TWI641935B - 無人飛行載具強制導引飛航之系統及方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種無人飛行載具強制導引飛航之方法，其包括如下步驟：在無人飛行載具裝設一強制控制模組，在管制標的物裝設一管理主機利用無線訊號形成一設定距離之管制區域，使管理主機於無人飛行載具進入管制區域範圍時，令強制控制模組啟動限制飛航模式；強制控制模組對無人飛行載具取得飛航控制權；在管制區域範圍內，管理主機依據無人飛行載具與管制標的物之距離遠近，使強制控制模組對無人飛行載具發出不同程度之偏移訊號；及無人飛行載具偏移原航道，遠離管制區域；藉由上述方法，將進入管制區域範圍之無人飛行載具強制導引使其偏離航道，形成一個飛航安全管理範圍，防止無人飛行載具進入該管制區域，達到可以保障該管制區域的安全性，也能確保無人飛行載具不受任何的損壞。本發明還提供一種無人飛行載具強制導引飛航之系統。

Description

無人飛行載具強制導引飛航之系統及方法

本發明涉及一種無人飛行載具強制導引飛航之系統及方法，由其涉及一種依據與管制區域中心位置之距離而對無人飛行載具產生不同程度偏移訊號，強制使其偏移航道之系統及方法。

查，無人飛行載具（英語：Unmanned Aerial Vehicle，縮寫：UAV）或稱無人飛機系統（Unmanned Aircraft System，縮寫：UAS），俗稱無人機、遙控飛行器、蜂型機，廣義上為不需要駕駛員登機駕駛的各式遙控飛行器能。隨著電子技術的成熟與生產成本之降低，遙控無人機、飛行器之無人飛行載具日漸普及應用於周遭產業中，如快遞運輸、天災救難偵測與農林資訊蒐集等，無不開創了嶄新的應用領域，也將在可預期的未來顯著影響每個人的生活；然而無人飛行器的便利性，給人類帶來一些負面效果，例如：國家安全問題(神秘飛越核廠法國警覺、空拍機墜落險砸總統車隊4人帶回偵訊、美白宮再遭無人機闖入半年內三宗)、社會安全問題(遙控空拍機墜高鐵玩家法辦、松山機場發生首宗空拍機墜落事件、無人機惹議飛撞101大樓影片曝光)，現有之無人飛行器並無任何法律的強制規範，零星之安全危害與隱私性問題也將隨著無人飛行器市場之興起衍生而出。

本發明主要目的係在於解決上述問題，而提供一種無人飛行載具強制導引飛航之系統及方法，主要技術目的為：當無人飛行載具被偵測或觀測到，且預估其飛行路徑有進入管制區域之潛在威脅時，利用在無人飛行載具之飛航控制模組中設置一強制控制模組，藉由管制標的物與強制控制模組之無線通訊，於無人飛行載具進入管制區域範圍內時，強制控制模組強制引導無人飛行載具，使其偏移航道遠離管制標的物，強制導航離開至管制區域範圍外以確保安全性或隱私性。

根據本發明上述之目的，本發明提供一種無人飛行載具強制導引飛航之系統，包括：一設置於無人飛行載具上之強制控制模組及一設置於管制標的物之管理主機；其中，該強制控制模組設於該無人飛行載具之飛航控制模組與推進系統之間，其包括：一控制晶片單元、一無線收發電路及一電路切換模組；該控制晶片單元分別連接該無線收發電路、電路切換模組及該推進系統，該電路切換模組分別再連接於該飛航控制模組及推進系統；該控制晶片單元可令該無線收發電路接收或發射無線訊號，且該控制晶片單元控制該電路切換模組切換電路之接點，使該飛航控制模組與該推進系統形成連通或斷路；該管理主機包括：一無線收發模組及一演算模組；該無線收發模組用以接收或發射訊號至該強制控制模組之無線收發電路，並使該管理主機在管制標的物外圍之設定距離形成一管制區域；該管理主機令該演算模組計算該無人飛行載具之距離及依上述距離產生一偏移訊號，該管理主機再令該無線收發模組發射該偏移訊號至該強制控制模組之無線收發電路，使該控制晶片單元可於該飛航控制模組與該推進系統形成斷路之情況，將該偏移訊號傳送至該推進系統。

