專利名稱：一種無(wú)人機(jī)航路規(guī)劃方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)仿真技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無(wú)人機(jī)航路規(guī)劃方法及裝置。
背景技術(shù)：
無(wú)人機(jī)仿真在攻防對(duì)抗仿真中具有重要地位。無(wú)人機(jī)仿真主要是指對(duì)無(wú)人機(jī)的航 路規(guī)劃和飛行狀態(tài)進(jìn)行仿真。在大規(guī)模的攻防對(duì)抗仿真中，一方面要保證仿真系統(tǒng)與實(shí)際 系統(tǒng)在功能上基本相似，以保證仿真結(jié)果的可信性，另一方面要保證仿真系統(tǒng)盡量簡(jiǎn)單可 靠，以保證仿真系統(tǒng)能夠在計(jì)算機(jī)上高效運(yùn)行。由于現(xiàn)有技術(shù)對(duì)無(wú)人機(jī)仿真的研究主要集 中在理論方面，包括無(wú)人機(jī)控制算法、導(dǎo)航算法、路徑尋優(yōu)算法等，并且現(xiàn)有技術(shù)中有關(guān)無(wú) 人機(jī)的航路規(guī)劃理論和仿真理論的研究大多過(guò)于復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)，不能滿足大規(guī)模攻防對(duì) 抗仿真的需求。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供一種無(wú)人機(jī)航路規(guī)劃方法及裝置，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的無(wú)人 機(jī)航路規(guī)劃的理論研究過(guò)于復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題。
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種無(wú)人機(jī)航路規(guī)劃方法，包括
接收偵察指示,該偵察指示至少包括無(wú)人機(jī)的起飛點(diǎn)坐標(biāo)、偵察區(qū)域坐標(biāo)、偵察圖 像指標(biāo)、結(jié)束偵察時(shí)間；
根據(jù)偵察圖像指標(biāo)確定偵察條帶寬度；
根據(jù)該無(wú)人機(jī)的起飛點(diǎn)坐標(biāo)、偵察區(qū)域坐標(biāo)、結(jié)束偵察時(shí)間和偵察條帶寬度按照 最短航線原則確定進(jìn)入點(diǎn)坐標(biāo)和偵察飛行航線。
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種無(wú)人機(jī)航路規(guī)劃裝置，包括
接收模塊，用于接收偵察指示，該偵察指示至少包括無(wú)人機(jī)的起飛點(diǎn)坐標(biāo)、偵察區(qū) 域坐標(biāo)、偵察圖像指標(biāo)、結(jié)束偵察時(shí)間；
條帶模塊，用于根據(jù)偵察圖像指標(biāo)確定偵察條帶寬度；
確定模塊，用于根據(jù)該無(wú)人機(jī)的起飛點(diǎn)坐標(biāo)、偵察區(qū)域坐標(biāo)、結(jié)束偵察時(shí)間和偵察 條帶寬度按照最短航線原則確定進(jìn)入點(diǎn)坐標(biāo)和偵察飛行航線。
本發(fā)明實(shí)施例中的僅通過(guò)偵察指示中的各項(xiàng)指標(biāo)，就可以獲取偵察區(qū)域的偵察條 帶寬度，進(jìn)而結(jié)合最短航線原則確定無(wú)人機(jī)的偵察飛行航線，易于實(shí)現(xiàn)，并且無(wú)人機(jī)根據(jù)規(guī) 劃的航路能夠在最短的時(shí)間內(nèi)完成偵察任務(wù)，簡(jiǎn)單實(shí)用。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例中針對(duì)無(wú)人機(jī)規(guī)劃的總的飛行航線示意圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的無(wú)人機(jī)航路規(guī)劃方法步驟流程圖3為本發(fā)明實(shí)施例中在以JO作為進(jìn)入點(diǎn)為例的一種情況下的偵察飛行航線的 示意圖4為本發(fā)明實(shí)施例中在以J4作為進(jìn)入點(diǎn)為例的一種情況下的偵察飛行航線的 示意圖;
圖5為本發(fā)明實(shí)施例中偵察條帶方向與CF邊一致時(shí)的一種情況下的偵察飛行航 線的示意圖
