无人机与载人航空器共存环境下机载自主调度系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及无人机与载人航空器共存环境下机载自主调度系统及其调度方法，包括数据接口，机载自主调度系统通过所述数据接口与无人机或载人航空器的机载系统实现数据互联，所述机载自主调度系统集成在无人机或载人航空器的机载系统中；所述机载自主调度系统包括融合接口，用于与其他提供空中间隔配备功能的机载感知规避系统和机载防撞系统有效融合。在无人机和载人航空器共存的运营环境下，尤其是在无空管直接控制的降落设施和周边空域，该发明专利技术描述的机载自主调度系统可以确保所有飞行器安全高效的降落。所述的机载自主调度系统也可以在其分布式系统协调决策机制的基础上扩展到其他自主调度指令，例如编队完成指定飞行程序等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无人机的机载自主调度领域，具体涉及一种无人机与载人航空器共存环境下机载自主调度系统及方法。
技术介绍
我国的通用航空产业受益于社会的快速进步与经济的蓬勃发展已经成为国家十三五计划重点扶持的支柱产业，相应的基础设施建设也已纳入到中央和各级地方政府的经济规划中。我国已有多个省或直辖市出台通航机场建设规划来支撑通航产业的发展。可以预见在不久的将来，我国将出现大量的无空管直接控制的降落设施，例如无塔台的单跑道机场和紧急降落着陆点等。在空中交通流量有限的现在，我们仍然可以依靠极为保守的程序控制(例如为每个需要降落的航空器预留有足够安全余量的降落时间)保证安全的降落，显然这样的控制手段效率极为低下。但是我国通航产业的快速发展必将引发通航作业量的井喷增长，与此同时无人机产业的迅猛发展也将导致更多的无人机运营融合到现在载人航空器主导的国家空域体系。无人机的一个未来趋势就是完全自动化“智能”飞行，不仅能够自动避开障碍，而且能安全无缝的融入到现有的国家空域体系。那么在无空管直接控制的降落设施以及周边空域，并且在无人机与载人航空器共存的运营环境下如何安全高效的完成复杂的编队降落操作，是国家空中交通运输系统下一代革新的重要课题。现有的技术和研究主要还是集中在保障空中间隔配备的机载决策辅助系统，而且其运营场景都建立在仅有载人航空器参与的前提之下。无空管直接控制的降落设施已有的自主调度降落系统都为地面系统，其运行原理仍为由地面系统决策的中央控制机制，仅仅是用地面自动化系统取代传统空管人员的职能。而且从失效分析的角度出发我们也面临着地面中央控制系统失效或失灵这个单点故障将造成整个降落设施运营环境瘫痪的问题。目前为止尚没有完善的解决方案从分布式系统的角度去解决在无空管直接控制的降落设施安全高效的完成复杂的编队降落操作的问题，尤其是在无人机和载人航空器共存的运营环境中。世界航空发达国家(尤其是通用航空)都在致力于从政策法规、技术、以及运营程序各方面逐步将无人机运营融合到载人航空器主导的国家空域体系。我国作为商用无人机的生产和应用大国，同时在通航产业即将腾飞的时代背景下，完善的机载自主调度系统解决方案将在无人机和载人航空器共存的运营环境下发挥关键的作用。技术发展和政策法规的总体趋势决定了在国家空域体系的运营环境中空管中央控制机制将逐渐过渡到分布式系统协调决策机制。在过渡的过程中，更多的管理职能(现由空管人员或替代其职能的中央控制自动化系统执行)将被机载自主系统所取代。在无人机和载人航空器共存的运营环境下，尤其是在无空管直接控制的降落设施和周边空域，没有一个机载自主调度系统可以确保所有飞行器安全高效的降落。
技术实现思路
