【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及飞行安全保障系统，具体为基于智能气象及空域监测的低空无人机飞行安全保障系统。
技术介绍
1、随着低空无人机技术的迅速发展，低空无人机在军事、商业和民用领域的应用日益广泛。低空无人机飞行安全保障是指利用各种技术手段，确保低空无人机在飞行过程中的安全性，防止低空无人机与其他飞行器发生碰撞，保证无人机在各种气象条件下的稳定飞行。低空无人机飞行安全保障对于低空经济发展和人类活动的组织具有重要意义，它不仅能够提高无人机飞行的安全性，减少事故发生的概率，还能够促进低空无人机在各个领域的应用，推动低空经济的发展。
2、传统的低空无人机飞行安全保障平台在实际应用中存在一些不足之处。首先，传统的低空无人机飞行安全保障平台缺乏智能化的气象保障系统，无法实时收集关键气象信息并进行预处理，导致低空无人机在复杂气象条件下的飞行安全性无法得到有效保障。其次，传统的低空无人机飞行安全保障平台缺乏全面的空域安全管理系统，无法实时监测并评估周围空域的其他飞行器，预测潜在的碰撞风险，并自动执行避障动作，从而无法有效减少飞行事故的可能性。此外，传统的低空无人机飞行安全保障平台缺乏智能化的起降系统和供电系统，无法确保低空无人机在各种环境下的稳定起降和持续运行，也无法为低空无人机提供高效的数据处理和决策支持能力。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供基于智能气象及空域监测的低空无人机飞行安全保障系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于智能气象及空
2、所述气象保障系统用于采集、处理、传输和存储实时的气象数据，保障无人机的起飞、飞行路径规划和安全降落；
3、所述空域安全管理系统用于集成气象保障系统，利用气象数据来评估空域的安全性监测周围空域，确保无人机在飞行过程中不会与其他飞行器发生碰撞；
4、所述起降系统与气象保障系统和空域安全管理系统紧密配合，确保起飞和降落过程的安全；
5、所述智能供电系统用于智能切换电源，实现在电池电量低时自动切换到外部电源，或者在电源中断时切换到备用电池，确保无人机在不同情况下都能获得稳定的电力供应，进而保证无人机的持续运行；
6、所述综合质控系统用于整合和分析来自各个模块的数据，并做出相应的决策。
7、优选的，所述气象保障系统包括数据采集模块、数据处理模块、通信模块和存储设备；
8、所述数据采集模块包括合成孔径雷达、激光云高仪、测风雷达、气溶胶测风雷达和温湿廓线雷达，合成孔径雷达用于探测周围的障碍物和地形信息，激光云高仪、测风雷达、气溶胶测风雷达和温湿廓线雷达用于收集云高、风速、风向、能见度、温度、湿度关键气象信息；
9、所述数据处理模块用于控制实时数据处理软件，对采集到的飞行数据信息进行预处理，包括去噪、滤波、配准和数据融合，所述数据处理模块采用随机森林算法进行运算分析；
10、所述通信模块用于控制无线电收发器、信号处理器、数据加密设备以及数据传输协议处理器，将气象数据实时传输到综合质控系统和其它相关系统；
11、所述存储设备包括内置固态硬盘或外部存储设备，用于存储收集的气象数据。
12、优选的，所述空域安全管理系统包括空域监测子系统、数据融合与分析子系统以及通信与协调子系统；
13、所述空域监测子系统包括机载激光雷达、ads-b接收器（自动相关监视广播接收器）、gps接收器和光学传感器，负责实时监测无人机周围的空域，包括其他飞行器的位置、速度和飞行路径；
14、所述数据融合与分析子系统用于控制中央工作站，负责接收来自空域监测子系统和上述气象保障系统的数据，并基于多目标跟踪算法、碰撞风险评估算法和动态避障算法实现多源数据的整合和分析；
15、所述多目标跟踪算法包括卡尔曼滤波器、粒子滤波器和多假设跟踪算法；
16、所述碰撞风险评估算法包括碰撞概率计算、碰撞时间估计和距离阈值判断算法，基于飞行器的当前状态和预测轨迹评估无人机与其他飞行器之间发生碰撞的可能性；
17、所述动态避障算法包括最优控制理论和潜在场方法；
18、所述通信与协调子系统包括vhf无线电和卫星通信设备，负责与气象保障系统进行数据交换和实时通信，同时用于接收和发送飞行计划、实时位置数据和其他关键信息。
19、优选的，所述起降系统包括智能垂直起降平台、自主起飞控制系统、自主降落控制系统；
20、所述智能垂直起降平台表现为地面自动稳定平台和通信模块；
21、所述地面自动稳定平台用于保障无人机起降的稳定性以及待机状态时的安全性；
22、通信模块包括无线电收发器、信号处理器、数据加密设备和通信传输协议处理器，用于控制无人机与地面自动稳定平台或其它无人机之间的数据传输和指令接收；
