基于Kalman滤波的无人机动态威胁规避方法、设备及存储设备技术

本发明专利技术提供了一种基于Kalman滤波的无人机动态威胁规避方法、设备及存储设备，所述方法包括步骤：S1：初始化静态航迹点；S2：获取目标ADS_B数据；S3：判断垂直、东西及南北方向威胁是否在避撞判断范围内；S4：若不在，不做处理，返回S2；S5：若在，划分威胁区域并得到威胁目标轨迹；S6：对威胁目标的轨迹进行Kalman滤波得到滤波后威胁目标轨迹；S7：将滤波后威胁目标轨迹与无人机轨迹进行比较；S8：判断威胁目标是否在威胁距离之内；S9：若否，返回S8；S10：若是，采用规避策略规避威胁目标；S11：判断无人机是否规避目标；S12：若否，则返回S8；S13：若是，则完成规避。所述设备用来实现所述方法。本发明专利技术使无人机可以有效地规避动态威胁目标。

【技术实现步骤摘要】
基于Kalman滤波的无人机动态威胁规避方法、设备及存储设备
本专利技术涉及智能控制领域，具体涉及一种基于Kalman滤波的无人机动态威胁规避方法、设备及存储设备。
技术介绍
随着低空领域开放，航空领域将面临空中交通流量大、飞行密度高、空域结构复杂的状态，此时军用和民用无人机也将会大量涌现，对无人机的飞行安全和空中管制带来了新的挑战。如何保证战时各型无人机使用空域时互不影响，同时不危及有人机执行作战任务时的飞行安全；如何保证平时无人机的各种任务飞行、训练和科研试飞活动能够合理地使用空域，并不影响军民航有人飞机的正常飞行活动，即,无人机如何规避动态威胁目标,已经成为当前和以后若干年内亟待解决的重要问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于Kalman滤波的无人机动态威胁规避方法、设备及存储设备，无人机通过采集威胁目标的ADS_B数据对威胁目标的航迹做出预测，判断威胁目标航迹是否在避撞判断范围之内，同时采用Kalman滤波对威胁目标航迹进行处理，最后结合规避策略对威胁目标进行规避,可以有效解决上述问题。本专利技术提供的技术方案是：一种基于Kalman滤波的无人机动态威胁规避方法，所述方法包括步骤：S1：初始化无人机静态航迹点；S2：获取动态威胁目标的ADS_B数据；S3：同时判断垂直、东西及南北方向威胁是否在避撞判断范围之内；S4：若不在，则不做任何处理，并返回S2继续执行；S5：若在，则进行威胁区域划分并得到与无人机进行安全距离比较的动态威胁目标的轨迹；S6：对所述动态威胁目标的轨迹进行Kalman滤波得到滤波后动态威胁目标轨迹；S7：将滤波后动态威胁目标轨迹与无人机轨迹进行比较；S8：判断动态威胁目标是否在威胁距离之内；S9：若否，则返回S8继续执行；S10：若是，则无人机采用规避策略规避动态威胁目标；S11：判断无人机是否规避动态威胁目标；S12：若否，则返回S8继续执行；S13：若是，则完成无人机对动态威胁目标的规避。存储设备，所述存储设备存储指令及数据用于实现所述一种基于Kalman滤波的无人机动态威胁规避方法。一种基于Kalman滤波的无人机动态威胁规避设备，所述设备包括处理器及所述存储设备；所述处理器加载并执行所述存储设备中的指令及数据用于实现所述的一种基于Kalman滤波的无人机动态威胁规避方法。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种基于Kalman滤波的无人机动态威胁规避方法、设备及存储设备，无人机通过采集威胁目标的ADS_B数据对威胁目标的航迹做出预测，判断威胁目标航迹是否在避撞判断范围之内，同时采用Kalman滤波对威胁目标航迹进行处理，最后结合规避策略对威胁目标进行规避，从而使无人机在飞行过程中可以有效地规避动态威胁目标。