为解决上述现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种无人机与载人航空器共存环境下机载自主调度系统及方法，本专利技术描述的机载自主调度系统可以确保所有飞行器安全高效的降落。该专利技术也意识到将来无人机和载人航空器共存的运营环境将越来越复杂，所述的机载自主调度系统也可以在其分布式系统协调决策机制的基础上扩展到其他自主调度指令。本专利技术所采用的技术方案为：无人机与载人航空器共存环境下机载自主调度系统，包括数据接口，机载自主调度系统通过所述数据接口与无人机或载人航空器的机载系统实现数据互联，所述机载自主调度系统集成在无人机或载人航空器的机载系统中；所述机载自主调度系统包括融合接口，用于与其他提供空中间隔配备功能的机载感知规避系统和机载防撞系统有效融合。进一步的，所述无人机的机载系统包括集成广播式自动相关监视-发送/接收设备、通信设备、GPS接收机、机载感知规避系统、机载防撞系统、机载气象避让系统、飞行控制系统以及其他机载传感系统和避障系统；当机载自主调度系统安装在无人机上时，所述机载自主调度系统的数据接口与无人机的广播式自动相关监视-发送/接收设备、通信设备、GPS接收机、机载感知规避系统、机载防撞系统、机载气象避让系统、飞行控制系统以及其他机载传感系统和避障系统实现数据互联。进一步的，所述机载自主调度系统包括局部数据库，用于存储每个飞行器的广播式自动相关监视-发送/接收消息；所述机载自主调度系统将从广播式自动相关监视-发送/接收设备获得周边空中交通信息，包括所有周边飞行器的位置和速度；所述机载自主调度系统将通过机载通信设备广播自主调度降落指令和接收周边飞行器的确认信息；进一步的，当机载自主调度系统安装在载人航空器上且载人航空器为低端通航飞机时，所述机载自主调度系统作为软件独立插件与机载广播式自动相关监视-发送/接收设备集成；当载人航空器为高端公务机或运输类大型飞机时，所述机载自主调度系统作为软件独立插件 与具备空中间隔配备保障功能的飞行控制系统集成。进一步的，所述机载自主调度系统通过广播式自动相关监视-发送/接收设备获取周边所有飞行器的飞行状态信息，包括：三维位置、速度、垂直速度、航向、飞行路径意图以及上述状态信息相对应的时间戳；所述机载自主调度系统由优化算法计算出能够保障空中间隔配备的自主调度降落指令；所述机载自主调度系统包括飞行状态信息更新模块，当无人机和载人航空器共同运营在无空管直接控制的降落设施和周边空域时，任何飞行器通过所述机载自主调度系统的飞行状态信息更新模块用于启动飞行状态信息更新流程；通过执行飞行状态信息更新流程运营场景中的所有飞行器及时同步的更新飞行状态信息，并以此掌握运营场景中空中交通的当前全局信息。进一步的，所述机载自主调度系统包括自主调度模块，当运营场景中某飞行器需要降落时通过所述机载自主调度系统启动自主调度模块，用于提供自主调度流程，通过执行自主调度流程主飞行器计算生成自主调度降落指令；所述机载自主调度系统包括语音提示模块和视频模块，运营场景中载人航空器在接收主飞行器广播的自主调度降落指令时，通过语音提示模块为机组人员提供语音提示或通过视频模块为机组人员提供视觉提示。本专利技术还提供了一种无人机与载人航空器共存环境下机载自主调度系统的调度方法，所述调度方法采用机载自主调度系统的优化算法实现，所述优化算法建立在分布式系统协调决策机制的基础之上；所述调度方法根据下述场景进行相应的处理：(1)当无人机和载人航空器共同运营在无空管直接控制的降落设施和周边空域时，任何飞行器通过所述机载自主调度系统的飞行状态信息更新模块启动飞行状态信息更新流程；(2)当运营场景中主飞行器需要降落时通过所述机载自主调度系统的自主调度模块启动自主调度流程，通过执行自主调度流程主飞行器将计算生成自主调度降落指令；(3)运营场景中载人航空器在接收主飞行器广播的自主调度降落指令时，所述机载自主调度系统的语音提示模块为机组人员提供语音提示或通过视频模块为机组人员提供视觉提示；取决于飞行器的机载设备功能和在自主调度降落指令中降落序列的位置，自主调度降落指令的原始格式将被进一步解析；所述机载自主调度系统的优化算法使用的分布式协调模型通过有限状态机的形式实现；所述分布式协调模型包含多个相对独立的流程，包括自主调度流程和飞行状态信息更新流 程；每个独立的流程都通过包含多个有效离散状态和状态之间的转换逻辑组成，且状态之间的转化逻辑都由事件触发。进一步的，所述场景(1)中，飞行状态信息更新流程的状态包括：状态1：全局初始化；触发事件为本文档来自技高网...