在本發明系統一實施例中，其中，該管理主機更包含一認證模組、該認證模組用以登錄、檢驗已認證之操控者；該認證模組會進入輸入帳號、密碼之畫面，等待該操控者輸入使用者資料驗證。

在本發明系統一實施例中，其中，該系統更包含一行動通訊裝置，該行動通訊裝置具有一遠端通訊模組，該遠端通訊模組用以連結該管理主機，且該認證模組會檢驗該行動通訊裝置是否經認證，經認證後可控制該管理主機喚醒該強制控制模組。

在本發明系統一實施例中，其中，該管理主機更包含一無人飛行載具資料庫模組，該無人飛行載具資料庫模組用以提供無人飛行載具種類與型號，進而可判斷進入該管制區域之無人飛行載具資訊，該管理主機可依據上述資訊令該演算模組計算該無人飛行載具之距離及依上述距離產生該偏移訊號。

在本發明系統一實施例中，其中，該管理主機之無線收發模組發射無線訊號與該強制控制模組之無線收發電路連線，該演算模組藉由上述連線計算、判斷該無人飛行載具之距離。

在本發明系統一實施例中，其中，該無人飛行載具距離該管理主機越近，該管理主機就會送出責任週期越長的偏移訊號。

根據本發明上述之目的，本發明再提供一種無人飛行載具強制導引飛航之方法，其包括如下步驟：a.在無人飛行載具裝設一強制控制模組，在管制標的物裝設一管理主機利用無線訊號形成一設定距離之管制區域，使管理主機於無人飛行載具進入管制區域範圍時，令強制控制模組啟動限制飛航模式；b.強制控制模組對無人飛行載具取得飛航控制權；c.在管制區域範圍內，管理主機依據無人飛行載具與管制標的物之距離遠近，使強制控制模組對無人飛行載具發出不同程度之偏移訊號；及d.無人飛行載具偏移原航道，遠離管制區域。

在本發明方法一實施例中，其中，該管理主機可直接由地面人員進行操控或利用一行動通訊裝置以無線通訊方式控制該管理主機。

在本發明方法一實施例中，其中，該管理主機發送射頻訊號，使該強制控制模組收到訊號，並藉由無線訊號連線計算、判斷距離。

在本發明方法一實施例中，其中，該無人飛行載具距離該管理主機越近，該管理主機就會送出責任週期越長的偏移訊號。

藉由上述，將進入管制區域之無人飛行載具強制導引使其偏離航道，形成一個飛航安全管理範圍，防止無人飛行載具進入該管制區域，達到可以保障該管制區域之安全性，也能確保無人飛行載具不受任何之損壞。

