一种基于单人飞行器的班组飞行航迹规划方法技术

本发明专利技术公开了一种基于单人飞行器的班组飞行航迹规划方法，通过飞行任务分解及分配、飞行空间网格划分、障碍物规避、飞行路径规划及航迹可行性判断，实现对多人以班组为单位驾驶单人飞行器飞行、协同执行任务情况下的航迹规划，明确计算班组每位飞行员的飞行航迹及任务时间表，高效完成任务分工，提升班组飞行及执行任务的协同性、高效性和可靠性。高效性和可靠性。高效性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单人飞行器的班组飞行航迹规划方法


[0001]本专利技术属于微小型单人飞行器
，涉及一种基于单人飞行器的班组飞行航迹规划方法。

技术介绍

[0002]单人飞行器具有体积小、反应快、机动能力强、可快速越障等特点，可不受地形或海域限制，将物资或人员快速投送至特定区域遂行任务，因此较传统的车辆、轮船、飞机等装备在超近程跨复杂地/海/空域快速投送、快速到达等方面有明显优势。特别是当多人以班组为单位，分别驾驶单人飞行器协同执行特定任务时，通过飞行航迹规划，可显著提升物资及人力的快速投送及快速转移效率，提高任务完成效率，进而在城市救援、快速越障、特种作业、医疗救援、紧急转移等多类应用场景中发挥重要作用。
[0003]目前，多人驾驶飞行器共同执行任务过程存在路线冲突、相互碰撞以及携装设备重复、到达时间不明确等问题，国内尚无针对多人以班组为单位驾驶单人飞行器飞行、协同执行任务的航迹规划方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的技术解决问题：克服现有技术中的不足，本专利技术提出了一种基于单人飞行器的班组飞行航迹规划方法，进行飞行任务分解及分配、飞行空间网格划分、障碍物规避、飞行路径规划及航迹可行性判断，实现对多人以班组为单位驾驶单人飞行器飞行、协同执行任务情况下的航迹规划，提升班组飞行及执行任务的协同性、高效性和可靠性。
[0005]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0006]一种基于单人飞行器的班组飞行航迹规划方法包括：
[0007]对飞行班组接到的任务进行分解，确定待飞行距离、飞行班组当前位置，目的地位置，期望到达目的地的时间、途中需要执行的对地任务数量、每个对地任务的目标点位置、飞行班组飞行器数量；
[0008]进行对地任务分配，确定飞行班组内每个飞行器待执行的对地任务数量、飞行器执行各个对地任务的空间点位置；
[0009]建立飞行空间，对所述飞行空间进行网格划分，并将空间障碍物包络的边界点标记在飞行空间上，形成已标记的飞行空间；
[0010]基于已标记的飞行空间，确定每个飞行器的若干个已规避障碍物的航路点，形成每个飞行器的飞行轨迹，并对飞行轨迹进行可行性判断；
[0011]在所有飞行轨迹均具备可行性时，各条飞行轨迹作为班组执行任务的飞行轨迹。
[0012]优选的，建立飞行空间，包括：
[0013]根据飞行班组当前位置、目的地位置、对地任务的目标点位置，建立基于大地经纬度的二维平面；
[0014]计算二维平面的四个边界点在地心固连坐标系的坐标列阵，确定飞行空间在地面
的投影包络；再结合飞行班组执行任务预定的最大飞行高度，得到飞行空间。
[0015]优选的，以飞行班组当前位置的大地经纬度作为原点，以原点与目的地位置在大地经纬度上映射点之间的连线作为横轴，建立过原点垂直横轴的纵轴，并将所有对地任务的目标点在大地经纬度上映射点布置于坐标系上，形成基于大地经纬度的二维平面。
[0016]优选的，在二维平面上找到四个边界点，计算各个边界点在地心固连坐标系下的坐标列阵为：
[0017][0018]式中，为地球椭球体第一偏心率；(L
i
,B
i
)为边界点的大地经纬坐标；υ
e
为L
i
处的卯酉圈曲率半径，计算公式为：
[0019][0020]式中，a
e
＝6378.14km为地球椭球体第一半径。
[0021]优选的，对飞行空间进行网格划分的原则为：每位飞行器在单独的网格中飞行并执行对地任务，确保飞行器之间无干涉。
[0022]优选的，对每个飞行器的航路点及飞行轨迹进行规划，包括：根据执行对地任务的空间点位置、障碍物所在位置，航路点包括执行对地任务的空间点位置，各个航路点都在不同的空间网格中且规避障碍物；飞行航迹经过所述飞行器已确定的每一个航路点，飞行航迹中无途经障碍物、与其他飞行器之间无相互干涉。
[0023]优选的，判断飞行轨迹中的航路点是否规避障碍物，不会与障碍物碰撞：
[0024][0025][0026][0027][0028]式中，(L,B)为航路点的大地经纬度；障碍物在地面的最大投影包络整理为一个封闭四边形，为四个边界点的大地经纬度；
[0029]根据得到K1、K2、K3、K4，判断是否满足不等式方程组：
[0030][0031]如果航路点(L,B)满足不等式方程组，则所述航路点会与所述障碍物发生碰撞；否则，所述航路点不会与所述障碍物发生碰撞。