【技术保护点】
无人机与载人航空器共存环境下机载自主调度系统，其特征在于，包括数据接口，机载自主调度系统通过所述数据接口与无人机或载人航空器的机载系统实现数据互联，所述机载自主调度系统集成在无人机或载人航空器的机载系统中；所述机载自主调度系统包括融合接口，用于与其他提供空中间隔配备功能的机载感知规避系统和机载防撞系统有效融合。

【技术特征摘要】
1.无人机与载人航空器共存环境下机载自主调度系统，其特征在于，包括数据接口，机载自主调度系统通过所述数据接口与无人机或载人航空器的机载系统实现数据互联，所述机载自主调度系统集成在无人机或载人航空器的机载系统中；所述机载自主调度系统包括融合接口，用于与其他提供空中间隔配备功能的机载感知规避系统和机载防撞系统有效融合。2.如权利要求1所述的机载自主调度系统，其特征在于，所述无人机的机载系统包括集成广播式自动相关监视-发送/接收设备、通信设备、GPS接收机、机载感知规避系统、机载防撞系统、机载气象避让系统、飞行控制系统以及其他机载传感系统和避障系统；当机载自主调度系统安装在无人机上时，所述机载自主调度系统的数据接口与无人机的广播式自动相关监视-发送/接收设备、通信设备、GPS接收机、机载感知规避系统、机载防撞系统、机载气象避让系统、飞行控制系统以及其他机载传感系统和避障系统实现数据互联。3.如权利要求1所述的机载自主调度系统，其特征在于，所述机载自主调度系统包括局部数据库，用于存储每个飞行器的广播式自动相关监视-发送/接收消息；所述机载自主调度系统将从广播式自动相关监视-发送/接收设备获得周边空中交通信息，包括所有周边飞行器的位置和速度；所述机载自主调度系统将通过机载通信设备广播自主调度降落指令和接收周边飞行器的确认信息。4.如权利要求1所述的机载自主调度系统，其特征在于，当机载自主调度系统安装在载人航空器上且载人航空器为低端通航飞机时，所述机载自主调度系统作为软件独立插件与机载广播式自动相关监视-发送/接收设备集成；当载人航空器为高端公务机或运输类大型飞机时，所述机载自主调度系统作为软件独立插件与具备空中间隔配备保障功能的飞行控制系统集成。5.如权利要求3所述的机载自主调度系统，其特征在于，所述机载自主调度系统通过广播式自动相关监视-发送/接收设备获取周边所有飞行器的飞行状态信息，包括：三维位置、速度、垂直速度、航向、飞行路径意图以及上述状态信息相对应的时间戳；所述机载自主调度系统由优化算法计算出能够保障空中间隔配备的自主调度降落指令；所述机载自主调度系统包括飞行状态信息更新模块，当无人机和载人航空器共同运营在无空管直接控制的降落设施和周边空域时，任何飞行器通过所述机载自主调度系统的飞行状态信息更新模块用于启动飞行状态信息更新流程；通过执行飞行状态信息更新流程运营场景中的所有飞行器及时同步的更新飞行状态信息，并以此掌握运营场景中空中交通的当前全局信息。6.如权利要求5所述的机载自主调度系统，其特征在于，所述机载自主调度系统包括自
\t主调度模块，当运营场景中某飞行器需要降落时通过所述机载自主调度系统启动自主调度模块，用于提供自主调度流程，通过执行自主调度流程主飞行器计算生成自主调度降落指令；所述机载自主调度系统包括语音提示模块和视频模块，运营场景中载人航空器在接收...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁元沅，
申请(专利权)人：丁元沅，
类型：发明
国别省市：北京;11