本发明涉及救援技术领域，尤其涉及一种无人机群搜索救援方法及系统。
背景技术
大型自然灾害，如地震、塌方发生后，破坏了原有道路、通道，施救人员、设施进入灾区的正常渠道不通，因不可确知行进路上无幸存者受困，大型救援设备不宜贸然进入灾区以避免造成二次伤害，因而进场时间相对较晚，给探测生命体的存在及施救带来阻碍；搜救直升机出动受技术及保障条件限制、架次少、无固定设备、人员安全难以保障；各种类型的生命体征目标探测搜救设备由人抬肩扛进入灾区，一般需逐点展开探测搜索，需探测搜索的目标区域信号相对较弱，且单次探测区域小，从而造成探测搜索效率低；对于施救人员无法进入的危险区域，在搜索时一般会靠后安排，受困者生还几率降低；各型号的救援设备间各自为战，数据难以实现有效共享，造成救援效率整体偏低。
针对上述大范围(如10-10000平方公里)灾害场景(如地震塌方等自然灾害)下，幸存、受伤、迷失人员或特定区域(如山林迷失、探险人员遇险)人体目标的快速搜索救援，目前没有完善的技术方案，传统的搜救方案探测手段单一、单次探测区域狭小、对于危险区域无法实施探测搜索、大量搜救人员及设备进入灾害场所后对幸存者容易造成二次伤害、极易超过黄金救援时间段(72小时)从而导致幸存者获救几率降低。
如前所述，1)传统的搜救方案探测手段单一；2)单次探测区域范围小；3)对于危险区域无法实施探测搜索；4)大量搜救人员及设备进入灾害场所后对幸存者容易造成二次伤害；5)有人直升机搜救出动架次少、无固定搜索设备、人员安全难以保障；6)缺乏信息融合分析系统，各种类型的搜救设备获得的信息相对独立、难以实现共享，信息利用率低，对搜索救援现场缺乏全局观；7)极易超过黄金救援时间段(72小时)从而导致幸存者获救几率降低。
随着无人机技术的发展，无人机技术也逐渐应用到了搜索救援领域，如中国专利申请cn201610557419.6“一种无人机及无人机搜救定位方法”，该发明公开了一种利用无线电信号强度进行搜救的无人机方法，但存在使用单个无人机通过定向天线判断遇险人员位置，一方面精度过低，另一方面定向天线会减小搜索面积；同时单纯使用无线信号强度判断遇险人员信息，无法区分该信号的来源是遇险人员发出的，还是搜救人员发出的，即误判概率较高；此外，单个无人机搜救的范围较小，不适用于大范围搜救活动。
中国专利申请cn201710612810.6“一种基于无人机群搜救的方法及系统”，该发明公开了一种利用无人机群构建无线网络，通过网络各个节点获取的遇险人员个人移动终端注册或驻留信息对人员进行定位的方法。其不足之处在于：一方面受无人机布局、高度等信息的影响，定位精度较低；另一方面，无人机组成的网络中，受地形地貌影响，有的节点位置若接收不到遇险人员移动终端发出的信号，可能会造成搜索定位失败；此外，该方案缺少信息复核环节，并且不适用于对隐藏目标的搜索，实用性弱。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有搜索技术存在的问题，本发明提供一种搜索救援定位准确、精度高、灵活性好、稳定性好、可以大幅提高搜索救援的效率的无人机群搜索救援方法及系统。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种无人机群搜索救援方法，多架搜索无人机组成无人机群，分别携带探测源对待搜索区域进行扫描，确定疑似区域，所述探测源包括无线电频谱探测源，和/或sar成像探测源，和/或光学成像探测源；
通过数据融合从所述疑似区域中确定出目标区域；
通过搜索无人机携带的超宽带生命探测雷达对所述目标区域进行扫描，获取并回传所述目标区域内的生命体征状态信息。
进一步地，还包括通过搜索无人机携带的所述光学成像探测源对所述目标区域进行扫描，获取并回传所述目标区域的清晰影像信息。
进一步地，所述数据融合的具体步骤包括：通过融合无人机获取所述搜索无人机所获取的所述疑似区域的信息，进行数据融合，确定出目标区域。