為使　貴審查委員對本發明有更進一步瞭解，茲舉一較佳實施例並配合圖式，詳述如後：

請參閱第1至6圖所示，本發明提供一種無人飛行載具強制導引飛航之系統，其包括：一設置於無人飛行載具100上之強制控制模組10、一設置於管制標的物200之管理主機20及一行動通訊裝置30；其中，該強制控制模組10設於該無人飛行載具100電路板之飛航控制模組101與該推進系統102之間，其包括：一控制晶片單元11、一無線收發電路12及一電路切換模組13；該控制晶片單元11分別連接該無線收發電路12、電路切換模組13及該推進系統102，該電路切換模組13分別再連接於該飛航控制模組101及推進系統102；該控制晶片單元11可令該無線收發電路12接收或發射無線訊號，該控制晶片單元11控制該電路切換模組13切換電路之接點，使該飛航控制模組101與該推進系統102形成連通或斷路；該管理主機20包括：一認證模組21、一無線收發模組22、一無人飛行載具資料庫模組23、一演算模組24；該認證模組21用以登錄、檢驗已認證之操控者或行動通訊裝置30；該無線收發模組22用以接收或發射訊號至該強制控制模組10之無線收發電路12，並使該管理主機20在管制標的物200外圍之設定距離形成一圓球形範圍之管制區域201；該無人飛行載具資料庫模組23用以提供無人飛行載具種類與型號，進而可判斷進入該管制區域201之無人飛行載具100資訊，該管理主機20可依據上述資訊令該演算模組24計算該無人飛行載具100之距離及依上述距離產生一偏移訊號，該管理主機20再令該無線收發模組22發射該偏移訊號至該強制控制模組10之無線收發電路12，使該控制晶片單元11可於該飛航控制模組101與該推進系統102形成斷路之情況，將該偏移訊號傳送至該推進系統102；該行動通訊裝置30具有一遠端通訊模組31，該遠端通訊模組31用以連結該管理主機20，並可控制該管理主機20喚醒該強制控制模組10；藉由上述系統，將進入管制區域201之無人飛行載具100強制導引使其偏離航道，形成一個飛航安全管理範圍，防止無人飛行載具100進入該管制區域201，達到可以保障該管制區域201之安全性，也能確保無人飛行載具100不受任何之損壞。

上述之實施例之組成、作用，細節說明如下：如第1至4圖所示，該管制區域201是以一個管制標的物200為中心利用無線訊號形成一設定距離之圓球形管制區域201，該設定距離係為三維空間中任一設定點至管理主機20之距離，該管制區域201之半徑可為500公尺、300公尺....等依照需求所設定；在無人飛行載具100未進入該管制區域201範圍時，該強制控制模組10不會啟動，該無人飛行載具100之飛航控制模組101訊號可正常送出至該推進系統102，該推進系統102包含複數旋轉馬達，該旋轉馬達各別受該飛航控制模組101訊號控制轉動，使該無人飛行載具100可以正常飛行；該管理主機20可呈持續開啟之偵測狀態，或者當地面人員發現無人飛行載具100進入了管制區域201範圍內時，地面人員之操控者會直接操作該管理主機20，亦或利用該行動通訊裝置30之遠端通訊模組31無線連結該管理主機20，其無線連結之方式可藉由網際網路或藍芽連結，但不以此為限；本發明其中一實施方式可為：當操控者啟動該管理主機20時，該認證模組21會進入輸入帳號、密碼之畫面，等待該操控者輸入使用者資料驗證，若是透過該行動通訊裝置30之遠端通訊模組31進入該管理主機20，則該認證模組21亦會進入輸入帳號、密碼之畫面，等待該操控者輸入使用者資料驗證；或是檢驗該行動通訊裝置30是否已經過該管理主機20之認證，其認證的方式可透過裝置本身機體的序號、電話號碼...等，但不以此為限。而該遠端通訊模組31可為該行動通訊裝置30下載安裝之程式。若操控者、行動通訊裝置30不能通過驗證，則無法進入、控制該管理主機20；反之，若操控者、行動通訊裝置30通過了驗證，則可進入該管理主機20之控制畫面，該管理主機20之無線收發模組22發射無線訊號與該強制控制模組10之無線收發電路12連線，該管理主機20之演算模組24會計算、判斷其與該無人飛行載具100之距離，該距離的計算可藉由該管理主機20與該強制控制模組10間之無線連線計算而得，本發明之一實施例中無線訊號可採用RF射頻(Radio Frequency)做為無線傳遞媒介，但不以此為限。計算後若該無人飛行載具100之距離已進入該管制區域201範圍內，則該控制晶片單元11令該電路切換模組13切斷與該無人飛行載具100之飛航控制模組101與該推進系統102之連線，並由該控制晶片單元11取代控制該無人飛行載具100之推進系統102，使該無人飛行載具100之飛行路徑不再受人為之遙控操作，使該強制控制模組10對無人飛行載具100取得飛航控制權，用以接管、控制該無人飛行載具100之飛行方向，且該強制控制模組10受該管理主機20所控制，使該無人飛行載具100進入啟動限制飛航模式，較佳的是，該控制晶片單元11可採用「HT66F70A」之盛群IC；在此同時，該管理主機20之演算模組24再即時計算該管理主機20與該強制控制模組10間之距離，並根據該無人飛行載具資料庫模組23取得該無人飛行載具100之種類與型號資訊，再經該演算模組24依據上述無人飛行載具100之資訊計算後，再由該無線收發模組22送出適當的偏移訊號經該無線收發電路12接收後，透過該控制晶片單元11傳送至該無人飛行載具100之推進系統102，該偏移訊號可各別控制該推進系統102之旋轉馬達，使該無人飛行載具100方向偏移；當無人飛行載具100距離該管理主機20越近，就會送出責任週期越長的偏移訊號；該偏移訊號令該推進系統102產生偏移向左或偏移向右飛行方向，並且持續送出偏移訊號30秒；接著該管理主機20再一次判斷距離，不斷重複動作，直到該管理主機20在管制區域201範圍內偵不到該無人飛行載具100，則等待一秒後再偵測、判斷距離，如此一來，可使該無人飛行載具100遠離該管制區域201範圍；最後可選擇地再由該操控者或利用該行動通訊裝置30無線連結將該管理主機20關閉。

