CN111880556A - 一种基于无线紫外光的无人机集群内防碰撞***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线紫外光的集群无人机防碰撞***，包括机载信息处理模块和机载紫外光信号收发模块；机载紫外光信号收发模块包括紫外光信号发射机和紫外光电倍增管，紫外光信号发射机包括两种波长的紫外光LED光源和三极管，紫外光LED光源采用三极管来控制，形成预警等级不同的预警区域。利用无人机之间各个方向上重叠的预警区域建立紫外光通信，通过判断无人机之间的优先级，来判断无人机是否实行避让，从而实现集群无人机之间防碰撞。利用无线紫外光检测无人机各个方向上的碰撞信号，并做出防碰撞操作措施，具有全天候工作、全方位工作、保密性强等优点，保证了无人机在集群飞行过程中的飞行安全。

Description

一种基于无线紫外光的无人机集群内防碰撞***及方法

技术领域

本发明属于光电信息技术领域，具体涉及一种基于无线紫外光的集群无人机防碰撞***，还涉及其防碰撞方法。

背景技术

随着科技水平的快速发展，无人机应用范围也越来越广泛，无人机飞行表演、无人机空中移动通信组网、无人机机间协作等任务，要求无人机之间保持一定的飞行距离。

在无人机飞行过程中受风力或是地形影响，无人机之间难以保持机间的距离，这时，就要求无人机之间通过一种防碰撞***，及时预警无人机之间的距离，并做出相应的应对措施。

目前的无人机之间防碰撞***大多采用无线电进行机间通信，或是通过GPS进行定位，但是GPS定位误差较大，而无线电通信容易受到周围环境中无线电信号的干扰，无人机之间防碰撞效果较差。

紫外光通信采用200nm-280nm波段“日盲”紫外光进行通信，利用该波段紫外光进行通信几乎没有周围环境中背景噪声的干扰，同时紫外光通信不受到周围环境中无线电干扰，具有全天候工作、全方位工作、保密性强等优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于无线紫外光的集群无人机防碰撞***，解决了无人机集群飞行过程中在无法保持机间距下造成无人机间发生碰撞的问题。

本发明的另一目的在于提供上述集群无人机防碰撞方法。

本发明所采用的技术方案是，一种基于无线紫外光的集群无人机防碰撞***，包括机载信息处理模块和机载紫外光信号收发模块；机载紫外光信号收发模块包括紫外光信号发射机和紫外光信号接收机，紫外光信号发射机包括两种波长的紫外光LED光源和三极管，紫外光信号接收机为两种波长的紫外光电倍增管；机载信号处理模块集成在无人机内部。

本发明的特点还在于，

机载信号处理模块为微处理器，微处理器的型号为STM32f429；微处理器内部存储有无人机优先级以及无人机的两个预警距离。

预警距离分别设置为20m和50m，每架无人机周围的三维空间被划分为三个预警等级。

紫外光LED光源的波长分别为255nm和280nm。

本发明所采用的另一技术方案是，一种基于无线紫外光的集群无人机防碰撞方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，调整机载紫外光信号收发模块：通过控制紫外LED光源和紫外光电倍增管的发散角，使得悬挂在无人机四个旋翼上的机载紫外光信号收发模块能够实现全覆盖式通信；

通过三极管调整紫外LED光源和紫外光电倍增管的通信距离，使得无人机周围划分成三个不同距离的预警区域，分别为安全区域D＞50m，在此区域内无人机之间碰撞概率极低；警示区域20m＜D≤50m，在此区域内无人机之间碰撞概率为中等；危险区域D≤20m，在此区域内无人机碰撞等级为极高；其中D是以无人机质心为球心的球半径；

步骤2，无人机飞行过程中广播信号：无人机飞行过程中通过悬挂在无人机四个旋翼上的紫外光信号发射机，全方位发送无人机的飞行状态信息、无人机的优先级信息、无人机飞行预警信息；

步骤3，无人机飞行过程检测到预警信号：无人机飞行中通过信号接收机检测到预警信号进行防碰撞操作。

本发明的特点还在于，

步骤3中，具体按照以下步骤实施：

步骤3.1，无人机飞行过程中检测到一个预警信号情况下的防碰撞：首先通过信号处理模块确定该无人机与发出预警信号无人机之间碰撞方向，以及两架无人机的优先级，优先级较低的无人机降低碰撞方向的飞行速度，优先级较高的无人机则保持飞行状态，直至无人机收到碰撞信号消失，无人机防碰撞操作成功；

步骤3.2，检测到多个方向无人机预警信号情况下的防碰撞：首先通过信号处理模块确定该无人机与发出预警信号的多台无人机之间的碰撞方向，以及该无人机与其他无人机之间的优先级；具体为：

步骤3.2.1，检测到某个预警方向上该无人机优先级低于发出预警信号的无人机，该无人机降低预警方向上的飞行速度，发出预警信号的无人机保持该方向上的飞行状态，直至该无人机接收到的该方向上碰撞信号消失；

步骤3.2.2，检测到某个预警方向上该无人机优先级高于发出预警信号的无人机，该无人机保持该方向上的飞行状态，发出预警信号的无人机降低预警方向上的飞行速度，直至无人机接收到的该方向上碰撞信号消失；