进一步地，还包括所述融合无人机携带通信基站模块，与指挥中心建立通信连接，所述搜索无人机通过所述融合无人机回传数据，并接收所述指挥中心的控制指令。
进一步地，携带超宽带生命探测雷达的搜索无人机同时携带有光学成像探测源，在获取所述目标区域内的生命体征状态信息的同时获取所述目标区域的清晰影像信息。
一种无人机群搜索救援系统，包括由多架搜索无人机组成无人机群，所述搜索无人机携带有探测源，用于对待搜索区域进行扫描，确定疑似区域；所述搜索无人机还携带有超宽生命探测雷达，用于对目标区域进行扫描，获取并回传所述目标区域内的生命体征状态信息；所述探测源包括无线电频谱探测源，和/或sar成像探测源，和/或光学成像探测源；所述目标区域为通过对所述疑似区域进行数据融合而确定。
进一步地，所述搜索无人机还用于通过所携带的光学成像探测源对所述目标区域进行扫描，获取并回传所述目标区域的清晰影像信息。
进一步地，还包括融合无人机，所述融合无人机携带有数据融合处理设备，用于获取所述搜索无人机所获取的所述疑似区域的信息，进行数据融合，确定出目标区域。
进一步地，所述融合无人机还携带有通信基站模块，用于与指挥中心建立通信连接；所述搜索无人机通过所述融合无人机回传数据，并接收所述指挥中心的控制指令。
进一步地，携带超宽带生命探测雷达的搜索无人机同时携带有光学成像探测源，在获取所述目标区域内的生命体征状态信息的同时获取所述目标区域的清晰影像信息。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明通过多架无人机组成无人机群，分别携带不同的探测源对同一待搜索区域进行扫描，通过采用多源异构传感器及多无人机协同工作的方式，可以快速的完成大范围目标区域的精确搜索；不同的传感器(探测源)分别承载于不同的无人机平台上，无人机之间通过数据/信息互通、协同工作，可完成大型有人直升机等搜救平台上复杂/笨重的传感器才能完成的工作，同时克服了传统通过有人直升机其架次出动少、机动性差、准确率低、易发生人员安全事故等缺点。
2、本发明通过无人机群实现超大范围区域快速搜索探测，每架无人机都有独自的搜索路径，可以互不干涉的同时对大范围的待搜索区域分别进行扫描探测；多个无人机协同小组联合工作，分区域精准搜索；从而大大的提高搜索救援的效率。
3、本发明通过无人机携带不同类型的传感器(探测源)，包括无线电频谱探测源，和/或sar成像探测源，和/或光学成像探测源等，先通过无线电频谱探测源快速对目标区域进行粗扫描，确定无线电信号存在的大概位置；再由sar成像探测源对目标区域快速实时成像，并识别、检测疑似目标，而后与无线电频谱探测源的结果进行重点复核，综合判定目标及其位置；光学成像探测源可对目标区域快速成像，识别、检测疑似目标，同时，超宽带生命探测雷达可对目标区域进行抵近/废墟穿透式探测，确定目标生命状态，因此，可以准确、高效的搜索到待救援的目标，从而也可大大提高待救援目标的生还机率。
附图说明
图1为本发明具体实施例的无人机编组协同多源探测流程图。
图2为本发明具体实施例的无人机群探测流程。
图3为本发明具体实施例的系统结构示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1和图2所示，本实施例的无人机群搜索救援方法，多架搜索无人机组成无人机群，分别携带探测源对待搜索区域进行扫描，确定疑似区域，探测源包括无线电频谱探测源，和/或sar成像探测源，和/或光学成像探测源；通过数据融合从疑似区域中确定出目标区域；通过搜索无人机携带的超宽带生命探测雷达对目标区域进行扫描，获取并回传目标区域内的生命体征状态信息。
在本实施例中，通过不同的探测源对同一待搜索区域进行扫描，分别探测出疑似区域，并为疑似区域确定可信度，如通过无线电频谱探测源探测出疑似区域a1、b1、c1、d1，并分别为4个疑似区域确定可信度值k1，k2，k3，k4；通过sar成像探测源探测出疑似区域a2、b2、c2、d2、e2，并分别为5个疑似区域确定可信度值n1，n2，n3，n4，n5；两种探测源所确定的疑似区域可能为同一区域，如a1和b2可能为同一区域。再通过数据融合，从上述疑似区域中确定出目标区域。进行数据融合的方式可以根据需要选择。在本实施例中，根据疑似区域的可信度值进行加权计算得到的目标区域的可信度，并按照加权计算得到的目标区域的可信度值进行排序，按照可信度的高低进行抵近式复核探测。
