无人机动态避撞区建模方法研究

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1、无人机动态避撞区建模方法研究许敬刚，王宏伦，刘畅，梁宵(北京航空航天大学飞行器控制一体化技术重点实验室，北京100191)摘要:针对现有方法采用定值飞行间隔确定避撞区域对空域利用不足的问题，提出一种动态、实时建立避撞区域的方法。根据无人机的机动约束，无人机的碰撞区域以及飞机之间的相对位置、相对速度等信息，实时建立避撞区包络。由于动态考虑了无人机与入侵飞机对避撞区的影响因素，提高了所建包络的针对性，缩小了避撞区包络所占的空域面积，不仅避免了一些不必要的规避机动，而且还可以使繁忙的空域得到更合理的利用。仿真结果验证了所建动态

2、避撞区的有效性。关键词:无人机;感知与规避;避撞区;动态建模中图分类号:V328文献标志码:A文章编号:1671－637X(2014)12－0030－06ModelingofDynamicCollisionAvoidanceZoneforUAVsXUJing-gangWANGHong-lunLIUChangLIANGXiao(ScienceandTechnologyonAircraftControlLaboratoryBeihangUniversityBeijing100191China)Abstract:C

3、onsideringthatthesizeofcollisionavoidancezoneisusuallyconstantandcannotmakefulluseofthespaceweproposedamethodforestablishingthecollisionavoidancezoneofUAVsdynamicallyinrealtime．ThecollisionavoidancezoneisestablishedaccordingtotheconstraintsofUAVmaneuverabilityc

4、ollisionzonetherelativepositionandtherelativevelocity．TheinfluencingfactorsofUAVandtheintrudertocollisionavoidancezoneareconsidereddynamicallythusthecollisionavoidancezoneisestablishedmoreaccuratelywithsmallerairspacewhichcannotonlyavoidtheunnecessarymaneuveri

5、ngforcollisionavoidancebutalsomakemorereasonableusetothebusyairspace．Thesimulationresultsshowthegoodperformanceofthisdynamicmodelingmethod．Keywords:UAV;senseandavoid;collisionavoidancezone;dynamicmodeling我国现行的《飞行间隔规定》［1］对飞行器的纵向、侧向和高度安全间隔都有明确的规定。在飞行中通过空中防撞系统(Traf

6、ficCollisionAvoidanceSystemTCAS)或广播式自动相关监视系统(AutomaticDependentSur-veillanceBroadcast，ADS-B)实时监测飞机之间的相对位置，当有飞机侵入其他飞机的避撞区域时，根据侵入区域的不同向飞行员提供告警或警戒信息，通过飞行0引言目前，由于无人机仍没有成熟的自主感知与避撞系统，为避免可能的冲突，无人机飞行中往往采用独享空域的方法，难以与有人机或其他无人机共享宝贵的空域，造成了空域的极大浪费，也严重制约了无人机的进一步发展。随着民用航空、通用航空

7、的快速发展，空域将日趋珍贵，如何在确保飞行安全的前提下通过共享提高空域的利用率成为新的研究热点。威胁感知与规避技术正是基于这个需求而开展的。在民航领域，为了防止飞行冲突，维护飞行秩序，保证飞行安全，国内外都有相关的安全飞行间隔规定。［2］员操纵飞机避免冲突。对于无人机而言，为了能和其他飞机共享空域，必须具备自主威胁感知与规避能力。通过感知系统检测无人机周围可能的威胁，通过碰撞检测算法判断冲突的可能，通过规避机动避免碰撞。通常，从避免飞行冲突的角度将无人机周围区域从内向外划分为碰撞区、避撞区和安全区。碰撞区指比无人机外形尺

8、寸稍大的区域，一旦有它机侵入必将发生碰撞，是绝对不允许侵入的区域。避撞区指通过碰撞检测算法判断会发生碰撞但通过合适的机动可避免碰撞的区域，又可进一步收稿日期:2013－11－04修回日期:2014－03－05基金项目:装备预研项目;国家自然科学基金(61175084)作者简介:许敬刚(1986—)，男，河北衡水人，硕