基于任务的固定翼无人机弧形跑道编队航线规划方法

技术领域

本发明属于无人机航线规划技术领域，涉及一种基于任务的固定翼无人机弧形跑道编队航线规划方法。

背景技术

由于固定翼无人机在保证对战场环境侦察及对敌目标打击的同时，能最大程度的确保人员的生命安全，无论在军用领域还是民用领域的应用已经极为广泛。且现代战争及边境摩擦越来越倾向于无形无色的电子战，当无人机在执行电子对抗等任务时，需要考虑对目标区域的全方位观测等任务需求，为保证在任务环境及无人机性能的限制下顺利完成既定目标，需进一步完善航线规划方法。

但是，单架无人机在执行任务时可能受到传感器等硬件设备的限制，无法有效发挥固定翼无人机的优势，从而影响完成任务的成功率，且当单架无人机出现故障时，只能被迫终止任务，可能导致因贻误战机而破坏整个任务的完成度，因此，为提高无人机完成任务的效率，拓宽无人机使用范围，达到安全、高可靠性地执行各种任务的目的，多无人机协同编队应运而生。与此同时，为提高任务执行的效率及可靠性，适用于多机编队的航线规划方法也需要同步更新。

多机协同航线规划需要考虑任务的工作需求和多机协同编队工作的特性，其一是多架无人机编队执行任务规划的航线需满足编队内无人机机载硬件的使用要求，即基于任务的圆弧形航线；其二是规划的多机编队圆弧形跑道航线应在无人机位置精确控制情况下，编队内的无人机不会同时转弯(考虑到在无人机飞行圆弧跑道航线转弯时，机载任务硬件无法有效工作，需至少增加一架无人机进行转弯时的备份)；其三是基于任务需求，两架无人机与目标的视线角不能小于某一角度。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于任务的固定翼无人机弧形跑道编队航线规划方法，满足上述多机编队圆弧形航线规划要求，提高无人机编队执行干扰任务的有效性。

技术方案

一种基于任务的固定翼无人机弧形跑道编队航线规划方法，其特征在于：以无人机编队任务区域弧形跑道航线的参数为基础，考虑编队架次，引入跑道分解参数，快速规划出单机弧形跑道航线，步骤如下：

所述无人机编队任务区域弧形跑道航线的参数为：任务区域弧形跑道方位角θ

确定无人机编队架次n，以确定任务区域弧形跑道分解的个数；继而确定相邻单机弧形跑道方位角夹角θ的上下限，确定分解后的单机弧形跑道方位角及跑道圆心角；

基于参数及无人机编队任务要求，任务区域弧形跑道分解时需对相邻单机弧形跑道方位角夹角θ进行约束条件，确定相邻单机弧形跑道方位角夹角θ的上下限；

所述约束条件如下：

每个单机弧形跑道由任务区域弧形跑道分解如下：

其中，i表示第i个单机弧形跑道；θ

所述无人机编队时的任务需求为：

1)任意时刻仅允许1架无人机转弯掉头；

2)任意两架无人机与任务区域圆心连线的夹角不小于δ；

3)相邻两架无人机之间的距离不小于x

所述方位角夹角θ值的上下限出现不符合边界逻辑时，则修改参数：任务区域弧形跑道方位角；任务区域弧形跑道半圆心角；任务区域弧形跑道内弧半径；任务区域弧形跑道宽度。

所述不符合边界逻辑为：计算出的方位角夹角θ的上限小于下限。

一种用于固定翼无人机的电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述弧形跑道编队航线规划方法的步骤。

一种用于固定翼无人机的可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述弧形跑道编队航线规划方法的步骤。

有益效果

本发明提出的一种基于任务的固定翼无人机弧形跑道编队航线规划方法，在任务航线分解再规划的过程中，首先确定任务区域圆弧形跑道的相关参数，以明确任务区域位置，便于后续计算；其次是明确任务需要的无人机架次，该参数将直接决定任务区域弧形跑道被分解的个数；再次是明确分解后相邻两个单机弧形跑道的方位角夹角，该参数确定分解后单机弧形跑道的重叠区大小；最后是基于上述公式进行单机弧形跑道规划，以同时满足多无人机编队协同工作时载荷的工作特性及电子对抗的任务需求。

