[发明专利]基于微分博弈的探测多危险因子的无人机安全预警方法

说明书

本发明公开了一种基于微分博弈的探测多危险因子的无人机安全预警方法，包括：S1，构建无人机飞行过程中的状态转换模型；S2，根据状态转换模型建立各个状态的微分方程；S3，建立状态转换模型下的成本代价函数；S4，根据各个状态的微分方程以及成本代价函数，构建哈密尔顿方程。S5，根据哈密尔顿方程，求解满足协态变量条件的方程组以及相应的攻防策略。本发明提供了一个能够探测多方面危险因子的无人机预警系统，无人机预警系统在和多方面危险因子的攻防过程中，利用双边极大值原理，可以得到在复杂飞行环境中，判断是否触发预警系统并执行防御措施的最优策略，提高无人机危险预警的效率和质量。

技术领域

本发明涉及无人机安全飞行技术领域，具体涉及一种基于微分博弈的探测多危险因子的无人机安全预警方法。

背景技术

目前无人机大都缺乏自主冲突避让能力。而无人机飞行训练安全问题事故的背后成因复杂多样，既有人员主观因素，又有现实客观因素，既有系统内部矛盾和固有缺陷，又有外部条件的不利影响。因此无人机飞行安全风险的成因主要集中在人员、无人机系统、气象条件、空域和场地等4个方面，在组织无人机飞行活动时，针对性采取相应风险防控策略，有助于防范化解无人机飞行安全风险。

现有的预警系统大多集中在无人机碰撞预警方向，例如何晓薇教授研究了TCAS报警策略、避让与协调解脱的选择以及相关的干扰抑制技术；李丹教授等提出以带约束的布朗运动模拟飞机飞行，用于短期飞行冲突的探测；顾博教授设计了椭圆球状保护区模型，根据运动学方程对空中威胁态势预警；许敬刚教授等研究了二维无人机动态避撞区建模方法，利用无人机和入侵机飞行信息，在机动性能约束下对两机进行碰撞检测。由上述研究可以发现，学者们在研究无人机威胁预警问题时，大都是依据静态保护区概念，对所探测目标信息的依赖性高。而现实中，在混合空域环境内运行的无人机，遇到的各种危险因子相对于无人机来说，多是动态的、非合作的和贫信息的，这给无人机空中飞行活动中的危险预警带来了很大困难，进而影响到无人机危险预警的效率和质量。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种在复杂飞行环境中，无人机尽可能保证完成飞行任务且损失最小的前提下的基于微分博弈的探测多危险因子的无人机安全预警方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于微分博弈的探测多危险因子的无人机安全预警方法，应用于无人机飞行中遇到危险因子情景，包括：

S1，构建无人机飞行过程中的状态转换模型；无人机飞行过程中的状态包括正常状态、风险状态、警惕状态、危险状态以及受损状态；

S2，根据状态转换模型建立各个状态的微分方程；

S3，建立状态转换模型下的成本代价函数；

S4，根据各个状态的微分方程以及成本代价函数，构建哈密尔顿方程。

S5，根据哈密尔顿方程，求解满足协态变量条件的方程组以及相应的攻防策略。

优选地，步骤S2中各个状态的微分方程为：