圖6為本發(fā)明實(shí)施例中無(wú)人機(jī)從短邊CF的進(jìn)入點(diǎn)JO進(jìn)入偵察區(qū)域的偵察飛行航
線的示意圖
圖7為本發(fā)明實(shí)施例中的偵察坐標(biāo)系示意圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例中的無(wú)人機(jī)航路規(guī)劃裝置示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明實(shí)施例基于航路規(guī)劃知識(shí)、相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)以及飛行控制理論提出了一種無(wú)人機(jī)航路規(guī)劃仿真方法，該方法僅通過(guò)偵察指示中的各項(xiàng)指標(biāo)，就可以獲取偵察區(qū)域的偵察條帶寬度，進(jìn)而結(jié)合最短航線原則確定無(wú)人機(jī)的偵察飛行航線，易于實(shí)現(xiàn)，并且無(wú)人機(jī)根據(jù)規(guī)劃的航路能夠在最短的時(shí)間內(nèi)完成偵察任務(wù)，簡(jiǎn)單實(shí)用。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例中針對(duì)無(wú)人機(jī)規(guī)劃的總的飛行航線示意圖。無(wú)人機(jī)在偵察時(shí)總的飛行航線可分成兩部分，第一部分是從起飛點(diǎn)到偵察區(qū)域之間的航線，第二部分是指到無(wú)人機(jī)在預(yù)設(shè)的偵察區(qū)域內(nèi)的偵察飛行航線。將無(wú)人機(jī)進(jìn)入偵察飛行區(qū)域的點(diǎn)稱作進(jìn)入點(diǎn)，離開(kāi)偵察飛行區(qū)域的點(diǎn)稱作離開(kāi)點(diǎn)。
在進(jìn)行無(wú)人機(jī)航路規(guī)劃時(shí)，為了簡(jiǎn)化處理過(guò)程，可把第一部分航線簡(jiǎn)化為直線段， 例如圖1中的OA線段，本發(fā)明實(shí)施例的第二部分航線中的偵察飛行航線可以但不限于采用圖1中的虛線的形式對(duì)偵察飛行航線進(jìn)行規(guī)劃，其中，dl、d2、d3的長(zhǎng)度均等于三分之一偵察條帶寬度，相鄰的兩個(gè)偵察條帶的重疊區(qū)域的寬度設(shè)定為八分之一條帶寬度，若d4寬度等于三分之一條帶寬度，則B點(diǎn)落在CF上，若d4寬度小于三分之一條帶寬度，則B點(diǎn)落在 DE的延長(zhǎng)線上。圖1中有3個(gè)偵察條帶，均是用陰影表示的矩形，依次為T(mén)dl、Td2和Td3， 本發(fā)明實(shí)施例可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整偵察區(qū)域中的偵察條帶個(gè)數(shù)和偵察條帶寬度。
本發(fā)明實(shí)施例中的無(wú)人機(jī)航路規(guī)劃方法步驟流程圖如圖2所示。
步驟201 :接收偵察指示。
偵察指示包括無(wú)人機(jī)的起飛點(diǎn)坐標(biāo)、偵察區(qū)域中心點(diǎn)坐標(biāo)、偵察區(qū)域坐標(biāo)、偵察圖像指標(biāo)、無(wú)人機(jī)的偵察飛行平均速度、結(jié)束偵察時(shí)間。
一般情況下，偵察區(qū)域的形狀為矩形。
偵察區(qū)域坐標(biāo)包括偵察區(qū)域中心點(diǎn)坐標(biāo)、第一邊長(zhǎng)、第二邊長(zhǎng)、態(tài)勢(shì)。
偵察圖像指標(biāo)至少包括偵察圖像分辨率和比例尺，其中，比例尺指?jìng)刹靾D像中的兩個(gè)相鄰像素點(diǎn)的中心之間的距離(或者一個(gè)像素點(diǎn)的直徑長(zhǎng)度)代表的實(shí)地距離。此時(shí)， 無(wú)人機(jī)的起飛點(diǎn)坐標(biāo)、偵察區(qū)域中心點(diǎn)坐標(biāo)等均是依據(jù)系統(tǒng)坐標(biāo)系定位的。
步驟202 :根據(jù)偵察圖像指標(biāo)確定偵察條帶寬度和平穩(wěn)飛行高度。
較佳地，在偵察圖像指標(biāo)至少包括偵察圖像分辨率和用以表征偵察圖像中的一個(gè)像素點(diǎn)的直徑長(zhǎng)度代表的實(shí)地距離長(zhǎng)度的比例尺時(shí)，根據(jù)偵察條帶寬度與比例尺以及偵察圖像分辨率中的列長(zhǎng)度的比例關(guān)系，確定偵察條帶寬度。
假設(shè)偵察圖像指標(biāo)表明偵察圖像分辨率為MLXMH像素，比例尺為α米，則在該比例尺下，偵察條帶寬度W可以但不限于通過(guò)下述公式計(jì)算
權(quán)利要求