23、所述自主起飞控制系统用于自动控制陀螺仪、gps接收器和气压计来监测无人机的姿态、地理位置和高度，驱动动力系统控制器，所述自主起飞控制系统采用姿态稳定算法、安全监测算法、起飞路径规划算法进行运算，同时与智能垂直起降平台进行联动；
24、所述自主降落控制系统用于自动控制摄像头、激光测距仪、gps辅助着陆系统来评估无人机的下降率和接近地面的速度。
25、优选的，所述智能供电系统包括电源监测单元、电源管理系统、能量存储单元和外部能源接口；
26、所述电源监测单元用于实时监测无人机当前电源的状态，包括电池电量传感器、外部电源传感器和电源使用率传感器；
27、所述电池电量传感器用于实现监测电池电量；所述电池电量传感器包括电压传感器、电流传感器和温度传感器；
28、所述外部电源传感器用于检测外部电源的可用性和稳定性；所述外部电源传感器包括电压传感器和电流传感器；
29、所述电源使用率传感器用于监测无人机的实时电力消耗，帮助预测电源的剩余使用时间；
30、所述电源管理系统用于自动管理电源控制器，实现不同电源之间的转换，基于自适应算法和电源分配算法优化不同电源的使用效率，确保转换过程中的电力供应稳定，避免对无人机运行造成干扰；
31、所述能量存储单元用于存储电能，包括主电池、备用电池以及超级电容器，采用电池健康管理算法，通过监测电池的充放电循环、温度参数，预测电池寿命，并在必要时进行电池更换或维护；
32、所述外部电源接口用于自动控制识别和适应不同类型的外部电源，外部电压包括市电电源和应急电源。
33、优选的，所述综合质控系统包括数据整合单元、数据分析单元、决策制定单元、安全监控单元和用户界面；
34、所述数据整合单元用于控制数据融合算法将来源于气象保障系统、空域安全管理系统、起降系统、智能供电系统的不同格式的数据转换为统一的格式；
【技术保护点】
1.基于智能气象及空域监测的低空无人机飞行安全保障系统，其特征在于：包括气象保障系统、空域安全管理系统、起降系统、智能供电系统以及综合质控系统；
2.根据权利要求1所述的基于智能气象及空域监测的低空无人机飞行安全保障系统，其特征在于：所述气象保障系统包括数据采集模块、数据处理模块、通信模块和存储设备；
3.根据权利要求1所述的基于智能气象及空域监测的低空无人机飞行安全保障系统，其特征在于：所述空域安全管理系统包括空域监测子系统、数据融合与分析子系统以及通信与协调子系统；
4.根据权利要求1所述的基于智能气象及空域监测的低空无人机飞行安全保障系统，其特征在于：所述起降系统包括智能垂直起降平台、自主起飞控制系统、自主降落控制系统；
5.根据权利要求1所述的基于智能气象及空域监测的低空无人机飞行安全保障系统，其特征在于：所述智能供电系统包括电源监测单元、电源管理系统、能量存储单元和外部能源接口；
6.根据权利要求1所述的基于智能气象及空域监测的低空无人机飞行安全保障系统，其特征在于：所述综合质控系统包括数据整合单元、数据分析单
7.根据权利要求2所述的基于智能气象及空域监测的低空无人机飞行安全保障系统，其特征在于：所述随机森林算法的流程包括：
8.根据权利要求3所述的基于智能气象及空域监测的低空无人机飞行安全保障系统，其特征在于：所述碰撞概率计算的表达式为：
9.根据权利要求1所述的基于智能气象及空域监测的低空无人机飞行安全保障系统，其特征在于：所述碰撞时间估计的流程包括：
...【技术特征摘要】
1.基于智能气象及空域监测的低空无人机飞行安全保障系统，其特征在于：包括气象保障系统、空域安全管理系统、起降系统、智能供电系统以及综合质控系统；
2.根据权利要求1所述的基于智能气象及空域监测的低空无人机飞行安全保障系统，其特征在于：所述气象保障系统包括数据采集模块、数据处理模块、通信模块和存储设备；
3.根据权利要求1所述的基于智能气象及空域监测的低空无人机飞行安全保障系统，其特征在于：所述空域安全管理系统包括空域监测子系统、数据融合与分析子系统以及通信与协调子系统；
4.根据权利要求1所述的基于智能气象及空域监测的低空无人机飞行安全保障系统，其特征在于：所述起降系统包括智能垂直起降平台、自主起飞控制系统、自主降落控制系统；
5.根据权利要求1所述的基于智...
【专利技术属性】
技术研发人员：靳国华，赵培涛，王博坤，郭然，冯力天，刘振宇，罗雄，陈旭亮，
申请(专利权)人：四川西物激光技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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