請參閱第2、3、4圖所示，在該無人飛行載具100未進入該管制區域201範圍時，該電路切換模組13之開關停留在原接點A(如第3圖所示)，使該無人飛行載具100之飛航控制模組101與該推進系統102正常連接，使該飛航控制模組101之控制訊號正常送至該推進系統102，無人飛行載具100可以正常飛行；當無人飛行載具100進入該管制區域201範圍時，該強制控制模組10之控制晶片單元11令該電路切換模組13之開關切換至接點B(如第3圖所示)，使該飛航控制模組101之控制訊號接地，接著由該控制晶片單元11將偏移訊號傳送至該推進系統102，用以控制該無人飛行載具100偏移航道(如第4圖所示)。

請參閱第5圖所示，係為無人飛行載具與管制標的物之偏移係數關係圖，當該無人飛行載具100進入該管制區域201範圍時，該管理主機20之無線收發模組22發送射頻訊號，該無人飛行載具100上之強制控制模組10之無線收發電路12便會收到訊號，這時該管理主機20會依據無人飛行載具100之種類與距離送出適當的偏移訊號。當無人飛行載具100距離該管理主機20越近，會送出責任週期越長的偏移訊號，這樣設計的好處是可以根據無人飛行載具100種類及侵入該管制區域201的嚴重程度給予不同強度之偏移訊號。圖中虛線代表送出的偏移訊號責任週期大小，我們將此關係稱為「偏移係數」，該偏移係數為「半徑-距離=偏移訊號強度」，也就是距離與偏移訊號責任週期成反比關係，當無人飛行載具越靠近管制區域201的中心時(即管制標的物200)，該管理主機20會送出更長責任週期(更強)的偏移訊號給該強制控制模組10，使無人飛行載具100之飛行偏移量更大。

請參閱第6圖所示，係為管制區域和無人飛行載具之距離與偏移訊號責任週期之關係圖，當無人飛行載具100距離管制區域201中心較遠，該管理主機20所送出之偏移訊號責任週期越短，使無人飛行載具100偏移的時間較短；當無人飛行載具100距離管制區域201中心越近，該管理主機20所送出之偏移訊號責任週期越長，使無人飛行載具偏移的時間更長。

本發明再提供一種無人飛行載具強制導引飛航之方法，其包括如下步驟：a.在無人飛行載具裝設一強制控制模組，在管制標的物裝設一管理主機利用無線訊號形成一設定距離之圓球形管制區域，使管理主機於無人飛行載具進入管制區域範圍時，令強制控制模組啟動限制飛航模式；b.強制控制模組對無人飛行載具取得飛航控制權；c.在管制區域範圍內，管理主機依據無人飛行載具與管制標的物之距離遠近，使強制控制模組對無人飛行載具發出不同程度之偏移訊號；及d.無人飛行載具偏移原航道，遠離管制區域；藉由上述方法，將進入管制區域範圍之無人飛行載具強制導引使其偏離航道，形成一個飛航安全管理範圍，防止無人飛行載具進入該管制區域，達到可以保障該管制區域的安全性，也能確保無人飛行載具不受任何的損壞。