1.一種無(wú)人機(jī)航路規(guī)劃方法，其特征在于，包括 接收偵察指示，所述偵察指示至少包括無(wú)人機(jī)的起飛點(diǎn)坐標(biāo)、偵察區(qū)域坐標(biāo)、偵察圖像指標(biāo)、結(jié)束偵察時(shí)間； 根據(jù)所述偵察圖像指標(biāo)確定偵察條帶寬度； 根據(jù)所述無(wú)人機(jī)的起飛點(diǎn)坐標(biāo)、所述偵察區(qū)域坐標(biāo)、所述結(jié)束偵察時(shí)間和所述偵察條帶寬度按照最短航線原則確定進(jìn)入點(diǎn)坐標(biāo)和偵察飛行航線。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述偵察圖像指標(biāo)確定偵察條帶寬度具體包括 在所述偵察圖像指標(biāo)至少包括偵察圖像分辨率和用以表征偵察圖像中的一個(gè)像素點(diǎn)的直徑長(zhǎng)度代表的實(shí)地距離長(zhǎng)度的比例尺時(shí)，根據(jù)所述偵察條帶寬度與所述比例尺以及所述偵察圖像分辨率中的列長(zhǎng)度的比例關(guān)系，確定偵察條帶寬度。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述偵察圖像指標(biāo)確定偵察條帶寬度之后，還包括 根據(jù)確定的偵察條帶寬度以及所述偵察區(qū)域坐標(biāo)確定偵察條帶的位置和數(shù)目。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)確定的偵察條帶寬度以及所述偵察區(qū)域坐標(biāo)確定偵察條帶的數(shù)目和位置，具體包括 確定相鄰偵察條帶的重疊區(qū)域的寬度與所述偵察條帶寬度的比值； 確定所述進(jìn)入點(diǎn)坐標(biāo)與最近頂點(diǎn)坐標(biāo)之間的距離與所述偵察條帶寬度的比值； 根據(jù)確定的偵察條帶寬度、所述相鄰偵察條帶的重疊區(qū)域的寬度，以及所述進(jìn)入點(diǎn)坐標(biāo)與最近頂點(diǎn)坐標(biāo)之間的距離，確定所述偵察條帶的數(shù)目和位置。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述相鄰偵察條帶的重疊區(qū)域的寬度與所述偵察條帶寬度的比值為1/8 ； 所述進(jìn)入點(diǎn)坐標(biāo)與最近頂點(diǎn)坐標(biāo)之間的距離為偵察條帶寬度的比值為1/3。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述無(wú)人機(jī)的起飛點(diǎn)坐標(biāo)、所述偵察區(qū)域坐標(biāo)和所述偵察條帶寬度按照最短航線原則確定進(jìn)入點(diǎn)坐標(biāo)，具體包括 根據(jù)所述無(wú)人機(jī)的起飛點(diǎn)坐標(biāo)、所述偵察區(qū)域坐標(biāo)和已確定的偵察條帶寬度確定N個(gè)待定進(jìn)入點(diǎn)坐標(biāo)； 根據(jù)確定的偵察條帶的數(shù)目和所述無(wú)人機(jī)的起飛點(diǎn)坐標(biāo)與進(jìn)入點(diǎn)坐標(biāo)的距離獲取N條飛行航線的長(zhǎng)度，選擇最短飛行航線對(duì)應(yīng)的待定進(jìn)入點(diǎn)坐標(biāo)作為正式進(jìn)入點(diǎn)坐標(biāo)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，根據(jù)確定的進(jìn)入點(diǎn)坐標(biāo)獲取對(duì)應(yīng)的偵察飛行航線，具體包括 分別確定每一個(gè)偵察條帶中的偵察路線的起點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)，以及所述無(wú)人機(jī)離開(kāi)偵察區(qū)域的離開(kāi)點(diǎn)坐標(biāo)； 將進(jìn)入點(diǎn)與第I條偵察路線的起點(diǎn)相連，將每條偵察路線的起點(diǎn)和終點(diǎn)相連，將第i條偵察路線的終點(diǎn)和第i+Ι條偵察路線的起點(diǎn)依次相連，以及將最后一條偵察路線的終點(diǎn)與離開(kāi)點(diǎn)相連，并將連接后的全部路線作為偵察飛行航線，其中，i為大于O小于偵察條帶數(shù)目的正整數(shù)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在根據(jù)所述無(wú)人機(jī)的起飛點(diǎn)坐標(biāo)、所述偵察區(qū)域坐標(biāo)、結(jié)束偵察時(shí)間和所述偵察條帶寬度按照最短航線原則確定進(jìn)入點(diǎn)坐標(biāo)和偵察飛行航線之后，還包括 根據(jù)確定的偵察飛行航線以及所述無(wú)人機(jī)的預(yù)設(shè)飛行速度獲取偵察飛行時(shí)間； 根據(jù)所述偵察飛行時(shí)間和所述結(jié)束偵察時(shí)間確定所述無(wú)人機(jī)的起飛時(shí)間。
