一种多架次无人机同时飞行时的航线冲突检测方法技术

本发明专利技术涉及无人机应用技术领域，具体涉及一种多架次无人机同时飞行时的航线冲突检测方法。本发明专利技术将三维空间航线冲突检测利用三维时间轴进行求解，能够从一定程度上简化检测过程，计算量小，利于实现。在本发明专利技术中，该算法检测范围选取ADS

【技术实现步骤摘要】
一种多架次无人机同时飞行时的航线冲突检测方法


[0001]本专利技术涉及无人机应用
，具体涉及一种多架次无人机同时飞行时的航线冲突检测方法。

技术介绍

[0002]近年来随国内航空事业的发展，低空区域开放一些无人机和通用航空在短时间内获得快速发展，导致国内低空空域中越发拥挤，进一步使飞行安全问题突出，导致飞机碰撞事件概率逐年提升。根据有关数据显示，当前90％以上飞机碰撞处于低空大部分为通用航空，根据ATC有关规定，以飞机作为中心，在方圆5(n mile)属于避撞区域，在该区域中禁止其余航空器非法闯入，否则可能会存在飞机碰撞的问题。TCAS是基于TA以及RA基础上实现两级避撞。ADS
‑
B是广播式自动相关监视，近年来该技术广泛应用于通用航空、无人机以及运输航空的防撞系统监视管理中，该技术信息传输丰富，具有较广的工作范围，在ATC所规定区域中可借助ADS
‑
B构建碰撞区域外保护区域可实现提前避撞，同时对于中低空域中也能够有效避免飞机碰撞概率的发生。然而，目前还未有一种简单易行的检测方法运用于实践。

