一种机载无人机防撞技术验证系统及其验证方法技术方案

本发明专利技术提供一种机载无人机防撞技术验证系统及其验证方法，搭载了防撞设备的无人机，通过在航路航线以及终端区进行真实飞行，以进行机载防撞设备的测试；无人机地面站，通过空地通信链路进行机载数据与仿真数据的传输，进行无人机飞行数据仿真模块与机载端的数据中转；机载无人机防撞技术验证方法模块，包括以下子模块：测试场景生成模块、真实航迹数据接收模块、真实航迹预处理模块、真实航迹预测模块、仿真航迹生成模块、仿真航迹数据发送模块。本发明专利技术通过无人机航路航线与终端区的真实飞行、仿真的监视数据多源化、仿真的数据实时化、仿真的场景真实化，可以大大提高无人机防撞技术验证的真实性与有效性。术验证的真实性与有效性。术验证的真实性与有效性。

【技术实现步骤摘要】
一种机载无人机防撞技术验证系统及其验证方法


[0001]本专利技术属于无人机
，具体涉及一种机载无人机防撞技术验证系统及其验证方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着航空产业的发展，无人机、空中巴士、有人通航飞机作为低空航空运输产业的主要承担者指日可待。届时，低空空域交通参与者繁杂、交通流量大、交通拥堵、飞行路径混乱。无人机是航空运输系统发展的必然趋势，但目前的航空运输系统无法适应无人机运行，有人机与无人机必须采用隔离运行方式，严重制约了无人机及相关产业的发展，中大型无人机的机载防撞技术将成为解决当前问题的关键点。
[0003]机载防撞设备的功能和性能，直接关系到飞行器的空中飞行安全，因此在加装机载防撞设备的之前，需对机载设备进行全面的地面测试和飞行验证，确保机载防撞设备各项指标均满足设计要求。进行飞行验证测试，需要对防撞设备的防撞功能和性能进行验证，如果本机和入侵机都采用真机的方式进行飞行测试，无法保证本机与入侵机的空中飞行安全，同时在我国现有的航空相关政策下，也无法进行此类交通场景的测试。
[0004]针对航空器避撞设备的测试，当前存在两种测试方法。除了真机飞行测试之外，通过飞行的理论算法仿真，得到仿真的防撞测试结果是近些年来的一大主流测试方法。一般的防撞算法仿真系统会基于航空器的飞行或测试的需要，而使用多种多样的飞行数据仿真方法，涵盖了航空器直线飞行、转弯飞行、匀速飞行、变速飞行等多种飞行模式，最终得到防撞测试的仿真测试结果。
[0005]现有的防撞算法仿真系统，属于完全的地面系统防撞仿真测试，其输出结果属于理论性很强的算法计算结果，虽然近些年来部分防撞算法仿真系统考虑了航空器在真实飞行过程中的气动、气象、地形等外在因素的影响，但是由于其飞行过程完全仿真的局限性，使得仿真过程缺乏真实性，仿真结果可靠性较低。同时，无人机防撞设备为近些年的新型设备，当前的系统并不能完全适配无人机防撞技术的验证。
[0006]需要采取一种接近真实飞行场景安全且有效的验证方法，来进行机载防撞设备验证，因此本专利技术提出了一种采用加装了机载防撞设备的真机进行真实飞行，利用仿真方法生成入侵飞机的半真实半仿真的机载无人机防撞技术验证方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术中的机载无人机防撞技术验证方法旨在解决以下问题：
[0008]1)尽可能的保证防撞测试的真实性。本专利技术将结合真机飞行测试与仿真飞行测试的优点，提出了一种采用加装了机载防撞设备的真机进行真实飞行，利用仿真方法生成入侵飞机的半真实半仿真的机载无人机防撞技术验证方法。本专利技术不同于利用防撞仿真系统进行航空器防撞测试的虚拟测试方法，而更倾向于在保证航空器绝对的飞行安全情况下，进行的真机飞行测试。
[0009]2)进行无人机机载监视设备数据处理能力的全面测试。机载无人机防撞设备的可支持多种机载监视设备的数据输入，本专利技术可以实时仿真包含空空雷达(ATAR，Air
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to
‑
