一种海上大区域搜救无人机低空空域规划方法技术

本发明专利技术提出了一种海上大区域搜救无人机低空空域规划方法，包括以下步骤：步骤1，对搜救无人机进行编组，编组为最小任务组；步骤2，根据无人机工作方式，确定最小任务组中的无人机最优布局方法；步骤3，根据步骤2中所述的布局方法，确定协同定位覆盖区域；步骤4，根据最优布局方法和搜救区域形状，进行空域分配；步骤5，根据步骤4中的空域分配方案，规划无人机航线，完成搜救任务。本发明专利技术为海上大区域搜救无人机协同工作提供一种快速定量的低空空域规划设计方法，以满足测向定位，测向

【技术实现步骤摘要】
一种海上大区域搜救无人机低空空域规划方法


[0001]本专利技术涉及一种无人机空域规划方法，特别是一种海上大区域搜救无人机低空空域规划方法。

技术介绍

[0002]现代无人机技术的快速发展，给海上搜救的监视定位带来了快速解决方案，机载监视雷达因其良好的电磁传播性和较远的感知范围，对提高海上搜救体系的搜救能力具有重要作用，越来越受到人们的关注。随着机载无人机交通管理(UTM)系统的普及，无人机能够通过UTM实时交换监视信息，实现网络化组织运用，多个无人机通过低空空管基础网络构建动态感知体系，形成更强大的感知能力。因此，多无人机协同监视，目前已成为形成一致的低空飞行态势不可或缺的手段。
[0003]低空监视能力受制于无人机之间的空域配合关系，因此，低空空域规划必须为每个无人机分配合理的活动空域，才能满足多无人机协同执飞和机动性的需要。
[0004]无人机测量海上目标的电磁信号，通过UTM网络分发目标信号参数、方位信息和信号到达时间，进而解算目标的位置。根据传感器工作方式，目标的协同定位方式主要有三种：测向定位，测向
‑
测时差定位和测时差定位。其中，测向定位由最少两个平台构成协同任务组，通过测量目标方位，三角解算目标的位置；测向
‑
测时差定位由最少两个平台构成协同任务组，通过目标信号到达两个平台的时间差得一组双曲线和一个平台的测向信息，交叉解算确定目标的位置；测时差定位由最少三个平台构成协同任务组，通过两两平台的时差信息得两组组双曲线，交叉解算确定目标的位置。
[0005]在现有技术方案中，均未涉及测时差平台最优布局问题和协同空域规划设计问题。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种海上大区域搜救无人机低空空域规划方法。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种海上大区域搜救无人机低空空域规划方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1，对搜救无人机进行编组，编组为最小任务组；
[0009]步骤2，根据无人机工作方式，确定最小任务组中的无人机最优布局方法；
[0010]步骤3，根据步骤2中所述的布局方法，确定协同定位覆盖区域；
[0011]步骤4，根据最优布局方法和搜救区域形状，进行空域分配；
[0012]步骤5，根据步骤4中的空域分配方案，规划无人机航线，完成搜救任务。
[0013]进一步的，步骤1中所述的编组，具体方法包括：
[0014]所述无人机数量为三个以上，且采用测时差定位方式工作时，将其编组为无人机平台A、无人机平台B和无人机平台C；
[0015]所述无人机采用测向定位方式或测向测时差定位方式工作时，将其编组为无人机平台A和无人机平台B。
[0016]进一步的，步骤2中所述的确定最小任务组中的无人机最优布局方法，具体包括：
[0017]当所述无人机采用测向定位方式或测向测时差定位方式工作时，无人机平台A和无人机平台B采用直线布局方式，二者距离为D；
[0018]当所述无人机采用测时差定位方式工作时，无人机平台A、无人机平台B和无人机平台C采用等腰三角形布局，三角形的长边D
max
计算方法如下：
[0019][0020]其中，R
max
为无人机平台中单个传感器最大感知距离，θ为长边的对角。
[0021]进一步的，步骤3中所述的确定协同定位覆盖区域，即采用作图法确定，具体方法包括：
[0022]步骤3
‑
1，确定测向定位工作方式下的有效覆盖区域，即采用圆形作图法，确定有效覆盖区域：
[0023]以无人机平台A和无人机平台B的连线为轴线，二者距离D为边长，向两侧分别作等边三角形；以上述等边三角形的顶点为圆心，边长为半径作圆；上述两个圆的异或部分即非重叠部分，为测向定位工作方式下的有效覆盖区域；
[0024]步骤3
‑
2，确定测向测时差定位工作方式下的有效覆盖区域，具体如下：
[0025]以无人机平台A和无人机平台B的连线为轴线，二者距离D为边长，向两侧分别作等边三角形；以上述等边三角形的中心为圆心，作三角形的外接圆；两个圆的和区域，为测向测时差定位工作方式下的有效覆盖区域；
[0026]步骤3
‑
3，确定测时差定位工作方式下的有效覆盖区域，具体如下：
[0027]无人机平台A、无人机平台B和无人机平台C采用等腰三角形布局，该等腰三角形的长边为D，对角为θ，则测时差定位工作方式下的有效覆盖区域S是以A,B,C为圆心，R为半径的三个圆的三重叠区，半径R通过下式获得：
[0028][0029]且
[0030]R≤R
max
[0031]当半径R＝R
max
时，有效覆盖区域S为测时差定位的最大覆盖区。
[0032]进一步的，步骤4中所述的进行空域分配，即根据不同工作方式，确定无人机的最佳活动空域，具体方法包括：