在本实施例中，还包括通过搜索无人机携带的光学成像探测源对目标区域进行扫描，获取并回传目标区域的清晰影像信息。
在本实施例中，数据融合的具体步骤包括：通过融合无人机获取搜索无人机所获取的疑似区域的信息，进行数据融合，确定出目标区域。还包括融合无人机携带通信基站模块，与指挥中心建立通信连接，搜索无人机通过融合无人机回传数据，并接收指挥中心的控制指令。
在本实施例中，携带超宽带生命探测雷达的搜索无人机同时携带有光学成像探测源，在获取目标区域内的生命体征状态信息的同时获取目标区域的清晰影像信息。
如图3所示，本实施例的无人机群搜索救援系统，包括由多架搜索无人机组成无人机群，搜索无人机携带有探测源，用于对待搜索区域进行扫描，确定疑似区域；搜索无人机还携带有超宽生命探测雷达，用于对目标区域进行扫描，获取并回传目标区域内的生命体征状态信息；探测源包括无线电频谱探测源，和/或sar成像探测源，和/或光学成像探测源；目标区域为通过对疑似区域进行数据融合而确定。搜索无人机还用于通过所携带的光学成像探测源对目标区域进行扫描，获取并回传目标区域的清晰影像信息。
在本实施例中，还包括融合无人机，融合无人机携带有数据融合处理设备，用于获取搜索无人机所获取的疑似区域的信息，进行数据融合，确定出目标区域。融合无人机还携带有通信基站模块，用于与指挥中心建立通信连接；搜索无人机通过融合无人机回传数据，并接收指挥中心的控制指令。
在本实施例中，携带超宽带生命探测雷达的搜索无人机同时携带有光学成像探测源，在获取目标区域内的生命体征状态信息的同时获取目标区域的清晰影像信息。
在本实施例中，多架搜索无人机之间通过数据交互，组成无人机群协同工作。探测源包括无线电频谱探测源、sar成像探测源、光学成像探测源、超宽带生命探测雷达。其中，光学成像探测源又包括可见光探测源和红外探测源。上述各种类型的探测源可以独立作为搜索无人机的载荷，当然，也可以根据需要，将两个或两个以上不同类型的探测源进行组合，形成复合探测源，特别的，将光学成像探测源和超宽带生命探测雷达进行组合形成复合探测源。在本实施例中，至少包括无线电频谱探测源，sar成像探测源，以及由光学成像探测源和超宽带生命探测雷达进行组合形成复合探测源。无人机携带任意一种上述探测源，从空中对待搜索区域进行扫描探测，并由无人机为探测源提供电源、通信等端口，无人机与探测源之间通过有线或无线方式通信，无人机与探测源作为一个整体与通信基站进行通信联络，传递探测结果/数据给指挥中心，并接收/执行指挥中心下达的指控命令。在本实施例中，无人机承载平台能够满足探测源对平台稳定性、抗抖动/漂移等指标的要求。通信基站是在数据融合无人机平台上的无线通信中转平台，负责收集多源探测系统的数据以及转达指挥中心的工作命令。
在本实施例中，无线电频谱探测源可以发射无线电信号，覆盖0.3-6ghz频段，能实现常见通信设备及特种通信设备的测角及多机联合精准定位功能。可针对自身携带有无线电通信设备的被搜索救援目标进行扫描探测。无线电频谱探测是一种被动测向方法，其工作时不主动发射电磁信号，一般具备有多个接收通道，将通道间的相位差变化率和多普勒频率变化率结合起来实现对目标的无源定位，充分利用机载平台和目标辐射源的相对运动信息，满足定位方法实时性、稳定性和高精度的要求。本实施例的无线电频谱探测源能够克服无人机机载平台自身的姿态变化和振动对相位差变化率和多普勒频率变化率等参数估计精度的影响；能够在运动平台载荷约束(重量、尺寸与功率)情况下的实现远距离高精度测向，采用紧耦合与电容加载技术实现小型化低剖面天线，通过射频组件集成化保证多通道一致性，基于框架理论稀疏优化阵列布阵方式，减少系统复杂度的同时保证远距测向性能；同时还具有高运算速度和高度稳定性的探测算法，可解决由于计算机的舍入误差引起协方差更新出现负定从而导致滤波发散问题。
