CN117130393A - 一种无人机禁飞区绕飞分析方法和*** - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种无人机禁飞区绕飞分析方法和***，涉及无人机禁飞领域，本申请包括s1，对禁飞区进行信息确认和自检；s2，持续判断无人机路径是否穿越禁飞区，如否，则进行s3；如是，则依据穿越线，构建外切圆并判断绕行方向，计算并飞至圆弧上的绕飞点，修正无人机路径，重复s2，对于所述外切圆：无人机路径与禁飞区交线的两个端点，无人机当前位置最临近顺序边界点，三点构成外切圆；s3，进行期望路径飞行。本申请提供的一种无人机禁飞区绕飞分析方法和***，对不规则的禁飞区执行绕飞，可顺利避开禁飞区，合法高效飞行，方法简便，调用计算资源少。

Description

一种无人机禁飞区绕飞分析方法和***

技术领域

本申请涉及无人机禁飞领域，具体涉及一种无人机禁飞区绕飞分析方法和***。

背景技术

无人机遭遇禁飞区，需要智能处理算法，指导飞行，现有技术中，CN116382352B，避免无人机在绕行禁飞区的飞行过程中存在复杂转弯和频繁加减速；通过为无人机绕行禁飞区规划出适宜作业的平滑航迹，控制无人机平稳飞行，可使固定翼无人机的飞行速度不低于规定值，保障无人机安全高效作业；

现有技术中，EP3001861A4，揭示了用于向飞行限制区域提供飞行响应。可以将无人机（UAV）的位置与飞行限制区域的位置进行比较。 如果需要，无人机可以采取飞行反应措施来防止无人机在禁飞区飞行。可以根据无人机与飞行限制区域之间的距离以及无人机所在的管辖范围，采取不同的飞行反应措施。

本申请规避全局路径规划，采用局部绕行的方式，提出一种新的基于动力学几何约束的禁飞区绕飞技术。

发明内容

本申请一种无人机禁飞区绕飞分析方法和***，解决现有技术中的问题。

第一方面，一种无人机禁飞区绕飞分析方法，包括：

s1，对禁飞区进行信息确认和自检；

s2，持续判断无人机路径是否穿越禁飞区，如否，则进行s3；

如是，则依据穿越线，构建外切圆并判断绕行方向，计算并飞至圆弧上的绕飞点，修正无人机路径，重复s2，对于所述外切圆：无人机路径与禁飞区交线的两个端点，无人机当前位置最临近顺序边界点，三点构成外切圆；

s3，进行期望路径飞行。

进一步的，其中s2具体包括：s21，分析无人机当前位置的速度方向与当前位置与所述外切圆的连线的关系，确定绕飞方向，选择绕飞方向一致的外切圆切线，以当前位置的速度方向，朝向所述外切圆的切点弧线飞行；

s22，飞至切点后，构建切点与终点形成期望路径，如期望路径与所述外切圆仅切点，则执行s3，如期望路径与所述外切圆有两处交点，除切点外的另一处交点作为中间分离点，所述无人机到中间分离点沿所述外切圆圆弧绕飞然后执行所述s2。

进一步的，所述s2，持续判断无人机路径是否穿越禁飞区，如否，则进行s3，具体包括：

关于判断无人机路径是否穿越禁飞区：

无人机接收禁飞区信息后自检，降维后在二维水平平面，对穿过无人机所在位置点的水平或竖直直线，所述直线穿过多条闭合的首尾相连的禁飞区向量，计算穿过的禁飞区向量与禁飞区向量首端到无人机所在位置点向量叉乘，计算每一个包括直线穿过的禁飞区向量的两向量的向量叉乘，计数叉乘方向变化次数，判断，当变化奇数次，无人机在禁飞区外部，否则，反之。