[0033]步骤4
‑
1，确定测向定位工作方式下的无人机平台的最佳活动空域；
[0034]步骤4
‑
2，确定测向测时差工作方式下的无人机平台的最佳活动空域；
[0035]步骤4
‑
3，确定测时差工作方式下的无人机平台的最佳活动空域。
[0036]进一步的，步骤4
‑
1中所述的确定测向定位工作方式下的无人机平台的最佳活动空域，具体如下：
[0037]设无人机平台A和无人机平台B采用测向定位方式工作，对指定目标区域执行协同任务，所述无人机平台的最佳活动空域确定方法如下：
[0038]步骤4
‑1‑
1，以目标区域的中心Q为三角形的顶点，向接近无人机平台方向确定三角形底边的方向；
[0039]步骤4
‑1‑
2，以目标区域的外接圆的半径为边长作等边三角形ΔA
′
QB
′
；
[0040]步骤4
‑1‑
3，以为边长作等边三角形ΔAQB；
[0041]步骤4
‑1‑
4，上述两个三角形对应底角的连线分别为两个无人机平台的最优活动路线，对应区域即以所述最优活动路线为对角线的长方形区域为最佳活动空域；
[0042]步骤4
‑1‑
5，如果上述最佳活动空域与其他空域存在冲突，则围绕上述三角形顶点Q同步旋转两个三角形，直至解除冲突。
[0043]进一步的，步骤4
‑
2中所述的确定测向测时差工作方式下的无人机平台的最佳活动空域，具体如下：
[0044]设无人机平台A和无人机平台B采用测向测时差定位方式工作，对指定目标区域执行协任务，所述无人机平台的最佳活动空域确定方法如下：
[0045]步骤4
‑2‑
1，以目标区域的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海上大区域搜救无人机低空空域规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对搜救无人机进行编组，编组为最小任务组；步骤2，根据无人机工作方式，确定最小任务组中的无人机最优布局方法；步骤3，根据步骤2中所述的布局方法，确定协同定位覆盖区域；步骤4，根据最优布局方法和搜救区域形状，进行空域分配；步骤5，根据步骤4中的空域分配方案，规划无人机航线，完成搜救任务。2.根据权利要求1所述的海上大区域搜救无人机低空空域规划方法，其特征在于，步骤1中所述的编组，具体方法包括：所述无人机数量为三个以上，且采用测时差定位方式工作时，将其编组为无人机平台A、无人机平台B和无人机平台C；所述无人机采用测向定位方式或测向测时差定位方式工作时，将其编组为无人机平台A和无人机平台B。3.根据权利要求2所述的海上大区域搜救无人机低空空域规划方法，其特征在于，步骤2中所述的确定最小任务组中的无人机最优布局方法，具体包括：当所述无人机采用测向定位方式或测向测时差定位方式工作时，无人机平台A和无人机平台B采用直线布局方式，二者距离为D；当所述无人机采用测时差定位方式工作时，无人机平台A、无人机平台B和无人机平台C采用等腰三角形布局，三角形的长边D
max
计算方法如下：其中，R
max
为无人机平台中单个传感器最大感知距离，θ为长边的对角。4.根据权利要求3所述的海上大区域搜救无人机低空空域规划方法，其特征在于，步骤3中所述的确定协同定位覆盖区域，即采用作图法确定，具体方法包括：步骤3
‑
1，确定测向定位工作方式下的有效覆盖区域，即采用圆形作图法，确定有效覆盖区域：以无人机平台A和无人机平台B的连线为轴线，二者距离D为边长，向两侧分别作等边三角形；以上述等边三角形的顶点为圆心，边长为半径作圆；上述两个圆的异或部分即非重叠部分，为测向定位工作方式下的有效覆盖区域；步骤3
‑
2，确定测向测时差定位工作方式下的有效覆盖区域；步骤3
‑
3，确定测时差定位工作方式下的有效覆盖区域。5.根据权利要求4所述的海上大区域搜救无人机低空空域规划方法，其特征在于，步骤3
‑
2中所述的确定测向测时差定位工作方式下的有效覆盖区域，具体如下：以无人机平台A和无人机平台B的连线为轴线，二者距离D为边长，向两侧分别作等边三角形；以上述等边三角形的中心为圆心，作三角形的外接圆；两个圆的和区域，为测向测时差定位工作方式下的有效覆盖区域。
6.根据权利要求5所述的海上大区域搜救无人机低空空域规划方法，其特征在于，步骤3
‑
3中所述的确定测时差定位工作方式下的有效覆盖区域，具体如下：无人机平台A、无人机平台B和无人机平台C采用等腰三角形布局，该等腰三角形的长边为D，对角为θ，则测时差定位工作方式下的有效覆盖区域S是以A,B,C为圆心，R为半径的三个圆的三重叠区，半径R通过下式获得：且R≤R
max
当半径R＝R
max
时，有效覆盖区域S为测时差定位的最大覆盖区。7.根据权利要求6所述的海上大区域搜救无人机低空空域规划方法，其特征在于，步骤4中所述的进行空域分配，即根据不同工作方式，确定无人机的最佳活动空域，具体方法包括：步骤4
‑
1，确定测向定位工作方式下的无人机平台的最佳活动空域；步骤4
‑
2，确定测向测时差工作方式下的无人机平台的最佳活动空域；步骤4
‑
3，确定测时差工作方式下的无人机平台的最佳活动空域。8.根据权利要求7所述的海上大区域搜救无人机低空空域规划方法，其特征在于，步骤4
‑
1中所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文晶，崔袅，李涵越，
申请(专利权)人：常州海疆空天科技有限公司，
类型：发明
国别省市：