申请/专利权人：中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所

申请日：2021-10-14

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN114138003B

主分类号：G05D1/46

分类号：G05D1/46

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2022.03.22#实质审查的生效;2022.03.04#公开

摘要：本发明提供了一种小型固定翼无人机双机协同区域侦察方法，基于时间同步的侦察区域划分策略，为保证侦察规划的快速性、可靠性，由双机编队中的主机执行统一规划，生成双机编队的完整航路，并完成任务点的分配；每架飞机独立自动执行各自的侦察航路，并实时反馈执行状态。本发明区域侦察规划实时性好、可靠性高，侦察计划可自动执行，具有较强的工程实现价值和较高的智能化水平，计算效率高、实时性好。

主权项：1.一种小型固定翼无人机双机协同区域侦察方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1：基于双机编队时间协同要求，考虑每架飞机的侦察效能，将侦察区域分割为两部分；具体步骤如下：小型固定翼无人机双机编队包括长机M和僚机W，在空中飞行时，无人机操作员对一凸多边形形状的侦察区域P实施编队协同侦察；该凸多边形区域顶点有n个，其中n≥3，凸多边形区域经纬度坐标按逆时针排列分别为λ1,φ1,λ2,φ2,…,λn,φn，凸多边形区域的面积为AP，无人机操作员将侦察区域P数据传送到长机M，设长机M当前经度为λM，纬度为φM，高度为HM，速度为VM，可用最小转弯半径为RM；僚机W当前经度为λW，纬度为φW，高度为HW，速度为VW，可用最小转弯半径为RW；长机M的侦察效能，即单位时间内能够侦察的区域面积为AM，僚机W的侦察效能，即单位时间内能够侦察的区域面积为AW；根据GJB6304-2008《2000中国大地测量系统》6.7.2中的高斯投影方法，将长机位置、僚机位置、凸多边形区域顶点位置转换到高斯投影平面直角坐标系中，长机位置、僚机位置、凸多边形区域顶点位置对应的坐标分别为xM,yM、xW,yW、xi,yi，其中1≤i≤n；编队协同执行任务需要在时间上协调一致，因此双机编队执行协同区域侦察时要做到两架飞机花费时间相同，根据每架飞机的侦察效能，将侦察区域P分割为面积分别为A1、A2的两部分，且满足： 长机携带的侦察传感器沿侦察方向视场角为αM，垂直于侦察方向视场角为βM，则长机侦察效能表示为： 僚机携带的侦察传感器沿侦察方向视场角为αW，垂直于侦察方向视场角为βW，则僚机侦察效能表示为： 由公式1可得面积分割比例为： 在侦察区域所有顶点中选择与长机位置最近的顶点Sxvs,yvs作为侦察区域分割起点，其中1≤vs≤n为侦察区域分割起点的序号；从序号为j＝vs+2的任务区域顶点开始，其中若j大于n，则对n取余；小于1，则取n，若满足公式5： 其中Avs_j为由序号为vs、vs+1、…、j的侦察区域顶点围成的多边形的面积，Aj_vs为由序号为j、j+1、…、vs的侦察区域顶点围成的多边形的面积；按公式5继续按逆时针顺序检查下一个任务区域顶点，直到找到序号为k的侦察区域的一个顶点，使得： 其中Avs_k为由序号为vs、vs+1、…、k的侦察区域顶点围成的多边形的面积，Ak_vs为由序号为k、k+1、…、vs的侦察区域顶点围成的多边形的面积，Avs_k-1为由序号为vs、vs+1、…、k-1的侦察区域顶点围成的多边形的面积，Ak-1_vs为由序号为k-1、k、…、vs的侦察区域顶点围成的多边形的面积；由公式6可知，在序号为k、k-1的两个任务区域顶点组成的边上，必然存在一点H，称之为分割点，Avs_H即是由序号为vs、vs+1、…、k-1的侦察区域顶点和点H围成的多边形pvs_H的面积，AH_vs是由点H和序号为k、k+1、…、vs的侦察区域顶点围成的多边形pH_vs的面积；采用二分搜索法寻找点H，得到点H的坐标；步骤2：完成侦察区域分割后，由长机计算双机的侦察计划，具体步骤为：长机待侦察区域为多边形pvs_H，僚机待侦察区域为多边形pH_vs，要求的侦察旁向重叠率为δ；以长机侦察计划计算为例，以扫雪式航线实现对区域覆盖，扫雪式往返方向平行于直线l，l由顶点vs与点H连线确定；扫雪式航段之间的距离为：Δd1＝2HMtanβM21-δ11设dvs_H为多边形pvs_H所有顶点中到直线l的最大距离，则扫雪式航段个数为： 根据平面几何，计算出每个扫雪式航段所在直线l1...lu与多边形pvs_H各条边分别有两个交点，设交点分别为考虑到飞机转弯对侦察效果的影响，将交点向外延伸距离ρ作为侦察计划L1的航路点，ρ取Δd1到2Δd1之间，设延伸后的航路点为将航路点按飞行顺序排列，即形成侦察计划L1；同理，计算僚机侦察计划L2；侦察计划L1、L2计算完成后，根据GJB6304-2008《2000中国大地测量系统》6.7.2中的高斯投影方法，将航路点转换为经纬度形式供飞行控制系统按照经纬度进行飞行；步骤3：每架飞机自动执行各自的侦察计划，并实时计算侦察计划执行进度；按以下步骤计算：长机将侦察计划L2通过无线数据链路发送给僚机，双机编队自动根据侦察计划执行区域侦察任务，在任务执行过程中，每架飞机实时计算计划执行进度，并反馈给操作员；以长机为例，侦察计划L1的总长度为： 其中ωv,v+1为第v个航点和第v+1航点之间的距离； 在每个航电周期，按以下步骤计算计划执行进度：a从飞机的飞行控制系统获取到点TxL1_t,yL1_t，其中t为到点在侦察计划L1中的航点序号，计算当前飞机位置xMc,yMc与到点T的距离： b计算剩余侦察计划的长度： c计划执行进度按照下式计算 当η1≥100％时，侦察计划L1执行完成；同理，计算僚机侦察计划L2的执行进度η2，当η2≥100％时，侦察计划L2执行完成；侦察计划L1执行完成且侦察计划L2执行完成，此次双机协同区域侦察任务完成。

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