进一步的，所述s1，对禁飞区进行信息确认和自检，包括：

无人机发送GPS信息至基站；

基站基于GPS信息筛选邻近禁飞区，筛选完成发送禁飞区信息至无人机；

基站确认禁飞区指令；

基站判断是否开启禁飞区；

当基站判断开启禁飞区时，基站发送禁飞区限制指令至无人机并构建与无人机专属通信；

自检时刻，构成禁飞区多边形，无人机相对禁飞区静止，对禁飞区的形成闭合区域外端点编号并连线，构成首尾相连合向量为0的多个禁飞区向量，构建以无人机所在GPS信息与禁飞区向量信息的同一坐标系，所述同一坐标系为二维水平平面所在的坐标系。

进一步的，当变化偶数次，无人机在禁飞区内部，封锁无人机动力核心。

进一步的，当变化奇数次，无人机在禁飞区外部，判断无人机所在航线是否穿过禁飞区，当无人机所在航线穿过禁飞区，则对无人机在运行路径上限速，包括如下步骤：

判断无人机与禁飞区的最近距离是否大于安全距离，

当最近距离是否小于安全距离，限速刹停；

当最近距离是否大于安全距离，然后根据无人机最大制动加速度限制无人机限制当前最大速度；

其中，无人机与禁飞区的最近距离，为，无人机根据计算当前速度方向延长线上与禁飞区边界的交点的距离。

进一步的，还包括判断无人机与禁飞区的相对位置，当变化奇数次，无人机在禁飞区外部，此时，依据穿过的禁飞区向量与禁飞区向量首端到无人机所在位置点向量叉乘的正负，判断无人机位于所述穿过的禁飞区向量的左侧、右侧、上侧、下侧或向量上，遍历判断获取无人机在禁飞区外部的位置关系。

进一步的，还包括对无人机的动力学约束，包括：

限制所述无人机圆弧绕飞，依据当前绕飞圆的半径，设置安全半径，安全半径加上绕飞圆半径为膨胀绕飞圆半径，获得最大的膨胀后的绕飞圆数据，依据绕飞圆数据、当前位置到中间分离点的距离和飞机的最大制动速度，对无人机的飞行速度进行动力学约束，同时获取绕飞的转弯率数据。

第二方面，本申请提供一种无人机禁飞区绕飞分析***，包括无人机和基站，所述无人机和基站配合实现如如第一方面任一所述的一种无人机禁飞区绕飞分析方法，所述基站与所述无人机交互，共同作用分析无人机与禁飞区的相对关系后限制无人机相对禁飞区的运动，用于实现无人机绕飞禁飞区。

本申请的原理：

首先判断，无人机与禁飞区的位置关系，通过将gps数据转换为二维坐标数据，结合基站关于禁飞区的信息，向量处理，三维叉积变为二维叉乘，叉乘的模存在正负，顺序叉乘引起的正负变化揭示了无人机与禁飞区的相对位置，即，当变化奇数次，无人机在禁飞区外部，否则，反之。然后当无人机在禁飞区外部时，且无人机穿过绕飞区，执行绕飞分析，将不规则的禁飞区绕飞策略，执行为最小单元绕飞策略：外切圆绕飞，圆弧绕飞至中间分离点；并开启下一次最小单元绕飞策略。还包括过程中对无人机依据最大制动速度，进行的动力学约束。

本申请的有益效果：

本申请提供的一种无人机禁飞区绕飞分析方法和***，对不规则的禁飞区执行绕飞，可顺利避开禁飞区，合法高效飞行，方法简便，调用计算资源少。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本申请实施例的限定。在附图中：

图1为本申请一示例性实施例提供的一种无人机禁飞区绕飞分析方法示意图。

图2为本申请一示例性实施例提供的又一种无人机禁飞区绕飞分析方法示意图。

图3为本申请又一示例性实施例提供的一种无人机禁飞区绕飞分析方法流程图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

无人机遭遇禁飞区，需要智能处理算法，指导飞行，现有技术中，CN116382352B，避免无人机在绕行禁飞区的飞行过程中存在复杂转弯和频繁加减速；通过为无人机绕行禁飞区规划出适宜作业的平滑航迹，控制无人机平稳飞行，可使固定翼无人机的飞行速度不低于规定值，保障无人机安全高效作业；