附图说明图1是本专利技术实施例中基于Kalman滤波的无人机动态威胁规避方法的整体流程图；图2是本专利技术实施例中判断垂直方向威胁是否在避撞判断范围之内具体步骤流程图；图3是本专利技术实施例中判断东西方向威胁是否在避撞判断范围之内具体步骤流程图；图4是本专利技术实施例中判断南北方向威胁是否在避撞判断范围之内具体步骤流程图；图5是本专利技术实施例中对所述动态威胁目标的轨迹进行Kalman滤波得到滤波后动态威胁目标轨迹具体步骤流程图；图6是本专利技术实施例中左转策略及右转策略示意图；图7是本专利技术实施例中上升策略及下降策略示意图；图8是本专利技术实施例中无人机与威胁目标同向飞行状态示意图；图9是本专利技术实施例中无人机与威胁目标相向飞行状态示意图；图10是本专利技术实施例中无人机与威胁目标交叉飞行状态示意图；图11是本专利技术实施例的硬件设备工作示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述，下文中提到的具体技术细节，如：方法，设备等，仅为使读者更好的理解技术方案，并不代表本专利技术仅局限于以下技术细节。本专利技术的实施例提供了一种基于Kalman滤波的无人机动态威胁规避方法、设备及存储设备。请参阅图1，图1是本专利技术实施例中基于Kalman滤波的无人机动态威胁规避方法的整体流程图，所述方法由硬件设备实现，具体步骤包括：S101：初始化无人机静态航迹点。S102：获取动态威胁目标的ADS_B数据。S103：判断垂直方向威胁是否在避撞判断范围之内。S104：判断东西方向威胁是否在避撞判断范围之内。S105：判断东南北方向威胁是否在避撞判断范围之内。S106：若不在，则不做任何处理，返回S102继续执行。S107：若在，则进行威胁区域划分并得到与无人机进行安全距离比较的动态威胁目标的轨迹。S108：对所述动态威胁目标的轨迹进行Kalman滤波得到滤波后动态威胁目标轨迹。S109：将滤波后动态威胁目标轨迹与无人机轨迹进行比较。S110：判断动态威胁目标是否在威胁距离之内。S111：若否，则返回S109继续执行。S112：若是，则无人机采用规避策略规避动态威胁目标。所述规避策略具体为：加速策略、减速策略、左转策略、右转策略、上升策略及下降策略。S113：判断无人机是否规避动态威胁目标。S114：若否，则返回S110继续执行。S115：若是，则完成无人机对动态威胁目标的规避。所述ADS_B数据的形式具体为ADS_B报文；所述ADS_B报文结构具体为：bit1至bit5为DF消息字段，bit6至bit8为CA消息字段，bit9至bit32为AA消息字段，bit33至bit88为ME消息字段，bit89至bit112为校验消息字段。ADS-B消息的112bit数据帧格式如下表1所示。表1本项目只解析DF字段为17的消息，DF＝17时进行后面的ME字段的解析，获取所需的速度，位置等信息。AA消息字段指示了该发射机的ICAO地址，ME字段包含了位置、速度、高度、航角、航空ID、地址等信息，校验信息暂不考虑。ME的第1-5比特(即DF17报文的第33-37比特)是Type值，根据这个值看DF＝17的报文是什么类型的报文，再进一步解算。本项目只解析Type值为9-22的报文。其中Type值为9-18、20-22时表示空中位置报，Type为19表示飞机速度信息。空中位置报文可获得飞机的经纬度以及高度信息，其中高度信息在ME消息的9-20比特位，纬度编码在23-29比特位，经度编码在40-56比特位。具体结构如表2所示；表2高度信息的位结构如下表所示：表3高度信息一共12位码元，每个码元都对应了一个单独名称，以便于信息的组织和解码的描述。根据Q值的不同，高度信息采用了两种不同的编码算法。如果Q位的值为0，则高度的增量是100英尺，高度信息的编码采用格雷码；如果Q位的值为1，则高度的增量是25英尺，高度信息采用自然二进制编码。也就是去掉Q位，将其它位合并到一起，作为一个完整的二进制数。本项目采用全球解码和本地解码两种方式来解析报文中的经纬度。全球解码采用收到的偶编码(由YZ0，XZ0表示)和奇编码(由YZ1，XZ1表示)的两个位置消息，共同产生全球位置的纬度Rlat和经度Rloni。对于本地解码来说，需设置一个本地参考点，本地参考点为无人机的实时位置(假定其经纬度分别为lati、loni)，CPR解码算法将通过解码获得本地位置。全球解码步骤如下：1.计算纬度Zone的尺寸Dlati2.