步骤3.2.3，重复步骤3.2.1和步骤3.2.2，直至该无人机接收到的所有方向上的碰撞预警信号消失，无人机防碰撞操作成功。

本发明的有益效果是：

本发明的基于无线紫外光的集群无人机防碰撞***，利用无线紫外光检测无人机各个方向上的碰撞信号，并做出防碰撞操作措施，具有全天候工作、全方位工作、保密性强等优点，保证了无人机在集群飞行过程中的飞行安全，为无人机圆满完成飞行任务提供了重要保证。

附图说明

图1是本发明一种基于无线紫外光的无人机集群内防碰撞***的结构示意图；

图2是本发明实施例中无人机检测到一个防碰撞预警信号示意图；

图3是本发明实施例中无人机检测到多个方向碰撞预警信号示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种基于无线紫外光的集群无人机防碰撞***，如图1所示，包括机载信息处理模块和机载紫外光信号收发模块。

其中，机载紫外光信号收发模块包括紫外光信号发射机和紫外光信号接收机，紫外光信号发射机包括两种波长的紫外光LED光源和三极管，通过三极管控制紫外光LED光源的通信距离，形成预警等级不同的预警区域；

紫外光LED光源的波长分别为255nm和280nm；

紫外光信号接收机为两种波长的紫外光电倍增管；

紫外光电倍增管对应上述两个波长为255nm和280mn的紫外光LED光源；利用紫外光电倍增管接收到紫外LED信号之后，可以通过接收到的光功率解算出两架无人机之间的距离，利用电压来调整光电倍增管的灵敏度，进而控制光电倍增管的接收距离。

机载信号处理模块集成在无人机内部，机载信号处理模块中的微处理器安装在无人机内部，利用无人机之间各个方向上重叠的预警区域建立紫外光通信来实现无人机的防碰撞；机载信号处理模块内部存储有无人机优先级，以及无人机的两个预警距离；

预警距离分别设置为20m和50m，每架无人机周围的三维空间被划分为三个预警等级；

无人机优先级信息存储在无人机机载信号处理模块内部，由每架无人机的编号决定；

微处理器的型号为STM32f429；

本发明一种基于无线紫外光的集群无人机防碰撞方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，调整紫外光信号收发模块：通过控制紫外LED光源和紫外光电倍增管的发散角，使得悬挂在无人机四个旋翼上的机载紫外光信号收发模块能够实现全覆盖式通信；

通过三极管调整紫外LED光源和紫外光电倍增管的通信距离，使得无人机周围划分成三个不同距离的预警区域，分别为安全区域D＞50m，在此区域内无人机之间碰撞概率极低；警示区域20m＜D≤50m，在此区域内无人机之间碰撞概率为中等；危险区域D≤20m，在此区域内无人机碰撞等级为极高；其中D是以无人机质心为球心的球半径；

步骤2，无人机飞行过程中广播信号：无人机飞行过程中通过悬挂在无人机四个旋翼上的紫外光信号发射机，全方位发送无人机的飞行状态信息、无人机的优先级信息、无人机飞行预警信息；

步骤3，无人机飞行过程检测到预警信号：无人机飞行中通过信号接收机检测到预警信号进行防碰撞操作；

步骤3.1，无人机飞行过程中检测到一个预警信号情况下的防碰撞：首先通过信号处理模块确定该无人机与发出预警信号无人机之间碰撞方向，以及两架无人机的优先级，优先级较低的无人机降低碰撞方向的飞行速度，优先级较高的无人机则保持飞行状态，直至无人机收到碰撞信号消失，无人机防碰撞操作成功；

步骤3.2，检测到多个方向无人机预警信号情况下的防碰撞：首先通过信号处理模块确定该无人机与发出预警信号的多台无人机之间的碰撞方向，以及该无人机与其他无人机之间的优先级；具体为：

步骤3.2.1，检测到某个预警方向上该无人机优先级低于发出预警信号的无人机，该无人机降低预警方向上的飞行速度，发出预警信号的无人机保持该方向上的飞行状态，直至该无人机接收到的该方向上碰撞信号消失；

步骤3.2.2，检测到某个预警方向上该无人机优先级高于发出预警信号的无人机，该无人机保持该方向上的飞行状态，发出预警信号的无人机降低预警方向上的飞行速度，直至无人机接收到的该方向上碰撞信号消失；

步骤3.2.3，重复步骤3.2.1和步骤3.2.2，直至该无人机接收到的所有方向上的碰撞预警信号消失，无人机防碰撞操作成功。

实施例

一种基于无线紫外光的集群无人机防碰撞方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，调整紫外光信号收发模块：通过控制紫外LED和光电倍增管的发散角，使得悬挂在无人机四个旋翼上的机载紫外光信号收发模块能够实现全覆盖式通信；

步骤2，无人机飞行过程中广播信号：无人机飞行过程中通过悬挂在无人机四个旋翼上的紫外光信号发射机，全方位发送无人机的飞行状态信息、无人机的优先级信息、无人机飞行预警信息；