现有技术中，EP3001861A4，揭示了用于向飞行限制区域提供飞行响应。可以将无人机（UAV）的位置与飞行限制区域的位置进行比较。 如果需要，无人机可以采取飞行反应措施来防止无人机在禁飞区飞行。可以根据无人机与飞行限制区域之间的距离以及无人机所在的管辖范围，采取不同的飞行反应措施。

本申请规避全局路径规划，采用局部绕行的方式，提出一种新的基于动力学几何约束的禁飞区绕飞技术。

本申请的应用场景为，无人机的常规搭载飞行策略。

实施例1，

本申请提供一种无人机禁飞区绕飞分析方法，包括如下步骤：

包括多个最小单元的绕飞分析和实现；

对一个最小单元的绕飞分析和实现中，包括如下步骤：

判断正在绕飞：对禁飞区进行信息确认和自检，

如不在绕飞，判断期望路径是否穿越禁飞区：持续判断无人机路径是否穿越禁飞区；

如期望路径不穿过禁飞区，则直接沿期望路径飞行，同时清楚绕飞状态；

如期望路径穿过禁飞区，则计算绕飞点，然后，更改目标位置，即当前无人机到达终点的期望路径上增加绕飞点，设置好绕飞状态；

如在绕飞，则判断是否飞至绕飞点，到达绕飞点，即结束，如下关于绕飞点分析：

依据穿越线，构建外切圆并判断绕行方向，计算并飞至圆弧上的绕飞点，修正无人机路径，对于所述外切圆：无人机路径与禁飞区交线的两个端点，无人机当前位置最临近顺序边界点，三点构成外切圆；分析无人机当前位置的速度方向与当前位置与所述外切圆的连线的关系，确定绕飞方向，选择绕飞方向一致的外切圆切线，以当前位置的速度方向，设置绕飞状态，朝向所述外切圆的切点弧线飞行；飞至切点后，构建切点与终点形成期望路径，如期望路径与所述外切圆仅切点，则执行期望路径飞行，如期望路径与所述外切圆有两处交点，除切点外的另一处交点作为中间分离点，设置绕飞状态，所述无人机到中间分离点沿所述外切圆圆弧绕飞然后执行期望路径飞行；

在实施例1中，本申请实现该无人机禁飞区绕飞分析方法的技术方案中，基站发送禁飞区边界点的经纬高（LLA）数据，无人机获取当前GPS位置（LLA），也就是也叫经纬高坐标系（经度(Longitude),纬度(Latitude)和高度(Altitude)LLA坐标系）。由于地球是球体，根据：弧长=曲率半径*弧度，可以求出弧长（相当于双方距离），曲率半径已知（这里设为地球半径）。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的***实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限制。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法或***。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由上面的权利要求书指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (9)

1.一种无人机禁飞区绕飞分析方法，其特征在于，包括：

s1，对禁飞区进行信息确认和自检；

s2，持续判断无人机路径是否穿越禁飞区，如否，则进行s3；

如是，则依据穿越线，构建外切圆并判断绕行方向，计算并飞至圆弧上的绕飞点，修正无人机路径，重复s2，对于所述外切圆：无人机路径与禁飞区交线的两个端点，无人机当前位置最临近顺序边界点，三点构成外切圆；

s3，进行期望路径飞行。

2.根据权利要求1所述的一种无人机禁飞区绕飞分析方法，其特征在于，其中s2具体包括：s21，分析无人机当前位置的速度方向与当前位置与所述外切圆的连线的关系，确定绕飞方向，选择绕飞方向一致的外切圆切线，以当前位置的速度方向，朝向所述外切圆的切点弧线飞行；

s22，飞至切点后，构建切点与终点形成期望路径，如期望路径与所述外切圆仅切点，则执行s3，如期望路径与所述外切圆有两处交点，除切点外的另一处交点作为中间分离点，所述无人机到中间分离点沿所述外切圆圆弧绕飞然后执行所述s2。