9.如權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行航路規(guī)劃之后，還包括 獲取所述無(wú)人機(jī)的初始縱搖角和橫滾角，并根據(jù)所述無(wú)人機(jī)的預(yù)設(shè)速度，獲取無(wú)人機(jī)的初始航向角； 每隔一個(gè)預(yù)設(shè)的采樣步長(zhǎng)對(duì)無(wú)人機(jī)規(guī)劃的航路上的點(diǎn)進(jìn)行采樣，結(jié)合采樣步長(zhǎng)、高斯白噪聲抽樣值和所述無(wú)人機(jī)的預(yù)設(shè)速度，采用迭代方式分別獲取所述無(wú)人機(jī)在各個(gè)采樣點(diǎn)時(shí)的縱搖角和橫滾角； 根據(jù)所述采樣步長(zhǎng)、高斯白噪聲抽樣值以及所述無(wú)人機(jī)的預(yù)設(shè)速度，采用迭代方式分別獲取所述無(wú)人機(jī)在各個(gè)采樣點(diǎn)時(shí)的航向角和仿真總速度； 根據(jù)確定的所述無(wú)人機(jī)的縱搖角、橫滾角和航向角，結(jié)合所述無(wú)人機(jī)的初始位置信息，采用迭代方式獲取所述無(wú)人機(jī)在各個(gè)采樣點(diǎn)時(shí)的位置信息和速度。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在獲取所述無(wú)人機(jī)在當(dāng)前采樣點(diǎn)時(shí)的位置信息和速度后，還包括 根據(jù)所述無(wú)人機(jī)定位的圓概率誤差和測(cè)高誤差，獲取所述無(wú)人機(jī)輸出的定位信息、縱搖角、橫滾角和航向角。
11.一種無(wú)人機(jī)航路規(guī)劃裝置，其特征在于，包括 接收模塊，用于接收偵察指示，所述偵察指示至少包括無(wú)人機(jī)的起飛點(diǎn)坐標(biāo)、偵察區(qū)域坐標(biāo)、偵察圖像指標(biāo)、結(jié)束偵察時(shí)間； 條帶模塊，用于根據(jù)所述偵察圖像指標(biāo)確定偵察條帶寬度； 確定模塊，用于根據(jù)所述無(wú)人機(jī)的起飛點(diǎn)坐標(biāo)、所述偵察區(qū)域坐標(biāo)、所述結(jié)束偵察時(shí)間和所述偵察條帶寬度按照最短航線原則確定進(jìn)入點(diǎn)坐標(biāo)和偵察飛行航線。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述條帶模塊，具體用于 在所述偵察圖像指標(biāo)至少包括偵察圖像分辨率和用以表征偵察圖像中的一個(gè)像素點(diǎn)的直徑長(zhǎng)度代表的實(shí)地距離長(zhǎng)度的比例尺時(shí)，根據(jù)所述偵察條帶寬度與所述比例尺以及所述偵察圖像分辨率中的列長(zhǎng)度的比例關(guān)系，確定偵察條帶寬度。
13.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述條帶模塊，具體用于 根據(jù)確定的偵察條帶寬度以及所述偵察區(qū)域坐標(biāo)確定偵察條帶的位置和數(shù)目。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述條帶模塊，進(jìn)一步用于 確定相鄰偵察條帶的重疊區(qū)域的寬度與所述偵察條帶寬度的比值； 確定所述進(jìn)入點(diǎn)坐標(biāo)與最近頂點(diǎn)坐標(biāo)之間的距離與所述偵察條帶寬度的比值； 根據(jù)確定的偵察條帶寬度、所述相鄰偵察條帶的重疊區(qū)域的寬度，以及所述進(jìn)入點(diǎn)坐標(biāo)與最近頂點(diǎn)坐標(biāo)之間的距離，確定所述偵察條帶的數(shù)目和位置。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述條帶模塊，進(jìn)一步用于 確定所述相鄰偵察條帶的重疊區(qū)域的寬度與所述偵察條帶寬度的比值為1/8 ;所述進(jìn)入點(diǎn)坐標(biāo)與最近頂點(diǎn)坐標(biāo)之間的距離為偵察條帶寬度的比值為1/3。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述確定模塊，具體用于根據(jù)所述無(wú)人機(jī)的起飛點(diǎn)坐標(biāo)、所述偵察區(qū)域坐標(biāo)和已確定的偵察條帶寬度確定N個(gè)待定進(jìn)入點(diǎn)坐標(biāo)； 根據(jù)確定的偵察條帶的數(shù)目和所述無(wú)人機(jī)的起飛點(diǎn)坐標(biāo)與進(jìn)入點(diǎn)坐標(biāo)的距離獲取N條飛行航線的長(zhǎng)度，選擇最短飛行航線對(duì)應(yīng)的待定進(jìn)入點(diǎn)坐標(biāo)作為正式進(jìn)入點(diǎn)坐標(biāo)。