air Radar)、主动监视(AST，Active Surveillance Transponder)、广播式自动相关监视(ADS
‑
B，Automatic Dependent Surveillance
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Broadcast)、光电(EO,Electro Optics)、红外(IR,Infrared Radiation)等多种机载监视设备的监视数据，以达到全方位测试机载防撞设施监视数据处理功能的目的。
[0010]3)实际交通场景的全面测试。针对无人机飞行的实际应用场景，进行例如“对头相遇”、“汇聚于一点”、“分散飞行”、“高度层穿越”等无人机飞行防撞场景的全面测试。
[0011]为解决上述技术问题，本专利技术具体技术方案为：
[0012]一种机载无人机防撞技术验证系统，包括：
[0013]搭载了防撞设备的无人机，通过在航路航线以及终端区进行真实飞行，以进行机载防撞设备的测试；
[0014]无人机地面站，通过空地通信链路进行机载数据与仿真数据的传输，进行无人机飞行数据仿真模块与机载端的数据中转；
[0015]机载无人机防撞技术验证方法模块，包括以下子模块：测试场景生成模块、真实航迹数据接收模块、真实航迹预处理模块、真实航迹预测模块、仿真航迹生成模块、仿真航迹数据发送模块；
[0016]其中：
[0017]测试场景生成模块，用于依据无人机防撞设备的告警和引导逻辑以及此次飞行的测试目标生成测试场景配置文件；
[0018]真实航迹接收模块，用于通过无人机空地通信链路从无人机地面站或通过接收机载监视设备的数据，从中解析获取无人机的实时飞行参数；
[0019]真实航迹预处理模块，用于对接收到的无人机数据进行清洗、有效性检验等基本处理，并将真实的航迹数据由1984年世界大地坐标系统(World Geodetic System一1984Coordinate System，简称WGS
‑
84)坐标转换成地心地固坐标系(Earth
‑
Centered,Earth
‑
Fixed，简称ECEF)坐标系中，为后续航迹预测做准备。
[0020]真实航迹预测模块，用于考虑“空地”、“地空”的通信时延以及机载无人机防撞技术验证方法处理过程时延的总时延
△
t，将t时刻真实航迹的所在位置外推到t+
△
t时刻真实的航迹的所在位置。
[0021]仿真航迹生成模块，通过测试需求的测试场景设计，依据真实航迹的坐标位置，计算出仿真航迹的理想位置。再依据不同机载监视传感器的特点，添加不同的测量误差后生成不同格式的仿真航迹数据。
[0022]仿真航迹数据发送模块，用于将生成的监视航迹数据直接通过微波广播发送给机载端，或将数据发送给无人机地面站，由无人机地面站通过空地通信链路发送给机载端。
[0023]一种机载无人机防撞技术验证系统，包括以下步骤：
[0024]步骤1：测试场景生成。
[0025]考虑无人机防撞设备的告警与引导逻辑，从空间纬度与时间纬度两个方面均触发无人机防撞设备的告警与引导功能，其中空间阈值包括水平与垂直两个方向。
[0026]定义仿真无人机与真实无人机距离最接近的点为CPA点。进行“不产生告警与引
导”场景仿真时，保证仿真无人机与真实无人机CPA点之间的距离不小于安全间隔，则飞行全过程中不产生告警与引导。进行“产生告警与引导”场景仿真时，保证仿真无人机与真实无人机CPA点之间的距离小于安全间隔，则飞行的过程中，一定会触发告警与引导功能。
[0027]依靠空间阈值告警：是当两架飞机在当前t时刻的空间位置小于两架飞机之间的空间告警阈值，则触发机载防撞设备的告警与引导功能。