计本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于Kalman滤波的无人机动态威胁规避方法，所述方法由硬件设备实现，其特征在于：包括以下步骤：S1：初始化无人机静态航迹点；S2：获取动态威胁目标的ADS_B数据；S3：同时判断垂直、东西及南北方向威胁是否在避撞判断范围之内；S4：若不在，则不做任何处理，并返回S2继续执行；S5：若在，则进行威胁区域划分并得到与无人机进行安全距离比较的动态威胁目标的轨迹；S6：对所述动态威胁目标的轨迹进行Kalman滤波得到滤波后动态威胁目标轨迹；S7：将滤波后动态威胁目标轨迹与无人机轨迹进行比较；S8：判断动态威胁目标是否在威胁距离之内；S9：若否，则返回S8继续执行；S10：若是，则无人机采用规避策略规避动态威胁目标；S11：判断无人机是否规避动态威胁目标；S12：若否，则返回S8继续执行；S13：若是，则完成无人机对动态威胁目标的规避。

【技术特征摘要】
1.基于Kalman滤波的无人机动态威胁规避方法，所述方法由硬件设备实现，其特征在于：包括以下步骤：S1：初始化无人机静态航迹点；S2：获取动态威胁目标的ADS_B数据；S3：同时判断垂直、东西及南北方向威胁是否在避撞判断范围之内；S4：若不在，则不做任何处理，并返回S2继续执行；S5：若在，则进行威胁区域划分并得到与无人机进行安全距离比较的动态威胁目标的轨迹；S6：对所述动态威胁目标的轨迹进行Kalman滤波得到滤波后动态威胁目标轨迹；S7：将滤波后动态威胁目标轨迹与无人机轨迹进行比较；S8：判断动态威胁目标是否在威胁距离之内；S9：若否，则返回S8继续执行；S10：若是，则无人机采用规避策略规避动态威胁目标；S11：判断无人机是否规避动态威胁目标；S12：若否，则返回S8继续执行；S13：若是，则完成无人机对动态威胁目标的规避。2.如权利要求1所述的基于Kalman滤波的无人机动态威胁规避方法，其特征在于：所述ADS_B数据的形式具体为ADS_B报文；所述ADS_B报文结构具体为：bit1至bit5为DF消息字段，bit6至bit8为CA消息字段，bit9至bit32为AA消息字段，bit33至bit88为ME消息字段，bit89至bit112为校验消息字段。3.如权利要求1所述的基于Kalman滤波的无人机动态威胁规避方法，其特征在于：判断垂直方向威胁是否在避撞判断范围之内具体步骤包括：初始化无人机配置参数,所述配置参数具体包括：机翼长度、机身长度、机体高度、最大航程、垂直方向最大转弯角、水平方向最大转弯角、最小转弯半径及最大飞行高度；发现垂直方向的威胁目标；计算无人机垂直矢量速度和高度；计算威胁目标垂直矢量速度和高度；无人机垂直矢量速度与威胁目标垂直矢量速度做差得到速度差；无人机高度与威胁目标高度做差得到高度差；判断威胁目标的矢量速度方向是否指向无人机；若否，则返回计算无人机垂直矢量速度和高度的步骤继续执行；若是，则判断威胁目标是否满足威胁阈值条件；若不满足，则返回计算无人机垂直矢量速度和高度的步骤继续执行；若满足，则认定威胁目标在避撞判断范围之内。4.如权利要求1所述的基于Kalman滤波的无人机动态威胁规避方法，其特征在于：判断东西方向威胁是否在避撞判断范围之内具体步骤包括：初始化无人机配置参数,所述配置参数具体包括：机翼长度、机身长度、机体高度、最大航程、垂直方向最大转弯角、水平方向最大转弯角、最小转弯半径及最大飞行高度；发现东西方向的威胁目标；计算无人机经度和东西矢量速度；计算威胁目标经度和东西矢量速度；无人机经度与威胁目标经度做差得到经度差；无人机东西矢量速度与威胁目标东西矢量速度做差得到东西矢量速度差；判...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵曼，宋光磊，范园，李晖，吴杰，董理君，黄梦达，潘孟琦，李贝，吴柳依，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，山东航天电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42