面向频谱测绘的无人机飞行路径自主规划装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种面向频谱测绘的无人机飞行路径自主规划装置方法，其中装置包括地面平台单元和无人机平台单元，地面平台单元用于计算无人机路径，将其转换成控制指令发送到无人机平台单元，并实时接收无人机平台单元采集到的频谱数据，无人机平台单元用于采集路径点处的频谱数据，并发送到地面平台单元。本发明专利技术面向频谱测绘的无人机飞行路径自主规划装置可以实现面向电磁频谱地图的无人机路径自主规划。同时本发明专利技术方法通过初始飞行估计辐射源位置，然后进一步规划飞行路径，不需要环境的先验信息知识，适用于面向频谱测绘的无人机路径自主规划。径自主规划。径自主规划。

【技术实现步骤摘要】
面向频谱测绘的无人机飞行路径自主规划装置及方法

：
[0001]本专利技术涉及面向频谱测绘的无人机飞行路径自主规划装置及方法，特别针对无人机在频谱测绘方面的应用，属于无线信息传输领域。

技术介绍
：
[0002]随着信息时代的飞速发展，电磁频谱作为一种重要的国家战略资源备受关注，也关乎国家信息化发展战略和信息化战争优势的确立。然而随着用户的增加，电磁频谱资源日益紧缺，非法用频也给电磁频谱管控带来了严峻挑战。为了有效利用频谱资源,加强对非法用频的管控，构建精确的电磁频谱地图十分重要。
[0003]近年来，随着无人机技术的发展，已被广泛应用于航拍、农业、植保等领域。其中，飞行路径规划技术作为无人机应用中的一个重要研究内容，包括根据路径规划算法实现最优路径的搜索，无人机避障以及无人机最短路径搜寻等。针对基于无人机的电磁频谱地图测绘领域，如何高效完成频谱地图测绘，如何以最优的飞行路径执行数据采集任务等是目前需要解决的一个重要问题。

