【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无人机飞行领域，具体地，涉及一种无人机集群协同工作的长滞空飞行优化方法和装置。
技术介绍
1、传统的小型无人机依赖自身动力实现飞行，但由于机身尺寸和载荷能力的限制，机载能源有限，限制了无人机的续航能力，长滞空飞行策略旨在通过对自然界滑翔和翱翔鸟类的飞行行为进行仿生，基于该策略设计的无人机可以借助自然界风的力量实现自主滑翔飞行，降低无人机自身动力的使用频率和功率，实现增加无人机航程和航时的能力；传统的小型无人机在高原地区会面对高原山地气流环境复杂、空气密度低、低温环境问题，对无人机的飞行稳定性、飞行性能、设备性能造成了极大的考验，长滞空飞行策略旨在通过主动利用自然界风场的力量，其中包含了垂直热气流、山地斜坡气流、对流天气和高原风等典型高原山地气流特征，基于长滞空飞行策略而设计的无人机拥有更好的高原山地环境飞行能力；
2、目前市面上的小型固定翼无人机的续航时件大都不超过6小时，这是因为受到机体大小和载荷能力的限制，导致无人机搭载的能源受到限制，有限的能源限制了无人机的滞空时间。通常提高固定翼无人机的续航时间方法有如下几种：其一，优化固定翼无人机的气动布局，使其拥有更加优异的气动性能；其二，采用机体表面铺设太阳能板辅助供电，增加电源的续航能力；其三，优化巡航段的航迹规划方法，使固定翼无人机始终处在最优巡航路径。但以上方法均不适用于高原山地环境下小型固定翼无人机的长滞空飞行。
3、青藏高原地区，秃鹫可以利用垂直热气流、山地斜坡气流、对流天气和高原风等典型高原山地气流实现长时间的盘旋、翱翔。通过研究总
4、因此，亟需一种无人机集群协同工作的长滞空飞行优化的技术方案，长滞空飞行策略可以依托无人机集群方案，可以实现更高效的气流探测和全空域气流模型建立，最终获得更优的长滞空飞行方案。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种无人机集群协同工作的长滞空飞行优化方法和装置，用于解决当前复杂地形环境下的无人机飞行滞空时间短的问题。
2、根据本专利技术第一方面，本专利技术请求保护一种无人机集群协同工作的长滞空飞行优化方法，其特征在于，包括步骤：
3、依据多个地理核心指标，构建多个特征气流模型库和无人机的典型飞行方案数据库；
4、无人机执行初始动力飞行，获得飞行初始航迹上的飞行指标数据并建立初始航迹气流模型；
5、将初始航迹气流模型与特征气流模型库进行比对，得到无人机的飞行初始航迹所在区域的气流模型特征；
6、基于空气的连续介质特性，以飞行初始航迹为基础，结合飞行初始航迹所在区域的气流模型特征，在空间方向进行插值建模，得到局部空域气流模型；
7、以局部空域气流模型为基础，与典型飞行方案数据库进行对照，获取无人机的在相应气流模型下的飞行方案数据，在局部空域的边界上规划出飞行方案；
8、通过扩展飞行、模型比对和动态插值建模，扩展局部空域气流模型的空域范围，将空域扩展与航线规划的迭代后构建出全空域气流模型；
9、基于全空域气流模型和无人机自身的飞行动力学模型，得到无人机长滞空的最优飞行方案，开展长滞空飞行；
10、将单架无人机扩展为无人机集群，通过无人机集群协同飞行，全面优化并获得更为精准的气流模型，获得更优的长滞空集群飞行方案，具体包括：
11、将单架无人机扩展为无人机集群，通过无人机集群协同飞行，全面优化并获得更为精准的气流模型，获得更优的长滞空集群飞行方案，具体包括：
12、无人机飞行的全空域内划分为多片局部空域，每一个局部空域具有一架无人机进行工作；
13、探测航迹气流，多架无人机之间通过信息交互的方式同时获取全空域内，不同局部空域的气流信息，增加气流探测效率；
14、每架无人机搭载机载电脑用于气流模型的参数化建模；
15、无人机集群激活容错机制，当部分无人机出现意外事故时，无人机集群的整体性能不受影响。
16、优选的，依据多个地理核心指标，构建多个特征气流模型库和无人机的典型飞行方案数据库，具体包括：
17、多个地理核心指标至少包括气压、风速、风向、温度、海拔高度、地形、边界条件；
18、多个特征气流模型库至少包括垂直热气流特征气流模型库、山地斜坡气流特征气流模型库、对流性天气特征气流模型库和高原季风特征气流模型库；
19、无人机的典型飞行方案至少包括长直滑翔、水平盘旋、斜面盘旋、螺旋飞行；
20、构建多个特征气流模型库，具体包括：
21、通过gis地理信息，对指定地形特征逆向建模，形成地形的三维数字模型，使用计算流体力学方法建立基于该指定地形的风场数字化模型，通过计算获取气流特征；
22、无人机的典型飞行方案数据库的构建，包括：
23、基于多个特征气流模型库测算无人机典型飞行方案的滞空效能，获得不同气流模型对无人机飞行的增益效果和无人机自身动力学性能，建立典型飞行方案数据库。
24、优选的，无人机执行初始动力飞行，获得飞行初始航迹上的飞行指标数据并建立初始航迹气流模型，具体包括：