上述之方法，再細節說明如下：該管制區域是以一個管制標的物(例如：大樓、航空管制區...等)為中心，並由該管理主機發出無線訊號所偵測之區域範圍，該管制區域之半徑可為500公尺、300公尺....等依照需求所設定，該管制區域係為三維空間中任一設定點至管理主機20之距離；在無人飛行載具未進入管制區域範圍時，該強制控制模組不會啟動，該無人飛行載具可以正常飛行；當無人飛行載具進入了管制區域範圍內時，該強制控制模組被喚醒啟動，使該無人飛行載具進入啟動限制飛航模式；其啟動之機制之一方式，可為管理主機呈持續開啟之偵測狀態，或直接由地面人員進行操控，或以另一方式利用行動通訊裝置(該裝置可為：手機、平板電腦、智慧型手錶…)以無線通訊方式控制該管理主機，使其發送射頻訊號，該無人飛行載具上之強制控制模組便會收到訊號，藉由無線連線，該管理主機會計算、判斷其與該無人飛行載具之距離，該距離的計算可以該管理主機發射無線電波至該強制控制模組，利用計算出該管理主機及該無人飛行載具之距離(電波回授訊號間之距離計算已得科學驗證，在此不在贅述)，本發明之一實施例中無線電波可採用RF射頻(Radio Frequency)做為無線傳遞媒介，但不以此為限。計算後若該無人飛行載具之距離已進入該管制區域範圍內，則該強制控制模組切斷原無人飛行載具之飛航控制，並由該強制控制模組取代控制該無人飛行載具之飛行方向，使該無人飛行載具之飛行路徑不再受人為之遙控操作控制，該強制控制模組對無人飛行載具取得飛航控制權，且該強制控制模組受該管理主機所控制；接著，該管理主機依照計算出的距離送出適當的偏移訊號透過該強制控制模組傳送至該無人飛行載具，該偏移訊號可分別控制無人飛行載具之推進系統，該推進系統係包含多軸之旋轉馬達，該偏移訊號各別控制該旋轉馬達令該無人飛行載具方向偏移；當無人飛行載具距離該管理主機越近，就會送出責任週期越長的偏移訊號，這樣設計可以根據無人飛行載具給予不同強度之偏移訊號；該偏移訊號令該無人飛行載具之推進系統，使無人飛行器飛行方向偏移向左或偏移向右，無法正常飛行至該管制區域內。

有鑑於目前無人飛行載具的普及性，勢必要有一套管理無人飛行載具的安全管理機制，是以，吾人研發出這套低成本且實用性相當高的無人飛行載具安全系統及方法，目的是希望將來這套系統能應用在機場或者國防軍事重地，使其能夠防止無人飛行載具不慎或者蓄意闖入該區域。

以上所述實施例僅是為充分說明本發明而所舉的較佳的實施例，並非用以侷限本發明之特徵，舉凡利用本發明相關之技術手段、創設原理之再發明，仍屬本發明等效結構創意範疇。

100‧‧‧無人飛行載具

101‧‧‧飛航控制模組

102‧‧‧推進系統

200‧‧‧管制標的物

201‧‧‧管制區域

10‧‧‧強制控制模組

11‧‧‧控制晶片單元

12‧‧‧無線收發電路

13‧‧‧電路切換模組

20‧‧‧管理主機

21‧‧‧認證模組

22‧‧‧無線收發模組

23‧‧‧無人飛行載具資料庫模組

24‧‧‧演算模組

30‧‧‧行動通訊裝置

31‧‧‧遠端通訊模組

第1圖，係本發明之系統架構圖 第2圖，係本發明飛航控制模組及推進系統呈連通狀態之方塊示意圖 第3圖，係本發明飛航控制模組及推進系統呈斷路狀態之方塊示意圖 第4圖，係本發明之無人飛行載具偏移路徑示意圖 第5圖，係本發明無人飛行載具與管制標的物之偏移係數關係圖 第6圖，係本發明管制區域和無人飛行載具之距離與偏移訊號責任週期之關係圖