本发明的有益效果是：

1、基于多机编队任务区域确定的弧形跑道分解规划明确，参数设置简单明了；

2、规划的编队多机航线能有效避免无人机之间的碰撞，保障飞行安全；

3、有利于无人机快速进入任务航线，并保证有效飞行架次；

4、有利于地面操作手理解，提高航线规划时的效率和准确度；

5、适用于多架次无人机编队时的弧形跑道航线规划。

附图说明

图1为任务区域弧形跑道航线示意图。

O——任务区域弧形跑道圆心；

ON——正北向指示轴；

θ

θ

R——任务区域弧形跑道内弧半径；

D——任务区域弧形跑道宽度。

图2为示例任务区域弧形跑道示意图。

图3为示例五机编队弧形跑道分解示意图。

图4为任务区域弧形跑道分解流程图。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

为方便无人机多机编队协同工作时的任务航线规划，提高无人机编队执行干扰任务的有效性，简化航线规划时的多参数输入流程，应对空域变更、气象变化及航线调度调整，提高无人机地面操作手规划航线时的效率和准确度，本发明提出一种基于任务的无人机弧形跑道编队航线设计方法。该方法基于任务需求及编队架次，以现有单机弧形跑道参数和极简的调整参数对其进行合理分解，为编队内的每架无人机进行航线规划。

该方法的输入参数主要来源于任务确定的弧形跑道参数，同时跑道分解参数仅有一个，以控制单机跑道航线的疏密程度；跑道分解公式简洁明了，易于编程及后期优化；便于无人机操作手理解，减少紧急规划任务航线时的出错机率。

本发明的核心思想是：针对多机协同编队时的工作特性及任务需求，本发明提出，基于任务区域弧形跑道基础参数，以及编队架次和单机弧形跑道方位角夹角，对任务区域弧形跑道进行分解再规划，实现多架无人机在任务区域内的弧形跑道编队航线规划。

基于现有的无人机航线规划算法，本发明以编队任务区域弧形跑道航线的参数为基础，考虑编队架次，引入跑道分解参数，使其快速规划出单机弧形跑道航线。

如图1所示为任务区域弧形跑道示意图，其主要参数包括：任务区域弧形跑道方位角θ

步骤1：确定任务区域弧形跑道参数

确定任务区域，即明确任务区域弧形跑道圆心位置、任务区域弧形跑道方位角θ

本例中，任务区域弧形跑道圆心位置以任务所在位置(坐标原点)确定，具体如图2所示。

步骤2：确定编队无人机架次

确定编队无人机架次，即明确任务需要的编队无人机架数。通过无人机架数即可确定任务区域弧形跑道分解的个数，进一步获取相邻单机弧形跑道方位角夹角θ值的上下限。

无人机编队时的任务需求为：

(1)任意时刻最多仅有1架无人机转弯掉头；

(2)任意两架无人机与任务区域圆心连线的夹角不小于δ；

(3)相邻两架无人机之间的距离不小于x

步骤3：确定相邻单机弧形跑道方位角夹角θ

确定相邻单机弧形跑道方位角夹角θ，即根据任务区域弧形跑道方位角θ

若出现方位角夹角θ值的上下限不符合上下边界逻辑，如上限小于下限等情况，则根据任务适当修改上述相应参数，使其计算出的方位角夹角θ的上下限符合边界逻辑。

所述上述相应参数：任务区域弧形跑道方位角；任务区域弧形跑道半圆心角；任务区域弧形跑道内弧半径；任务区域弧形跑道宽度。

步骤4：规划单机弧形跑道编队航线

基于上述参数及无人机编队任务要求，任务区域弧形跑道分解时需对相邻单机弧形跑道方位角夹角θ进行约束，具体约束条件如下：

单机弧形跑道由任务区域弧形跑道分解所得，其数学描述如下：

其中，i表示第i个单机弧形跑道；θ

基于任务区域弧形跑道方位角θ

本例中，五机编队时，单机弧形跑道编队航线的方位角依次是θ

由上可知，本发明提出的基于任务的固定翼无人机弧形跑道编队航线规划方法，可快速完成多机编队时的任务航线规划，简化航线规划时的参数输入流程，有应对空域变更、气象变化及航线调度调整的能力，提高无人机地面操作手规划航线时的效率和准确度，有效减轻多机编队时任务航线规划的压力。具体流程如图4所示。