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述確定模塊，進(jìn)一步用于 分別確定每一個(gè)偵察條帶中的偵察路線的起點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)，以及所述無(wú)人機(jī)離開(kāi)偵察區(qū)域的離開(kāi)點(diǎn)坐標(biāo)； 將進(jìn)入點(diǎn)與第I條偵察路線的起點(diǎn)相連，將每條偵察路線的起點(diǎn)和終點(diǎn)相連，將第i條偵察路線的終點(diǎn)和第i+Ι條偵察路線的起點(diǎn)依次相連，以及將最后一條偵察路線的終點(diǎn)與離開(kāi)點(diǎn)相連，并將連接后的全部路線作為偵察飛行航線，其中，i為大于O小于偵察條帶數(shù)目的正整數(shù)。
18.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，還包括 時(shí)間模塊，用于根據(jù)確定的偵察飛行航線以及所述無(wú)人機(jī)的預(yù)設(shè)飛行速度獲取偵察飛行時(shí)間；以及根據(jù)所述偵察飛行時(shí)間和所述結(jié)束偵察時(shí)間確定所述無(wú)人機(jī)的起飛時(shí)間。
19.如權(quán)利要求1f18中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，還包括仿真模塊，用于 獲取所述無(wú)人機(jī)的初始的縱搖角和橫滾角，并根據(jù)所述無(wú)人機(jī)的預(yù)設(shè)速度，獲取無(wú)人機(jī)的初始的航向角； 每隔一個(gè)預(yù)設(shè)的采樣步長(zhǎng)對(duì)無(wú)人機(jī)規(guī)劃的航路上的點(diǎn)進(jìn)行采樣，結(jié)合采樣步長(zhǎng)、高斯白噪聲抽樣值和所述無(wú)人機(jī)的預(yù)設(shè)速度，采用迭代方式分別獲取所述無(wú)人機(jī)在各個(gè)采樣點(diǎn)時(shí)的縱搖角和橫滾角； 根據(jù)所述采樣步長(zhǎng)、高斯白噪聲抽樣值以及所述無(wú)人機(jī)的預(yù)設(shè)速度，采用迭代方式分別獲取所述無(wú)人機(jī)在各個(gè)采樣點(diǎn)時(shí)的航向角和仿真總速度； 根據(jù)確定的所述無(wú)人機(jī)的縱搖角、橫滾角和航向角，結(jié)合所述無(wú)人機(jī)的初始位置信息，采用迭代方式獲取所述無(wú)人機(jī)在各個(gè)采樣點(diǎn)時(shí)的位置信息和速度。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，還包括 輸出仿真模塊，用于根據(jù)所述無(wú)人機(jī)定位的圓概率誤差和測(cè)高誤差，獲取所述無(wú)人機(jī)輸出的定位信息、縱搖角、橫滾角和航向角。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)人機(jī)航路規(guī)劃方法及裝置，該方法包括接收偵察指示，所述偵察指示至少包括無(wú)人機(jī)的起飛點(diǎn)坐標(biāo)、偵察區(qū)域坐標(biāo)、偵察圖像指標(biāo)、結(jié)束偵察時(shí)間；根據(jù)所述偵察圖像指標(biāo)確定偵察條帶寬度；根據(jù)所述無(wú)人機(jī)的起飛點(diǎn)坐標(biāo)、所述偵察區(qū)域坐標(biāo)、結(jié)束偵察時(shí)間和所述偵察條帶寬度按照最短航線原則確定進(jìn)入點(diǎn)坐標(biāo)和偵察飛行航線，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的無(wú)人機(jī)航路規(guī)劃的理論研究過(guò)于復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01C21/00GK103017753SQ20121043186
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月1日
發(fā)明者孫勇, 江金壽, 茹麗妙, 李瑞英, 黃丹, 孟紅, 王建峰, 李文偉, 李廣運(yùn), 薛姬榮, 李增路, 易中凱, 楊蔚青, 劇冬梅, 高亮, 馮源 申請(qǐng)人:中國(guó)兵器科學(xué)研究院