技术实现思路

[0003]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种多架次无人机同时飞行时的航线冲突检测方法，具体技术方案如下：
[0004]一种多架次无人机同时飞行时的航线冲突检测方法，包括以下步骤：
[0005]S1：设置本飞机A的避撞区域，以飞机为中心，水平面半径为a，上下各为b的区域为避撞区域；
[0006]S2：设置本飞机A的保护区域，以半径为c的圆球体为保护区域；当入侵飞机B进入到本飞机A的保护区域，也就是入侵飞机B的航线与本飞机A的航线存在冲突检测，如果该入侵飞机B的航线进入本飞机A的航线的避撞区域，此时认为入侵飞机B与本飞机A存在一定的航线冲突；
[0007]S3：分别检测入侵飞机B与本飞机A在X轴、Y轴、Z轴上是否存在航线冲突，若入侵飞机B与本飞机A在X轴、Y轴、Z轴都不存在航线冲突，则判断入侵飞机B与本飞机A不存在航线冲突；
[0008]S4：若是入侵飞机B与本飞机A在X轴、Y轴、Z轴都存在航线冲突，则分别求解入侵飞机B与本飞机A在X轴、Y轴、Z轴的冲突时间段；
[0009]S5：计算入侵飞机B与本飞机A分别在X轴、Y轴、Z轴的冲突时间段的交集，若是入侵飞机B与本飞机A分别在X轴、Y轴、Z轴的冲突时间段没有交集，则判断入侵飞机B与本飞机A不存在航线冲突，若是入侵飞机B与本飞机A分别在X轴、Y轴、Z轴的冲突时间段有交集，则进入步骤S6；
[0010]S6：判断本飞机A在冲突时间段的时间内是否落入保护区域之外，若是本飞机A落
入保护区域之外，则判断入侵飞机B与本飞机A不存在航线冲突；若是本飞机A没有落入保护区域之外，则判断入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突。
[0011]优选地，所述步骤S3中假设入侵飞机B与本飞机A在飞行中速度不变，入侵飞机B与本飞机A在X轴中的坐标为X
A
、X
B
，入侵飞机B与本飞机A在X轴对应的速度分别为V
XA
、V
XB
，速度为矢量，以X轴正方向为飞行正方向，检测入侵飞机B与本飞机A在X轴不存在航线冲突的判据为：X
A
‑
X
B
＞a且(X
A
‑
X
B
)*(V
XA
‑
V
XB
)≥0。
[0012]优选地，所述步骤S4中求解入侵飞机B与本飞机A在X轴的冲突事件段包括以下步骤：
[0013](1)当X
A
‑
X
B
＜a且(X
A
‑
X
B
)*(V
XA
‑
V
XB
)＝0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突，且具体航线冲突时间段为：[t
X1
,t
X2
]＝[0,+∞]；
[0014](2)当X
A
‑
X
B
＜a且(X
A
‑
X
B
)*(V
XA
‑
V
XB
)＞0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突且航线冲突时间段为
[0015](3)当X
A
‑
X
B
＜a且(X
A
‑
X
B
)*(V
XA
‑
V
XB
)＜0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突，且具体的航线冲突时间段为[t
X1
,t
X2
]＝[0，(|X
A
‑
X
B
|+a)/|V
XA
‑
V
XB
|]；
[0016](4)X
A
‑
X
B
＞a且(X
A
‑
X
B
)*(V
XA
‑
V
XB
)＜0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突且具体的航线冲突时间段为：[t
X1
,t
X2
]＝[(|X
A
‑
X
B
|
‑
a)/|V
XA
‑
V
XB
|,(|X
A
‑
X
B
|+a)/|V
XA
‑
V
XB
|]。
[0017]优选地，所述步骤S3中假设入侵飞机B与本飞机A在飞行中速度不变，入侵飞机B与本飞机A在Y轴中的坐标为Y
A
、Y
B
，入侵飞机B与本飞机A在Y轴对应的速度分别为Y
XA
、Y
XB
，速度为矢量，以Y轴正方向为飞行正方向，检测入侵飞机B与本飞机A在Y轴不存在航线冲突的判据为：Y
A
‑
Y
B
＞a且(Y
A
‑
Y
B
)*(V
YA
‑
V
YB
)≥0。
[0018]优选地，所述步骤S4中求解入侵飞机B与本飞机A在Y轴的冲突事件段包括以下步骤：
[0019](1)当Y
A
‑
Y
B
＜a且(Y
A
‑
Y
B
)*(V
YA
‑
V
YB
)＝0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突，且具体航线冲突时间段为：[t
Y1
,t
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多架次无人机同时飞行时的航线冲突检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：设置本飞机A的避撞区域，以飞机为中心，水平面半径为a，上下各为b的区域为避撞区域；S2：设置本飞机A的保护区域，以半径为c的圆球体为保护区域；当入侵飞机B进入到本飞机A的保护区域，也就是入侵飞机B的航线与本飞机A的航线存在冲突检测，如果该入侵飞机B的航线进入本飞机A的航线的避撞区域，此时认为入侵飞机B与本飞机A存在一定的航线冲突；S3：分别检测入侵飞机B与本飞机A在X轴、Y轴、Z轴上是否存在航线冲突，若入侵飞机B与本飞机A在X轴、Y轴、Z轴都不存在航线冲突，则判断入侵飞机B与本飞机A不存在航线冲突；S4：若是入侵飞机B与本飞机A在X轴、Y轴、Z轴都存在航线冲突，则分别求解入侵飞机B与本飞机A在X轴、Y轴、Z轴的冲突时间段；S5：计算入侵飞机B与本飞机A分别在X轴、Y轴、Z轴的冲突时间段的交集，若是入侵飞机B与本飞机A分别在X轴、Y轴、Z轴的冲突时间段没有交集，则判断入侵飞机B与本飞机A不存在航线冲突，若是入侵飞机B与本飞机A分别在X轴、Y轴、Z轴的冲突时间段有交集，则进入步骤S6；S6：判断本飞机A在冲突时间段的时间内是否落入保护区域之外，若是本飞机A落入保护区域之外，则判断入侵飞机B与本飞机A不存在航线冲突；若是本飞机A没有落入保护区域之外，则判断入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突。2.根据权利要求1所述的一种多架次无人机同时飞行时的航线冲突检测方法，其特征在于，所述步骤S3中假设入侵飞机B与本飞机A在飞行中速度不变，入侵飞机B与本飞机A在X轴中的坐标为X
A
、X
B
，入侵飞机B与本飞机A在X轴对应的速度分别为V
XA
、V
XB
，速度为矢量，以X轴正方向为飞行正方向，检测入侵飞机B与本飞机A在X轴不存在航线冲突的判据为：X
A
‑
X
B
＞a且(X
A
‑
X
B
)*(V
XA
‑
V
XB
)≥0。3.根据权利要求2所述的一种多架次无人机同时飞行时的航线冲突检测方法，其特征在于，所述步骤S4中求解入侵飞机B与本飞机A在X轴的冲突事件段包括以下步骤：(1)当X
A
‑
X
B
＜a且(X
A
‑
X
B
)*(V
XA
‑
V
XB
)＝0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突，且具体航线冲突时间段为：[t
X1
,t
X2
]＝[0,+∞]；(2)当X
A
‑
X
B
＜a且(X
A
‑
X
B
)*(V
XA
‑
V
XB
)＞0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突且航线冲突时间段为(3)当X
A
‑
X
B
＜a且(X
A
‑
X
B
)*(V
XA
‑
V
XB
)＜0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突，且具体的航线冲突时间段为[t
X1
,t
X2
]＝[0，(|X
A
‑
X
B
|+a)/|V
XA
‑
V
XB
|]；(4)X
A
‑
X
B
＞a且(X
A
‑
X
B
)*(V
XA
‑
V
XB
)＜0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突且具体的航线冲突时间段为：[t
X1
,t
X2
]＝[(|X
A
‑
X
B
|
‑
a)/|V
XA
‑
V
XB
|,(|X
A
‑
X
B
|+a)/|V
XA
‑
V
XB
|]。4.根据权利要求1所述的一种多架次无人机同时飞行时的航线冲突检测方法，其特征在于，所述步骤S3中假设入侵飞机B与本飞机A在飞行中速度不变，入侵飞机B与本飞机A在Y轴中的坐标为Y
A
、Y
B
，入侵飞机B与本飞机A在Y轴对应的速度分别为Y
XA
、Y
XB
，速度为矢量，以Y
轴正方向为飞行正方向，检测入侵飞机B与本飞机A在Y轴不存在航线冲突的判据为：Y
A
‑
Y
B
＞a且(Y
A
‑
Y
B
)*(V
YA
‑
V
YB
)≥0。5.根据权利要求4所述的一种多架次无人机同时飞行时的航线冲突检测方法，其特征在于，所述步骤S4中求解入侵飞机B与本飞机A在Y轴的冲突事件段包括以下步骤：(1)当Y
A
‑
Y
B
＜a且(Y
A
‑
Y
B
)*(V
YA
‑
V
YB
)＝0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突，且具体航线冲突时间段为：[t
Y1
,t
Y2
]＝[0,+∞]；(2)当Y
A
‑
Y
B
＜a且(Y
A
‑
Y
B
)*(V
YA
‑
V
YB
)＞0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突且航线冲突时间段为(3)当Y
A
‑
Y
B
＜a且(Y
A
‑
Y
B
)*(V
YA
‑
V
YB

【专利技术属性】
技术研发人员：崔志美，黄志都，唐捷，张炜，张玉波，冯玉斌，邬蓉蓉，饶夏锦，谭思源，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：