时，无人飞行器B1的速度等于在步骤四为其确定的避撞速度。
进一步地，在确定无人飞行器B3的避撞速度时，将避撞优先级比无人飞行器B3的避撞优先级高，且避撞探测范围落入无人飞行器B3的无人飞行器B1和B2确定为无人飞行器B3的障碍物，进而采用如图5所介绍的方法来确定无人飞行器B3的避撞速度。
需要说明的是，在确定无人飞行器B3的速度集合后，无人飞行器B1和无人飞行器B2的速度分别等于为其确定的避撞速度。
S208、将上述第i架无人飞行器的避撞速度发送给上述第i架无人飞行器，以使上述第i架无人飞行器按照上述避撞速度飞行。
具体地，该步骤的具体实现方法及实现原理可以参见实施例一的步骤S105的描述，在此不再赘述。
图7为本发明多无人飞行器避撞控制装置实施例一的示意图。该装置可以通过软件、硬件或者软硬结合的方式实现，且该装置可以是单独的多无人飞行器避撞控制装置，也可以是集成在地面设备中的装置。如图7所示，本实施例提供的多无人飞行器避撞控制装置，包括：接收模块100、确定模块200、发送模块300；其中，上述
接收模块100，用于接收同一高度层的N架无人飞行器的属性信息和飞行状态信息，其中，上述属性信息包括无人飞行器的机动性能等级和导航精度等级，上述飞行状态信息包括无人飞行器的位置信息、速度信息和航向信息；
确定模块200，用于根据第i架无人飞行器的机动性能等级确定上述第i架无人飞行器的避撞探测半径；根据上述第i架无人飞行器的导航精度等级确定上述第i架无人飞行器的保护半径；并根据上述N架无人飞行器的飞行状态信息、避撞探测半径以及保护半径，确定上述N架无人飞行器的避撞速度；其中，i＝1，……，N；
发送模块300，用于将上述第i架无人飞行器的避撞速度发送给上述第i架无人飞行器，以使上述第i架无人飞行器按照上述避撞速度飞行。
本实施例的装置，可以用于执行图2所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
进一步地，上述属性信息还包括无人飞行器的最大速度和最小速度，上述确定模块200，具体用于根据上述N架无人飞行器的飞行状态信息、保护半径、最大速度和最小速度，采用速度障碍法确定上述第i架无人飞行器使用的速度集合；根据上述第i架无人飞行器的速度集合，确定上述第i架无人飞行器的避撞机动空间；根据上述第i架无人飞行器的避撞机动空间，确定上述第i架无人飞行器的避撞优先级；根据上述N架无人飞行器的避撞优先级和避撞探测范围，确定上述N架无人飞行器的避撞速度，其中，上述速度集合中的速度大于等于上述第i架无人飞行器的最小速度，且小于等于上述第i架无人飞行器的最大速度。
进一步地，上述确定模块200在根据上述N架无人飞行器的避撞优先级和避撞探测范围，确定上述N架无人飞行器的避撞速度时，具体用于执行以下步骤：
步骤一、对上述N架无人飞行器按照避撞优先级从高到低排序；
步骤二、对落入上述第i架无人飞行器的避撞探测范围内，且避撞优先级比上述第i架无人飞行器的避撞优先级低的无人飞行器分配一个令牌；
步骤三、在令牌分配完成后，根据上述N架无人飞行器得到的令牌数，对上述N架无人飞行器进行排序；
步骤四、确定上述N架无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的避撞速度为上述N架无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的当前飞行速度；
步骤五、取消对落入令牌数为0的无人飞行器避撞探测范围内，且避撞优先级比上述令牌数为0的无人飞行器的避撞优先级低的无人飞行器分配的令牌；
步骤六、根据剩下的无人飞行器的当前令牌数，对上述剩下的无人飞行器进行排序；
步骤七、为上述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器确定避撞速度；
步骤八、重复步骤五至步骤七，直至为上述N架无人飞行器确定出避撞速度。
进一步地，确定模块200，具体用于将避撞优先级比上述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的避撞优先级高，且避撞探测范围落入上述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的无人飞行器确定为上述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的障碍物；根据上述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的飞行状态信息以及上述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的障碍物的位置信息、航向信息和避撞速度，采用速度障碍法确定上述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器对上述障碍物的速度障碍；根据上述速度障碍以及上述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的航向信息确定上述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的速度集合；确定上述速度集合中的速度的最大值为上述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的避撞速度；其中，上述速度集合中的速度大于等于上述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的最小速度，且小于等于上述剩下的无人飞行器中令牌数为0无人飞行器的最大速度。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种多无人飞行器避撞控制方法，其特征在于，包括：
接收同一高度层的N架无人飞行器的属性信息和飞行状态信息，其中，所述属性信息包括无人飞行器的机动性能等级和导航精度等级，所述飞行状态信息包括无人飞行器的位置信息、速度信息和航向信息；
根据第i架无人飞行器的机动性能等级确定所述第i架无人飞行器的避撞探测半径，i＝1，……，N；
根据所述第i架无人飞行器的导航精度等级确定所述第i架无人飞行器的保护半径；
根据所述N架无人飞行器的飞行状态信息、避撞探测半径以及保护半径，确定所述N架无人飞行器的避撞速度；
将所述第i架无人飞行器的避撞速度发送给所述第i架无人飞行器，以使所述第i架无人飞行器按照所述避撞速度飞行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述属性信息还包括无人飞行器的最大速度和最小速度，所述根据N架无人飞行器的飞行状态信息、避撞探测半径以及保护半径，确定所述N架无人飞行器的避撞速度，具体包括：
根据所述N架无人飞行器的飞行状态信息、保护半径、最大速度和最小速度，采用速度障碍法确定所述第i架无人飞行器使用的速度集合，所述速度集合中的速度大于等于所述第i架无人飞行器的最小速度，且小于等于所述第i架无人飞行器的最大速度；
根据所述第i架无人飞行器的速度集合，确定所述第i架无人飞行器的避撞机动空间；
根据所述第i架无人飞行器的避撞机动空间，确定所述第i架无人飞行器的避撞优先级；
根据所述N架无人飞行器的避撞优先级和避撞探测范围，确定所述N架无人飞行器的避撞速度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述N架无人飞行器的避撞优先级和避撞探测范围，确定所述N架无人飞行器的避撞速度，具体包括如下步骤：
步骤一、对所述N架无人飞行器按照避撞优先级从高到低排序；
步骤二、对落入所述第i架无人飞行器的避撞探测范围内，且避撞优先级比所述第i架无人飞行器的避撞优先级低的无人飞行器分配一个令牌；
