一种基于ADS-B的无人机自动跟随实现方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于ADS

【技术实现步骤摘要】
一种基于ADS
‑
B的无人机自动跟随实现方法及装置


[0001]本专利技术涉及无人机
，尤其涉及一种基于ADS
‑
B的无人机自动跟随实现方法及装置。

技术介绍

[0002]无人机飞行避障主要依靠雷达、摄像头等传感器实现对周围障碍物的感知，通过感知避障算法判断周围有无别的飞行器或者阻碍物实现路径规划，从而避免空中“撞车”。近年随着ADS
‑
B(广播式自动相关监控)技术在空域监管技术的不断推广应用，使其在无人机感知与规避领域有了进一步的应用，无人机借助ADS
‑
B接收系统探测其周围飞机的位置、飞行高度和速度等信息，继而传给无人机操作者，方便其在必要的情况下规避飞机，实现威胁预警和自动规避，提高空域安全性。
[0003]目前无人机实现自动跟随的技术方案主要依赖高性能图像识别及处理系统，需要无人机搭载具备强处理能力的GPU装置，但是此种方案成本较高，需要对跟踪的目标图像进行算法预处理训练，算法运行时消耗较多的算力资源，同时图像识别系统对周围环境要求较高，在较差环境下识别成功率低，容易丢失所跟随的目标，另外此方案适用于无人机近距离跟随目标，当目标距离无人机较远时识别系统无法正确识别跟随的目标。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有技术的不足，将ADS
‑
B技术应用在无人机智能跟随领域，利用无人机ADS
‑
B接收系统实现对飞行目标的ADS
‑
B报文进行检测解码，通过解码后的报文对其位置、速度、航向、高度等信息进行感知，实现对目标飞行器的自动跟随任务，相对于视觉跟踪、激光雷达跟踪等技术成本更为低廉，同时可跟随目标的距离相对更远。本专利技术充分利用ADS
‑
B可实现远距离通讯、应用范围广等优势，实现无人机对目标飞行器的远距离跟随任务，本专利技术提出的技术方案为：
[0005]第一方面，本专利技术提出一种无人机自动跟随装置，包括以下几部分：
[0006]飞控系统装置，通过反馈控制实现对无人机飞行状态的控制，使其能够按照制定的轨迹进行飞行，保持飞行状态的平稳可控；
[0007]导航定位装置，获取本机的当前位置姿态信息，并将此信息反馈至飞控系统装置，对无人机飞行目标位置实时进行纠偏；
[0008]ADS
‑
B接收装置，实时接收目标飞行器发出的周期性ADS
‑
B报文；
[0009]感知装置，通过机载雷达对无人机周围的障碍物进行测量感知，为无人机决策规划、制定避让策略提供信息来源；
[0010]通信装置，实现无人机与地面站的通信交互，反馈无人机当前的位置姿态信息，以及所感知到的周围目标飞行器的位置、速度、航向信息，接收地面站发出的指令并传输给飞控系统装置执行相应的操作；
[0011]存储装置，对无人机的配置参数、状态信息、异常操作进行日志记录，另外对接收
到的目标飞行器的航迹信息进行记录；
[0012]电源及时钟装置，为无人机各个装置正常工作提供时钟驱动信号及动力来源；
[0013]天线装置，接收周边飞行器发射的ADS
‑
B报文，将原始电磁波信息传输至ADS
‑
B接收装置。
[0014]作为本专利技术的优选方案，所述的飞控系统装置包括：
[0015]指令数据通信交互模块，实现无人机与地面站的可靠通信交互，此模块控制通信装置接收地面站下发到无人机的任务指令，向地面站上传日志数据、位置姿态信息、ADS
‑
B解码后的周边飞行器数据信息；
[0016]ADS
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B报文解析模块，与ADS
‑
B接收装置通信连接，实现对周边飞行器发出的ADS
‑
B报文的解码处理，获取飞行器唯一标识号、当前位置、速度、航向及高度信息，作为无人机所要跟随的目标飞行器的数据来源；
[0017]位置感知及导航模块，该模块与感知装置和导航定位装置相连，获取无人机当前所处的位置、速度、方向信息，并计算与目标飞行器的相对距离、速度、角度，为无人机飞向目标位置提供实时反馈数据来源；
[0018]障碍感知及避让模块，与感知模块与ADS
‑
B报文解析模块相连，获取无人机感知到的障碍物信息，对信息进行滤波融合后，作为无人机制定避让策略的依据；
[0019]路径规划及决策模块，结合目标飞行器的飞行目标位置信息以及当前感知到的障碍物信息，制定最优飞行策略，生成最优飞行轨迹，进行离散平滑后输出离散飞行轨迹点；
[0020]飞行控制模块，结合无人机当前位置信息以及离散后的目标飞行轨迹点对无人机的飞行控制器进行指令输入，调节电机输出力矩大小，保证无人机受控可靠的到达目标位置。
[0021]另一方面，本专利技术提出一种基于ADS
‑
B的无人机自动跟随方法，其包括如下步骤；
[0022]1)无人机上电启动自检完成，地面站通过通信装置与无人机建立可靠连接，对飞行配置参数进行设置后，将无人机模式设置为定高模式，并发送升降指令至无人机，无人机飞控装置收到指令后对飞行高度进行控制输出，使无人机保持在一定高度作为初始监控位置；
[0023]2)无人机ADS
‑