[0028]依据时间阈值告警：是两架飞机在当前t时刻保持安全的空间间隔，未产生告警与引导信息，但依据当前两架飞机的飞行状态，预测在飞行一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机载无人机防撞技术验证系统，其特征在于，包括：搭载了防撞设备的无人机，通过在航路航线以及终端区进行真实飞行，以进行机载防撞设备的测试；无人机地面站，通过空地通信链路进行机载数据与仿真数据的传输，进行无人机飞行数据仿真模块与机载端的数据中转；机载无人机防撞技术验证方法模块，包括以下子模块：测试场景生成模块、真实航迹数据接收模块、真实航迹预处理模块、真实航迹预测模块、仿真航迹生成模块、仿真航迹数据发送模块；其中：测试场景生成模块，用于依据无人机防撞设备的告警和引导逻辑以及此次飞行的测试目标生成测试场景配置文件；真实航迹接收模块，用于通过无人机空地通信链路从无人机地面站或通过接收机载监视设备的数据，从中解析获取无人机的实时飞行参数；真实航迹预处理模块，用于对接收到的无人机数据进行清洗、有效性检验等基本处理，并将真实的航迹数据由1984年世界大地坐标系统(World Geodetic System一1984Coordinate System，简称WGS
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84)坐标转换成地心地固坐标系(Earth
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Centered,Earth
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Fixed，简称ECEF)坐标系中，为后续航迹预测做准备；真实航迹预测模块，用于考虑“空地”、“地空”的通信时延以及机载无人机防撞技术验证方法处理过程时延的总时延
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t，将t时刻真实航迹的所在位置外推到t+
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t时刻真实的航迹的所在位置；仿真航迹生成模块，通过测试需求的测试场景设计，依据真实航迹的坐标位置，计算出仿真航迹的理想位置；再依据不同机载监视传感器的特点，添加不同的测量误差后生成不同格式的仿真航迹数据；仿真航迹数据发送模块，用于将生成的监视航迹数据直接通过微波广播发送给机载端，或将数据发送给无人机地面站，由无人机地面站通过空地通信链路发送给机载端。2.一种机载无人机防撞技术验证方法，其特征在于，通过权利要求1所述的一种机载无人机防撞技术验证系统，包括以下步骤：步骤1：测试场景生成；考虑无人机防撞设备的告警与引导逻辑，从空间纬度与时间纬度两个方面均触发无人机防撞设备的告警与引导功能，其中空间阈值包括水平与垂直两个方向；定义仿真无人机与真实无人机距离最接近的点为CPA(Closest Point of Approach)点；进行“不产生告警与引导”场景仿真时，保证仿真无人机与真实无人机CPA点之间的距离不小于安全间隔，则飞行全过程中不产生告警与引导；进行“产生告警与引导”场景仿真时，保证仿真无人机与真实无人机CPA点之间的距离小于安全间隔，则飞行的过程中，一定会触发告警与引导功能；依靠空间阈值告警：是当两架飞机在当前t时刻的空间位置小于两架飞机之间的空间告警阈值，则触发机载防撞设备的告警与引导功能；依据时间阈值告警：是两架飞机在当前t时刻保持安全的空间间隔，未产生告警与引导信息，但依据当前两架飞机的飞行状态，预测在飞行一段规定的时间后必然会失去安全的
空间间隔而在当前t时刻就开始产生告警信息；依据告警阈值，通过配置告警时间与告警类型，设计测试场景；步骤2：真实航迹数据接收；通过无人机空地通信链路从无人机地面站或通过接收机载监视设备的数据，从中解析获取无人机的实时飞行参数；步骤3：真实航迹预处理；首先，对真实航迹数据进行有效性检验，可以从以下几个方面进行检验：1)航迹数据的更新时间；2)水平位置不确定度NAC
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨镇宇，张学军，董佳琦，廖海霖，
申请(专利权)人：成都福瑞空天科技有限公司，
类型：发明
国别省市：