技术实现思路
：
[0004]本专利技术是为了解决上述问题而提出的面向频谱测绘的无人机飞行路径自主规划方法及装置，通过先飞行采集数据估计辐射源位置，再对辐射源位置进行集中采集的方法，从而以较少的采集数据测绘出高精度的电磁频谱地图，该方法适用于未知环境的电磁频谱地图测绘。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：一种面向频谱测绘的无人机飞行路径自主规划装置，包括地面平台单元和无人机平台单元；
[0006]所述地面平台单元用于计算无人机路径，将其转换成控制指令发送到无人机平台单元，并实时接收无人机平台单元采集到的频谱数据，所述无人机平台单元用于采集路径点处的频谱数据，并发送到地面平台单元。
[0007].本专利技术还采用如下技术方案：一种面向频谱测绘的无人机飞行路径自主规划方法，包括如下步骤：
[0008]第一步，用户输入初始参数至地面平台单元的用户输入模块中，初始参数具体包括待测区域长度L和宽度W，无人机飞行高度H，频谱地图x轴方向分辨率
△
l和y轴方向分辨率
△
w；
[0009]第二步，路径计算模块根据用户输入的初始参数生成无人机的初始飞行路径，并将路径信息通过控制指令模块转换成控制指令发送到无人机平台单元的飞行控制模块中；
[0010]第三步，无人机平台单元的飞行控制模块收到控制指令模块发来的控制指令后，开始飞行并实时采集数据，通过数据采集模块将采集的频谱数据P
i
经由数据发送模块发送到地面平台单元数据接收模块；
[0011]第四步，地面平台单元的数据接收模块接收无人机平台单元的频谱数据，并传输
到数据补全模块，数据补全模块将其补全后传输到定位算法模块，定位算法模块据此估计获得n个辐射源的位置，记为并将其传输至路径计算模块；
[0012]第五步，路径计算模块1
‑
5接收到来自定位算法模块1
‑
4的辐射源位置信息后，根据初始平行路径的终点位置(x
e
,y
e
,z
e
)及上述信息计算出无人机的路径信息，包括辐射源的访问顺序以及绕着辐射源周围飞行的路径信息。
[0013]进一步地，第二步中生成初始飞行路径的具体实现步骤如下：
[0014]2.1).令无人机的初始位置为(x0,y0,z0)，初始移动方向沿着y轴负方向；
[0015]2.2).无人机沿着y轴运动，飞行路径的各点坐标记为(x,y,z)，计算方法如下：
[0016]x(t+1)＝x(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(26)
[0017]y(t+1)＝y(t)
±
d2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(27)
[0018]z(t+1)＝z(t)＝H
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(28)
[0019]其中，t+1时刻和t时刻分别表示下一个路径点跟当前路径点，d2＝
△
w，符号
“±”
表示,当无人机向y轴负方向运动时为
‑
，当无人机向y轴正方向运动时为+；当y(t+1)>W或y(t+1)<0时，无人机改变飞行方向为x轴正方向；
[0020]2.3).改变飞行方向后，无人机沿着x轴正方向运动，路径点坐标计算方法如下：
[0021]x(t+1)＝x(t)+d1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(29)
[0022]y(t+1)＝y(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(30)
[0023]z(t+1)＝z(t)＝H
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(31)
[0024]其中，d1＝
△
l，k＝L/4
·
△
l，记无人机开始沿x轴正方向运动时的坐标为(x1,y1,z1)，当满足x(t+1)
‑
x1>k
·
d1且y(t+1)<W
‑
y(t+1)时，无人机改变飞行方向为y轴正方向；当满足x(t+1)
‑
x1>k
·
d1且y(t+1)>W
‑
y(t+1)时，无人机改变飞行方向为y轴负方向；
[0025]2.4).重复2.2)
‑‑
2.3)步骤，直到无人机采集数据满足恢复阈值。
[0026]进一步地，第二步中生成初始飞行路径的具体实现步骤如下：第四步中辐射源定位的具体实现步骤如下：
[0027]4.1).数据补全模块收到频谱数据P
i
后，对数据进行补全，补全方法如下：
[0028][0029]其中，w
j
是权重系数，计算方法如下：
[0030][0031][0032][0033]式中，u＝1,2,3...，d(P,P
j
)表示待补全点与采样数据点的欧式距离，计算方法如下：
[0034][0035]4.2).根据(4.1)中补全得出的频谱数据P计算最大路径损耗误差E
max
，计算方法如下：
[0036][0037]其中，和为任意两点的信号强度，为两点间路径损耗。
[0038]4.3).根据补全后的频谱数据P计算每个点的最小路径损耗误差E
min
，计算方法如下：
[0039][0040]其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向频谱测绘的无人机飞行路径自主规划装置，其特征在于：包括地面平台单元(1
‑
1)和无人机平台单元(1
‑
2)；所述地面平台单元(1
‑
1)用于计算无人机路径，将其转换成控制指令发送到无人机平台单元(1
‑
2)，并实时接收无人机平台单元(1
‑
2)采集到的频谱数据，所述无人机平台单元(1
‑
2)用于采集路径点处的频谱数据，并发送到地面平台单元(1
‑
1)。2.如权利要求1所述的面向频谱测绘的无人机飞行路径自主规划装置，其特征在于：所述地面平台单元(1
‑
1)包括用户输入模块(1
‑
3)、路径计算模块(1
‑
5)、定位算法模块(1
‑
4)、数据补全模块(1
‑
7)、数据接收模块(1
‑
8)以及控制指令模块(1
‑
6)，所述用户输入模块(1
‑
3)用于用户输入初始参数；所述路径计算模块(1
‑
5)，用于基于用户输入模块(1
‑
3)得到的用户的输入参数或者定位算法模块(1
‑
4)得到的辐射源位置计算出无人机的路径；所述定位算法模块(1
‑
4)，用于基于数据补全模块(1
‑
7)得到的频谱数据计算出辐射源的位置；所述数据补全模块(1
‑
7)，根据无人机平台单元(1
‑
2)采集得到的频谱数据补全得出整个频谱地图的频谱数据；所述数据接收模块(1
‑
8)，用于接收无人机平台单元(1
‑
2)发送过来的频谱数据；所述控制指令模块(1
‑
6)，用于基于路径计算模块(1
‑
5)得出的路径信息转换成控制指令发送到无人机平台单元(1
‑
2)。3.如权利要求2所述的面向频谱测绘的无人机飞行路径自主规划装置，其特征在于：所述无人机平台单元(1
‑
2)包括数据采集模块(1
‑
10)、数据发送模块(1
‑
11)、飞行控制模块(1
‑
9)，所述数据采集模块(1
‑
10)用于无人机飞行采集路径点上的频谱强度信息；所述数据发送模块(1
‑
11)，用于将数据采集模块(1
‑
10)采集到的频谱数据发送到地面平台单元(1
‑
1)；所述飞行控制模块(1
‑
9)，用于基于地面平台单元(1
‑
1)的控制指令控制无人机的飞行。4.一种面向频谱测绘的无人机飞行路径自主规划方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步，用户输入初始参数至地面平台单元(1
‑
1)的用户输入模块(1
‑
3)中，初始参数具体包括待测区域长度L和宽度W，无人机飞行高度H，频谱地图x轴方向分辨率
△
l和y轴方向分辨率
△
w；第二步，路径计算模块(1
‑
5)根据用户输入的初始参数生成无人机的初始飞行路径，并将路径信息通过控制指令模块(1
‑
6)转换成控制指令发送到无人机平台单元(1
‑
2)的飞行控制模块(1
‑
9)中；第三步，无人机平台单元(1
‑
2)的飞行控制模块(1
‑
9)收到控制指令模块(1
‑
6)发来的控制指令后，开始飞行并实时采集数据，通过数据采集模块(1
‑
10)将采集的频谱数据P
i
经由数据发送模块(1
‑
11)发送到地面平台单元(1
‑
1)数据接收模块(1
‑
8)；第四步，地面平台单元(1
‑
1)的数据接收模块(1
‑
8)接收无人机平台单元(1
‑
2)的频谱数据，并传输到数据补全模块(1
‑
7)，数据补全模块(1
‑
7)将其补全后传输到定位算法模块(1
‑
4)，定位算法模块(1
‑
4)据此估计获得n个辐射源的位置，记为并将其传输至路径计算模块(1
‑
5)；第五步，路径计算模块(1
‑
5)接收到来自定位算法模块(1
‑
4)的辐射源位置信息后，根据初始平行路径的终点位置(x
e
,y
e
,z
e
)及上述信息计算出无人机的路径信息，包括辐射源的访问顺序以及绕着辐射源周围飞行的路径信息。5.如权利要求4所述的面向频谱测绘的无人机飞行路径自主规划方法，其特征在于：第
二步中生成初始飞行路径的具体实现步骤如下：2.1).令无人机的初始位置为(x0,y0,z0)，初始移动方向沿着y轴负方向；2.2).无人机沿着y轴运动，飞行路径的各点坐标记为(x,y,...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱秋明，白云鹏，李婕，王洁，兰天旭，林志鹏，黄洋，仲伟志，吴启晖，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：