Claims (9)

1. 一種無人飛行載具強制導引飛航之系統，包括：一設置於無人飛行載具上之強制控制模組及一設置於管制標的物之管理主機；其中，該強制控制模組設於該無人飛行載具之飛航控制模組與推進系統之間，其包括：一控制晶片單元、一無線收發電路及一電路切換模組；該控制晶片單元分別連接該無線收發電路、電路切換模組及該推進系統，該電路切換模組分別再連接於該飛航控制模組及推進系統；該控制晶片單元可令該無線收發電路接收或發射無線訊號，且該控制晶片單元控制該電路切換模組切換電路之接點，使該飛航控制模組與該推進系統形成連通或斷路；該管理主機包括：一無線收發模組及一演算模組；該無線收發模組用以接收或發射訊號至該強制控制模組之無線收發電路，並使該管理主機在管制標的物外圍之設定距離形成一管制區域；該管理主機令該演算模組計算該無人飛行載具之距離及依上述距離產生一偏移訊號，該管理主機再令該無線收發模組發射該偏移訊號至該強制控制模組之無線收發電路，使該控制晶片單元可於該飛航控制模組與該推進系統形成斷路之情況，將該偏移訊號傳送至該推進系統。
2. 如請求項1之無人飛行載具強制導引飛航之系統，其中，該管理主機更包含一認證模組、該認證模組用以登錄、檢驗已認證之操控者；該認證模組會進入輸入帳號、密碼之畫面，等待該操控者輸入使用者資料驗證。
3. 如請求項2之無人飛行載具強制導引飛航之系統，其中，該系統更包含一行動通訊裝置，該行動通訊裝置具有一遠端通訊模組，該遠端通訊模組用以連結該管理主機，且該認證模組會檢驗該行動通訊裝置是否經認證，經認證後可控制該管理主機喚醒該強制控制模組。
4. 如請求項1之無人飛行載具強制導引飛航之系統，其中，該管理主機更包含一無人飛行載具資料庫模組，該無人飛行載具資料庫模組用以提供無人飛行載具種類與型號，進而可判斷進入該管制區域之無人飛行載具資訊，該管理主機可依據上述資訊令該演算模組計算該無人飛行載具之距離及依上述距離產生該偏移訊號。
5. 如請求項1之無人飛行載具強制導引飛航之系統，其中，該管理主機之無線收發模組發射無線訊號與該強制控制模組之無線收發電路連線，該演算模組藉由上述連線計算、判斷該無人飛行載具之距離。
6. 如請求項1之無人飛行載具強制導引飛航之系統，其中，該無人飛行載具距離該管理主機越近，該管理主機就會送出責任週期越長的偏移訊號。
7. 一種無人飛行載具強制導引飛航之方法，其包括如下步驟：a.在無人飛行載具裝設一強制控制模組，在管制標的物裝設一管理主機利用無線訊號形成一設定距離之管制區域，使管理主機於無人飛行載具進入管制區域範圍時，令強制控制模組啟動限制飛航模式；b.強制控制模組對無人飛行載具取得飛航控制權；c.在管制區域範圍內，管理主機依據無人飛行載具與管制標的物之距離遠近，使強制控制模組對無人飛行載具發出不同程度之偏移訊號，且該無人飛行載具距離該管理主機越近，該管理主機就會送出責任週期越長的偏移訊號；及d.無人飛行載具偏移原航道，遠離管制區域。
8. 如請求項7之無人飛行載具強制導引飛航之方法，其中，該管理主機可直接由地面人員進行操控或利用一行動通訊裝置以無線通訊方式控制該管理主機。
9. 如請求項7之無人飛行載具強制導引飛航之方法，其中，該管理主機發送射頻訊號，使該強制控制模組收到訊號，並藉由無線訊號連線計算、判斷距離。