25、飞行指标数据至少包括：aoa、aos、气压、风速、风向、温度、海拔高度、地形、边界条件；
26、由无人机搭载的航空气象探测设备和飞行传感器获得经过飞行初始航迹上的飞行指标数据；
27、使用计算机构建初始航迹气流模型。
28、优选的，基于空气的连续介质特性，以飞行初始航迹为基础，结合飞行初始航迹所在区域的气流模型特征，在空间方向进行插值建模，得到局部空域气流模型，具体包括：
29、根据无人机在飞行初始航迹上得到的所在区域的气流模型特征，利用空气的连续介质特性，向空间六个方向上使用数学差值建模的方法，拓展初始航迹气流模型的空间范围，获得局部空域气流模型。
30、优选的，以局部空域气流模型为基础，与典型飞行方案数据库进行对照，获取无人机的在相应气流模型下的飞行方案数据，在局部空域的边界上规划出飞行方案，具体包括：
31、依靠局部空域气流模型中的上升气流，托举无人机呈螺旋式上升；
32、当无人机上升至无法借助上升气流的空域时，无人机脱离上升气流，进行无动力滑翔，将重力势能转化为动能；
33、当无人机下降至一定高度时，再次利用上升气流进行飞行，之后，无人机借助自然风力飞行，没有使用自身动力或者降低自身动力的使用频率和使用功率。
34、优选的，通过扩展飞行、模型比对和动态插值建模，扩展局部空域气流模型的空域范围，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种无人机集群协同工作的长滞空飞行优化方法，其特征在于，包括步骤：
2.如权利要求1所述的一种无人机集群协同工作的长滞空飞行优化方法，其特征在于，所述依据多个地理核心指标，构建多个特征气流模型库和所述无人机的典型飞行方案数据库，具体包括：
3.如权利要求1所述的一种无人机集群协同工作的长滞空飞行优化方法，其特征在于，所述无人机执行初始动力飞行，获得飞行初始航迹上的飞行指标数据并建立初始航迹气流模型，具体包括：
4.如权利要求1所述的一种无人机集群协同工作的长滞空飞行优化方法，其特征在于，
5.如权利要求1所述的一种无人机集群协同工作的长滞空飞行优化方法，其特征在于，所述以局部空域气流模型为基础，与典型飞行方案数据库进行对照，获取无人机的在相应气流模型下的飞行方案数据，在局部空域的边界上规划出飞行方案，具体包括：
6.如权利要求1所述的一种无人机集群协同工作的长滞空飞行优化方法，其特征在于，所述通过扩展飞行、模型比对和动态插值建模，扩展所述局部空域气流模型的空域范围，将空域扩展与航线规划的迭代后构建出全空域气流模型，具
7.如权利要求1所述的一种无人机集群协同工作的长滞空飞行优化方法，其特征在于，所述基于所述全空域气流模型和所述无人机自身的飞行动力学模型，得到无人机长滞空的最优飞行方案，开展长滞空飞行，具体包括：
8.如权利要求1-7任意一项所述的一种无人机集群协同工作的长滞空飞行优化方法，其特征在于，所述无人机集群在滑翔过程进行列队，保证所述无人机之间的安全距离的同时，将最前方的无人机作为中心主机，形成中部凸出，左右侧边的无人机向左右方向排开且逐渐靠后的队形；
9.如权利要求8所述的一种无人机集群协同工作的长滞空飞行优化方法，其特征在于，所述动力余量包括位置互换前的动力余量和位置互换完成后的动力余量，作为中心主机的无人机选择与位置互换完成后动力余量最高的无人机进行位置互换，因此在进行位置互换的步骤之前还包括确定位置互换完成后动力余量最高的无人机，具体包括：
10.一种无人机集群协同工作的长滞空飞行优化装置，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种无人机集群协同工作的长滞空飞行优化方法，其特征在于，包括步骤：
2.如权利要求1所述的一种无人机集群协同工作的长滞空飞行优化方法，其特征在于，所述依据多个地理核心指标，构建多个特征气流模型库和所述无人机的典型飞行方案数据库，具体包括：
3.如权利要求1所述的一种无人机集群协同工作的长滞空飞行优化方法，其特征在于，所述无人机执行初始动力飞行，获得飞行初始航迹上的飞行指标数据并建立初始航迹气流模型，具体包括：
4.如权利要求1所述的一种无人机集群协同工作的长滞空飞行优化方法，其特征在于，
5.如权利要求1所述的一种无人机集群协同工作的长滞空飞行优化方法，其特征在于，所述以局部空域气流模型为基础，与典型飞行方案数据库进行对照，获取无人机的在相应气流模型下的飞行方案数据，在局部空域的边界上规划出飞行方案，具体包括：
6.如权利要求1所述的一种无人机集群协同工作的长滞空飞行优化方法，其特征在于，所述通过扩展飞行、模型比对和动态插值建模，扩展所述局部空域气流模型的空域范...
【专利技术属性】
技术研发人员：李吉，周尧明，李少伟，周龙，王坤，莫伟强，霍蔚峰，黄宏伟，赵恒，唐昊越，刘良，
申请(专利权)人：成都航空职业技术学院，
类型：发明
国别省市：
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