3.根据权利要求2所述的一种无人机禁飞区绕飞分析方法，其特征在于，所述s2，持续判断无人机路径是否穿越禁飞区，如否，则进行s3，具体包括：

关于判断无人机路径是否穿越禁飞区：

无人机接收禁飞区信息后自检，降维后在二维水平平面，对穿过无人机所在位置点的水平或竖直直线，所述直线穿过多条闭合的首尾相连的禁飞区向量，计算穿过的禁飞区向量与禁飞区向量首端到无人机所在位置点向量叉乘，计算每一个包括直线穿过的禁飞区向量的两向量的向量叉乘，计数叉乘方向变化次数，判断，当变化奇数次，无人机在禁飞区外部，否则，反之。

4.根据权利要求3所述的一种无人机禁飞区绕飞分析方法，其特征在于，所述s1，对禁飞区进行信息确认和自检，包括：

无人机发送GPS信息至基站；

基站基于GPS信息筛选邻近禁飞区，筛选完成发送禁飞区信息至无人机；

基站确认禁飞区指令；

基站判断是否开启禁飞区；

当基站判断开启禁飞区时，基站发送禁飞区限制指令至无人机并构建与无人机专属通信；

自检时刻，构成禁飞区多边形，无人机相对禁飞区静止，对禁飞区的形成闭合区域外端点编号并连线，构成首尾相连合向量为0的多个禁飞区向量，构建以无人机所在GPS信息与禁飞区向量信息的同一坐标系，所述同一坐标系为二维水平平面所在的坐标系。

5.根据权利要求4所述的一种无人机禁飞区绕飞分析方法，其特征在于，

当变化偶数次，无人机在禁飞区内部，封锁无人机动力核心。

6.根据权利要求4所述的一种无人机禁飞区绕飞分析方法，其特征在于，

当变化奇数次，无人机在禁飞区外部，判断无人机所在航线是否穿过禁飞区，当无人机所在航线穿过禁飞区，则对无人机在运行路径上限速，包括如下步骤：

判断无人机与禁飞区的最近距离是否大于安全距离，

当最近距离是否小于安全距离，限速刹停；

当最近距离是否大于安全距离，然后根据无人机最大制动加速度限制无人机限制当前最大速度；

其中，无人机与禁飞区的最近距离，为，无人机根据计算当前速度方向延长线上与禁飞区边界的交点的距离。

7.根据权利要求4所述的一种无人机禁飞区绕飞分析方法，其特征在于，还包括判断无人机与禁飞区的相对位置，当变化奇数次，无人机在禁飞区外部，此时，依据穿过的禁飞区向量与禁飞区向量首端到无人机所在位置点向量叉乘的正负，判断无人机位于所述穿过的禁飞区向量的左侧、右侧、上侧、下侧或向量上，遍历判断获取无人机在禁飞区外部的位置关系。

8.根据权利要求2所述的一种无人机禁飞区绕飞分析方法，其特征在于，还包括对无人机的动力学约束，包括：

限制所述无人机圆弧绕飞，依据当前绕飞圆的半径，设置安全半径，安全半径加上绕飞圆半径为膨胀绕飞圆半径，获得最大的膨胀后的绕飞圆数据，依据绕飞圆数据、当前位置到中间分离点的距离和飞机的最大制动速度，对无人机的飞行速度进行动力学约束，同时获取绕飞的转弯率数据。

9.一种无人机禁飞区绕飞分析***，其特征在于，包括无人机和基站，所述无人机和基站配合实现如如权利要求1-8任一所述的一种无人机禁飞区绕飞分析方法，所述基站与所述无人机交互，共同作用分析无人机与禁飞区的相对关系后限制无人机相对禁飞区的运动，用于实现无人机绕飞禁飞区。