在本实施例中，sar成像探测源对被搜索救援目标的合作/非合作方式没有要求，是通过发射电磁信号接收电磁回波工作，具有全天候、全天时工作的优势，不受气候、昼夜光照影响。与视觉图像相比，sar成像探测源具有整个测绘地带的比例尺基本相同、图像分辨率或比例尺和载机飞行高度和作用距离无关、纹理丰富、地物轮廓清晰对比度高、可全天候全天时工作等优势。在本实施例中，sar成像探测源具备实时精细成像、搜救目标的自动分类识别，可直接输出目标的位置信息。
在本实施例中，由光学成像探测源和超宽带生命探测雷达进行组合形成复合探测源(双光及雷达复合探测源)对被搜索救援目标的合作/非合作方式没有要求，包括3种传感器，分别是：可见光视觉传感器、红外传感器、超宽带生命探测雷达传感器，可见光视觉传感器、红外传感器用于粗扫描、大面积搜索，超宽带生命探测雷达传感器用于验证确认目标是否存在生命迹象，复合探测用于提供更准确、可靠的信息。可见光传感器具备微光夜视功能，可在夜间低照度及恶劣光照条件下对探测区域成像；红外传感器对温度敏感，可据此检测出人体目标；超宽带雷达传感器，通过发射电磁信号并接收目标回波信号、结合人体心跳/呼吸产生的胸腔收缩和扩张以及肢体动作产生的多普勒频移信息来工作，具备一定穿透性，可穿透灌木、草丛、浅层浮土等障碍物，探测到其下方的生命体征人体目标。该系统工作时，先由双光传感器进行大范围扫描探测，标注出疑似目标区域后，无人机平台进行抵近式复核探测，获取更清晰的图像以及由超宽带雷达传感器确定人体目标的生命体征状态。
在本实施例中，还设置融合无人机，其携带有通信设备和数据融合处理设备，通信设备具备64通道以上的信号接入能力，可以实时收集现场搜索区域内各无人机传递的探测结果及数据，数据融合处理设备可对各无人机的探测结果和数据进行汇总融合后形成统一的定位信息，发送给指挥中心。同时接收指挥中心下达的指令并根据实际状态传递给对应的搜索无人机平台。
在本实施例中，指挥中心是整个任务的中心指挥系统，一般距离现场较远，也可以是省级/国家级的救援总指挥系统。融合无人机通过无线通信链路与指挥中心进行通讯。指挥中心是指整个搜救任务的指挥平台，一般距离现场几公里或几百公里以上，其与现场通信中心可直接通信或通过卫星进行通信联络。在指挥中心可以根据现场通信平台传递过来的数据、结果，形成综合搜救态势，对目标位置/状态、救援设备的位置/状态实时显示，并能区分、识别、标识、制定合理的施救任务计划，供指挥人员决策。
在本实施例中，将无人机群进行编组，分别携带不同的探测源，协同工作，共同对待搜索区域进行扫描探测。在搜索救援中，首先由携带有无线电频谱探测源、光学成像探测源的无人机进入待搜索区域，拍摄并回传待搜索区域的场景图像，便于指挥员掌握整体态势，同时对待搜索区域的无线电设备进行位置标定，提供坐标信息给融合系统。其次派出携带sar成像探测源的无人机，一是对无线电频谱探测仪提供的位置进行核对，二是侦测识别地面运动目标。再次派出携带由光学成像探测源和超宽带生命探测雷达进行组合形成复合探测源的无人机，对标定的位置点进行穿透式探测和抵近式高清成像，搜索废墟、障碍物掩蔽下的人体目标，核实并将信息回传。另外，还可根据系统规划，对不存在无线电信号的区域进行快速的扫描探测；在发现目标后，光学成像探测源可获取并回传视觉图像，便于指挥员根据现场地形条件安排搜索救援任务。需要说明的是，搜索无人机可以将扫描信息回传至指挥中心，由指挥中心进行数据融合处理，也可以直接由无人机携带数据融合设备在现场进行数据融合处理。
在本实施例中，通过多种不同的探测源对待搜索区域进行扫描，标定疑似区域，并将不同探测源的探测数据进行融合来确定目标区域，进而进一步的对目标区域进行详细探测，确认救援目标。通过这种方式，可以充分发挥多种不同探测源的探测优势，从而提高搜索救援的准确性，提高救援效率。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。