步骤三、在令牌分配完成后，根据所述N架无人飞行器得到的令牌数，对所述N架无人飞行器进行排序；
步骤四、确定所述N架无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的避撞速度为所述N架无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的当前飞行速度；
步骤五、取消对落入令牌数为0的无人飞行器避撞探测范围内，且避撞优先级比所述令牌数为0的无人飞行器的避撞优先级低的无人飞行器分配的令牌；
步骤六、根据剩下的无人飞行器的当前令牌数，对所述剩下的无人飞行器进行排序；
步骤七、为所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器确定避撞速度；
步骤八、重复步骤五至步骤七，直至为所述N架无人飞行器确定出避撞速度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述为所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器确定避撞速度，具体包括：
将避撞优先级比所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的避撞优先级高，且避撞探测范围落入所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的无人飞行器确定为所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的障碍物；
根据所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的飞行状态信息，以及所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的障碍物的位置信息、航向信息和避撞速度，采用速度障碍法确定所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器对所述障碍物的速度障碍；
根据所述速度障碍以及所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的航向信息确定所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的速度集合，所述速度集合中的速度大于等于所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的最小速度，且小于等于所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的最大速度；
确定所述速度集合中的速度的最大值为所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的避撞速度。
5.一种多无人飞行器避撞控制装置，其特征在于，包括：接收模块、确定模块、发送模块；其中，
所述接收模块，用于接收同一高度层的N架无人飞行器的属性信息和飞行状态信息，其中，所述属性信息包括无人飞行器的机动性能等级和导航精度等级，所述飞行状态信息包括无人飞行器的位置信息、速度信息和航向信息；
所述确定模块，用于根据第i架无人飞行器的机动性能等级确定所述第i架无人飞行器的避撞探测半径；根据所述第i架无人飞行器的导航精度等级确定所述第i架无人飞行器的保护半径；并根据所述N架无人飞行器的飞行状态信息、避撞探测半径以及保护半径，确定所述N架无人飞行器的避撞速度，其中，i＝1，……，N；
所述发送模块，用于将所述第i架无人飞行器的避撞速度发送给所述第i架无人飞行器，以使所述第i架无人飞行器按照所述避撞速度飞行。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述属性信息还包括无人飞行器的最大速度和最小速度，所述确定模块，具体用于根据所述N架无人飞行器的飞行状态信息、保护半径、最大速度和最小速度，采用速度障碍法确定所述第i架无人飞行器使用的速度集合；根据所述第i架无人飞行器的速度集合，确定所述第i架无人飞行器的避撞机动空间；根据所述第i架无人飞行器的避撞机动空间，确定所述第i架无人飞行器的避撞优先级；根据所述N架无人飞行器的避撞优先级和避撞探测范围，确定所述N架无人飞行器的避撞速度，其中，所述速度集合中的速度大于等于所述第i架无人飞行器的最小速度，且小于等于所述第i架无人飞行器的最大速度。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述确定模块在根据所述N架无人飞行器的避撞优先级和避撞探测范围，确定所述N架无人飞行器的避撞速度时，具体用于执行以下步骤：
步骤一、对所述N架无人飞行器按照避撞优先级从高到低排序；
步骤二、对落入所述第i架无人飞行器的避撞探测范围内，且避撞优先级比所述第i架无人飞行器的避撞优先级低的无人飞行器分配一个令牌；
步骤三、在令牌分配完成后，根据所述N架无人飞行器得到的令牌数，对所述N架无人飞行器进行排序；
步骤四、确定所述N架无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的避撞速度为所述N架无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的当前飞行速度；
步骤五、取消对落入令牌数为0的无人飞行器避撞探测范围内，且避撞优先级比所述令牌数为0的无人飞行器的避撞优先级低的无人飞行器分配的令牌；
步骤六、根据剩下的无人飞行器的当前令牌数，对所述剩下的无人飞行器进行排序；
步骤七、为所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器确定避撞速度；
步骤八、重复步骤五至步骤七，直至为所述N架无人飞行器确定出避撞速度。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述确定模块，具体用于将避撞优先级比所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的避撞优先级高，且避撞探测范围落入所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的无人飞行器确定为所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的障碍物；根据所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的飞行状态信息以及所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的障碍物的位置信息、航向信息和避撞速度，采用速度障碍法确定所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器对所述障碍物的速度障碍；根据所述速度障碍以及所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的航向信息确定所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的速度集合；确定所述速度集合中的速度的最大值为所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的避撞速度；其中，所述速度集合中的速度大于等于所述剩下的无人飞行器中令牌数为0的无人飞行器的最小速度，且小于等于所述剩下的无人飞行器中令牌数为0无人飞行器的最大速度。
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