B接收装置正常运行后开始接收周边飞行器发出的ADS
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B报文，ADS
‑
B报文解析模块对信号进行解码处理后获取周边飞行器的相关状态信息，所述信息主要包括：飞行器唯一标识号、当前经纬度位置信息、高度信息、航向角信息以及速度信息，通讯装置对信息加密封装后传输至地面站；
[0024]3)地面站收到无人机发送的信息后，对信息进行解密解封装，对飞行状态信息进行分析判断确定需要跟随的目标飞行器，同时发送需跟随的目标飞行器唯一标识号；
[0025]4)当需要跟随目标飞行器时，无人机切换至自动跟随模式后，根据目标飞行器唯一标识号获取目标飞行器发射的相关ADS
‑
B报文，对报文解码进行校验，并对无效数据进行剔除过滤后后得到目标飞行器的相关位置、速度、航向信息；
[0026]5)无人机获取到目标飞行位置后，通过导航定位装置获取到自身的位置、速度、航向信息，将目标飞行位置通过坐标转换为相对于本机的位置信息，计算得到目标飞行位置与本机的相对距离；
[0027]6)无人机通过感知装置以及ADS
‑
B接收装置获取周边飞行器以及障碍物相对距
离，判断此距离是否在无人机的安全飞行距离阈值范围内，若判断存在与障碍物或周边飞行器有碰撞风险，避障模块需要根据障碍物、周边飞行器与无人机相对位置计算避让路线；
[0028]7)无人机路径规划模块根据当前位置、目标飞行位置以及避障路线生成最优飞行轨迹，同时对轨迹进行进一步的平滑优化，得到离散化的中间目标飞行轨迹点；
[0029]8)无人机飞行控制模块根本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于ADS
‑
B的无人机自动跟随装置，其特征在于，包括：飞控系统装置，通过反馈控制实现对无人机飞行状态的控制，使其能够按照制定的轨迹进行飞行，保持飞行状态的平稳可控；导航定位装置，获取本机的当前位置姿态信息，并将此信息反馈至飞控系统装置，对无人机飞行目标位置实时进行纠偏；ADS
‑
B接收装置，实时接收目标飞行器发出的周期性ADS
‑
B报文；感知装置，通过机载雷达对无人机周围的障碍物进行测量感知，为无人机决策规划、制定避让策略提供信息来源；通信装置，实现无人机与地面站的通信交互，反馈无人机当前的位置姿态信息，以及所感知到的周围目标飞行器的位置、速度、航向信息，接收地面站发出的指令并传输给飞控系统装置执行相应的操作；存储装置，对无人机的配置参数、状态信息、异常操作进行日志记录，另外对接收到的目标飞行器的航迹信息进行记录；电源及时钟装置，为无人机各个装置正常工作提供时钟驱动信号及动力来源；天线装置，接收周边飞行器发射的ADS
‑
B报文，将原始电磁波信息传输至ADS
‑
B接收装置。2.根据权利要求1所述的基于ADS
‑
B的无人机自动跟随装置，其特征在于，所述的飞控系统装置包括：指令数据通信交互模块，实现无人机与地面站的可靠通信交互，此模块控制通信装置接收地面站下发到无人机的任务指令，向地面站上传日志数据、位置姿态信息、ADS
‑
B解码后的周边飞行器数据信息；ADS
‑
B报文解析模块，与ADS
‑
B接收装置通信连接，实现对周边飞行器发出的ADS
‑
B报文的解码处理，获取飞行器唯一标识号、当前位置、速度、航向及高度信息，作为无人机所要跟随的目标飞行器的数据来源；位置感知及导航模块，该模块与感知装置和导航定位装置相连，获取无人机当前所处的位置、速度、方向信息，并计算与目标飞行器的相对距离、速度、角度，为无人机飞向目标位置提供实时反馈数据来源；障碍感知及避让模块，与感知模块与ADS
‑
B报文解析模块相连，获取无人机感知到的障碍物信息，对信息进行滤波融合后，作为无人机制定避让策略的依据；路径规划及决策模块，结合目标飞行器的飞行目标位置信息以及当前感知到的障碍物信息，制定最优飞行策略，生成最优飞行轨迹，进行离散平滑后输出离散飞行轨迹点；飞行控制模块，结合无人机当前位置信息以及离散后的目标飞行轨迹点对无人机的飞行控制器进行指令输入，调节电机输出力矩大小，保证无人机受控可靠的到达目标位置。3.根据权利要求1所述的基于ADS
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B的无人机自动跟随装置，其特征在于，所述存储装置还存储无人机搭载的摄像机记录的目标飞行器的飞行画面及周围环境障碍物。4.根据权利要求1所述的基于ADS
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B的无人机自动跟随装置，其特征在于，所述ADS
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B接收装置包括与天线装置对应的调谐器、滤波器和模数转换器，同时内部集成可编程逻辑器件和微控制器。5.根据权利要求1所述的基于ADS
‑
B的无人机自动跟随装置，其特征在于，所述天线装
置工作在1090MHz频段，通过射频接收...

【专利技术属性】
技术研发人员：李瑞锋，罗斐翔，罗喜伶，
申请(专利权)人：北京航空航天大学杭州创新研究院，
类型：发明
国别省市：