无人机冲突探测与解脱问题研究

发布时间：2020-09-30 12:17

　　无人机监视与自主冲突解脱一直是制约着无人机快速发展与安全高效运行的主要问题。为完善无人机监视、飞行冲突探测与解脱,本文提出一种无人机冲突探测与解脱问题研究方法,包括无人机监视设备的实现、无人机机载冲突探测与解脱和多机联动冲突解脱。首先,针对当前无人机监视手段缺乏问题,明确了无人机监视设备的功能需求,结合ADSB技术的优势,分析了基于ADS-B技术的监视设备功能模块组成,提出一种基于ADS-B技术的无人机监视系统设计方案,并在此基础上,针对无人机定位误差,提出了一种基于1090MHZ扩展电文的位置差分修正方法,提高了设备的定位准确性和监视精度。其次,针对无人机机载冲突探测与解脱问题,提出了一种基于线性外推法的机载无人机冲突探测方法,引入滑窗相关算法降低了虚警率。针对无人机在运行过程中可能遭遇的冲突状况,讨论并比较了无人机采用调高、调速、调向三种策略的单机动解脱方案所需解脱时间。然后,针对存在的多机冲突问题,提出了基于线性外推法的地面站多机冲突探测方法;引入基本蚁群算法,并对传统基本蚁群算法的冲突简化模型进行了优化,加入了调速策略,基于调速、调向策略给出多机冲突解脱方案。加入角度信息、排序系统对蚁群算法进行改进。算法能够对多机冲突情况给出多机联动解脱路径,并降低计算最优路径的时间,减少解脱方案带来的总延误距离。最后,开发了基于World Wind的无人机管控平台,建立了三维空域模型,实现了ADS-B数据处理与位置修正、空域冲突告警、飞行冲突告警等功能的验证。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V279
【部分图文】：

收发机,无人机

图 2. 8ADS-B 收发机结技术是保证无人机在空中安全运行的重要条件，精确的监视定解脱研究的重要基础，本章在分析当前无人机运行监视方式的视技术的优势，确定采用 ADS-B 系统作为无人机运行监视定位机机载及地面站的 ADS-B 监视系统设计方案，使 ADS-B 技术出了一种基于 1090MHz 扩展电文的 GPS 位置差分修正方法，提一步保障无人机运行安全。

机动策略,机位,无人机

在垂直剖面：因为两架无人机均没有垂直方向速度，只需判断起始时刻在垂直方向的距时刻间隔 0.01km 将维持不变，该间隔不满足最小垂直安全间隔。因此可得存在垂直方间范围1 2[ , ] [0,180]v vT T ，进入水平剖面探测阶段。在水平剖面：无人机 a 坐标是(2,10)km，速度是(28.28,28.28)m/s，无人机 b 的坐,6.4)km，速度为(0,38.33)m/s。两机在当前时刻的相对速度是 V 30.01m /s，两机的相势表示量 S (6800-2000)*(0-38.33)+(6400-10000)*(38.33-28.28)=-171940，起始时 0 =6000m，由式（3-12）计算出水平剖面存在冲突的时间范围是1 2[ , ] [160.8,180]h hT T 窗相关算法，预测发生冲突的时间间隔 160cT ，比 60s 大，所以，在连续三次探测到突情况下进行预警。（3）三种机动策略对比第一种解脱方法，采用调高机动策略解脱冲突，按照该时刻两架无人机的运行趋势，、两机最小水平距离minD 1.78km，运行到最接近点水平距离 7.32clod km，显机动策略能够有效解脱当前冲突，计算冲突解脱消耗时间为1T 78.8s。机动策略执行架无人机的空间位置坐标变换如图 3.10 所示，机动策略过程中两机之间的垂直间隔所示；

垂直间隔,机动策略,机位

图3.11两机垂直间隔变化

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