步骤3，无人机飞行过程检测到预警信号：无人机飞行中通过信号接收机检测到预警信号进行防碰撞操作；

步骤3.1，无人机飞行过程中检测到一个预警信号情况下的防碰撞：如图2所示，首先通过信号处理模块确定该无人机010与发出预警信号无人机001之间碰撞方向，以及两架无人机的优先级，优先级较低的无人机001降低碰撞方向的飞行速度，优先级较高的无人机010则保持飞行状态，直至无人机收到碰撞信号消失，无人机防碰撞操作成功；

步骤3.2，检测到多个方向无人机预警信号情况下的防碰撞：如图3所示，首先通过信号处理模块确定该无人机与发出预警信号的多台无人机之间的碰撞方向，以及该无人机020与其他无人机之间的优先级；

步骤3.2.1，检测到某个预警方向上该无人机020优先级低于发出预警信号的无人机100，该无人机020降低预警方向上的飞行速度，发出预警信号的无人机100保持该方向上的飞行状态，直至该无人机接收到的该方向上碰撞信号消失；

步骤3.2.2，检测到某个预警方向上该无人机020优先级高于发出预警信号002和003的无人机，该无人机020保持该方向上的飞行状态，发出预警信号的无人机002和003降低预警方向上的飞行速度，直至无人机020接收到的该方向上碰撞信号消失；

步骤3.2.3，重复步骤3.2.1和步骤3.2.2，直至该无人机020接收到的所有方向上的碰撞预警信号消失，无人机防碰撞操作成功。

Claims (6)

1.一种基于无线紫外光的集群无人机防碰撞***，其特征在于，包括机载信息处理模块和机载紫外光信号收发模块；所述机载紫外光信号收发模块包括紫外光信号发射机和紫外光信号接收机，所述紫外光信号发射机包括两种波长的紫外光LED光源和三极管，所述紫外光信号接收机为两种波长的紫外光电倍增管；所述机载信号处理模块集成在无人机内部。

2.根据权利要求1所述的一种基于无线紫外光的集群无人机防碰撞***，其特征在于，所述机载信号处理模块为微处理器，所述微处理器的型号为STM32f429；所述微处理器内部存储有无人机优先级以及无人机的两个预警距离。

3.根据权利要求2所述的一种基于无线紫外光的集群无人机防碰撞***，其特征在于，所述预警距离分别设置为20m和50m，每架无人机周围的三维空间被划分为三个预警等级。

4.根据权利要求1所述的一种基于无线紫外光的集群无人机防碰撞***，其特征在于，所述紫外光LED光源的波长分别为255nm和280nm。

5.一种基于无线紫外光的集群无人机防碰撞方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1，调整机载紫外光信号收发模块：通过控制紫外LED光源和紫外光电倍增管的发散角，使得悬挂在无人机四个旋翼上的机载紫外光信号收发模块能够实现全覆盖式通信；

通过三极管调整紫外LED光源和紫外光电倍增管的通信距离，使得无人机周围划分成三个不同距离的预警区域，分别为安全区域D＞50m，在此区域内无人机之间碰撞概率极低；警示区域20m＜D≤50m，在此区域内无人机之间碰撞概率为中等；危险区域D≤20m，在此区域内无人机碰撞等级为极高；其中D是以无人机质心为球心的球半径；

步骤2，无人机飞行过程中广播信号：无人机飞行过程中通过悬挂在无人机四个旋翼上的紫外光信号发射机，全方位发送无人机的飞行状态信息、无人机的优先级信息、无人机飞行预警信息；

步骤3，无人机飞行过程检测到预警信号：无人机飞行中通过信号接收机检测到预警信号进行防碰撞操作。

6.根据权利要求1所述的一种基于无线紫外光的集群无人机防碰撞方法，其特征在于，所述步骤3中，具体按照以下步骤实施：

步骤3.1，无人机飞行过程中检测到一个预警信号情况下的防碰撞：首先通过信号处理模块确定该无人机与发出预警信号无人机之间碰撞方向，以及两架无人机的优先级，优先级较低的无人机降低碰撞方向的飞行速度，优先级较高的无人机则保持飞行状态，直至无人机收到碰撞信号消失，无人机防碰撞操作成功；

步骤3.2，检测到多个方向无人机预警信号情况下的防碰撞：首先通过信号处理模块确定该无人机与发出预警信号的多台无人机之间的碰撞方向，以及该无人机与其他无人机之间的优先级；具体为：

步骤3.2.1，检测到某个预警方向上该无人机优先级低于发出预警信号的无人机，该无人机降低预警方向上的飞行速度，发出预警信号的无人机保持该方向上的飞行状态，直至该无人机接收到的该方向上碰撞信号消失；

步骤3.2.2，检测到某个预警方向上该无人机优先级高于发出预警信号的无人机，该无人机保持该方向上的飞行状态，发出预警信号的无人机降低预警方向上的飞行速度，直至无人机接收到的该方向上碰撞信号消失；

步骤3.2.3，重复步骤3.2.1和步骤3.2.2，直至该无人机接收到的所有方向上的碰撞预警信号消失，无人机防碰撞操作成功。

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