[0032]优选的，基于力平衡的角度，分别从竖直方向与水平方向进行飞行轨迹可行性分
析，若满足下方公式时，飞行轨迹具有可行性：
[0033][0034]式中，P为飞行器推力，α为飞行俯仰角，α
max
为提前设定的单人飞行器及飞行员可实现的最大俯仰角，C
N
,C
A
分别为法向力系数、轴向力系数，ρ为飞行高度处的空气密度，v为飞行速度，v
max
为提前设定的单人飞行器及飞行员可承受的最大飞行速度，m0为系统初始重量，为系统重量变化率，表示从初始时刻至t当前时刻系统重量的总减少量，包括对地投送的物品、采用燃油动力时的燃油消耗，g为重力加速度常数。
[0035]优选的，飞行班组内每个飞行器分配的待执行的对地任务数量为m为对地任务数量，n为飞行班组内飞行器数量，表示向下取整运算。
[0036]优选的，根据对地任务的目标点位置，飞行器执行所述对地任务的空间点位置是目标点位置正上方的预定高度处。
[0037]本专利技术相对于现有技术的有益技术效果是：
[0038](1)本专利技术能够在明确飞行任务距离、时间、对地任务、班组飞行人数等条件的情况下，通过飞行任务分解及分配、飞行空间网格划分、避障设计、航路点选取、航迹可行性分析等方法，快速规划出针对飞行班组每位成员的飞行航迹，为其执行飞行及对地任务提供航迹参考。在目前国内尚无针对基于单人飞行器的多人飞行班组航迹规划方法的背景下，本专利技术能够为飞行班组灵活、高效使用单人飞行器、协同执行飞行及对地任务提供航迹规划方法参考。
附图说明
[0039]图1为本专利技术一种基于单人飞行器的班组飞行航迹规划方法的流程图；
[0040]图2为本专利技术实施例由起始点、目标点和地面任务点构成的二维平面示意图；
[0041]图3为本专利技术实施例飞行班组飞行空间示意图；
[0042]图4为本专利技术实施例飞行班组飞行空间网格划分示意图；
[0043]图5为本专利技术实施例在飞行空间中布设障碍物示意图；
[0044]图6为本专利技术实施例航路点选择示意图；
[0045]图7为本专利技术实施例基于航路点的航迹设计示意图。
具体实施方式
[0046]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术公开的实施方式作进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单人飞行器的班组飞行航迹规划方法，其特征在于，包括：对飞行班组接到的任务进行分解，确定待飞行距离、飞行班组当前位置，目的地位置，期望到达目的地的时间、途中需要执行的对地任务数量、每个对地任务的目标点位置、飞行班组飞行器数量；进行对地任务分配，确定飞行班组内每个飞行器待执行的对地任务数量、飞行器执行各个对地任务的空间点位置；建立飞行空间，对所述飞行空间进行网格划分，并将空间障碍物包络的边界点标记在飞行空间上，形成已标记的飞行空间；基于已标记的飞行空间，确定每个飞行器的若干个已规避障碍物的航路点，形成每个飞行器的飞行轨迹，并对飞行轨迹进行可行性判断；在所有飞行轨迹均具备可行性时，各条飞行轨迹作为班组执行任务的飞行轨迹。2.根据权利要求1所述的一种基于单人飞行器的班组飞行航迹规划方法，其特征在于，建立飞行空间，包括：根据飞行班组当前位置、目的地位置、对地任务的目标点位置，建立基于大地经纬度的二维平面；计算二维平面的四个边界点在地心固连坐标系的坐标列阵，确定飞行空间在地面的投影包络；再结合飞行班组执行任务预定的最大飞行高度，得到飞行空间。3.根据权利要求2所述的一种基于单人飞行器的班组飞行航迹规划方法，其特征在于，以飞行班组当前位置的大地经纬度作为原点，以原点与目的地位置在大地经纬度上映射点之间的连线作为横轴，建立过原点垂直横轴的纵轴，并将所有对地任务的目标点在大地经纬度上映射点布置于坐标系上，形成基于大地经纬度的二维平面。4.根据权利要求2所述的一种基于单人飞行器的班组飞行航迹规划方法，其特征在于，在二维平面上找到四个边界点，计算各个边界点在地心固连坐标系下的坐标列阵为：式中，为地球椭球体第一偏心率；(L
i
,B
i
)为边界点的大地经纬坐标；υ
e
为L
i
处的卯酉圈曲率半径，计算公式为：式中，a
e
＝6378.14km为地球椭球体第一半径。5.根据权利要求1所述的一种基于单人飞行器的班组飞行航迹规划方法，其特征在于，对飞行空间进行网格划分的原则为：每位飞行器在单独的网格中飞行并执行对地任务，确保飞行器之间无干涉。6.根据权利要求1所述的一种基于单人飞行器的班组飞...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗悦，李巍，方海红，赵振杰，赵亮博，殷海鹏，张雪娇，张立坤，辛克浩，陈婧旖，赵志光，姚跃民，林鑫，苏峰，吴骁航，牛秦生，杨宇，张昱煜，秦绪国，李强，王林林，薛普，胡建，徐世杰，刘晓，闫月晖，郭珂，付梦思，张明星，吴乔，
申请(专利权)人：北京航天长征飞行器研究所，
类型：发明
国别省市：