一种反无人机弹体发射方法与流程

本发明涉及无人机防御领域，特别是一种反无人机弹体发射方法。

背景技术：

随着无人机开发与制造成本的降低，无人机行业发展迅猛，民用无人机已经逐步应用到娱乐、物流、新闻、搜救、能源、遥感测绘等领域，越来越贴近普通民众的生活。然而，无人机给民众生活带来便利的同时，也带来了潜在的危险。无人机的无序甚至违法使用给社会和个人都带来了重大的安全隐患、隐私侵犯和潜在威胁，给社会安保带来了巨大的新挑战。

自古以来，有“矛”就有“盾”，针对无人机的防御措施也在逐步发展。其中，对黑飞无人机采取物理拦截，捕获，击落的方式因其直接性而有着较好的反无人机效果。采用物理反无人机方式，通常采用向目标无人机发射实现拦截、捕获和击落功能的弹体方式执行。对反制无人机成功率影响最大的因素是发射时的弹体朝向和弹体运动速度。由于发射弹体到弹体与无人机相遇有一段相遇时间，所以发射弹体时的弹体朝向并不直接指向目标无人机。通常的发射方式为根据跟踪结果瞄准目标无人机大致方向，发射时依靠经验预先估计无人机飞行轨迹调整弹体朝向；或者在视野范围内，直接根据人为经验估计相遇位置朝向相遇位置发射弹体。

上述发射弹体的对准方法均依靠人为经验，对于无人机飞行速度较快或者需要弹体飞行速度较快，都会影响对准精度，导致弹体发射失准，影响反制无人机成功率。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供定量确定无人机弹体发射角度，进而提高反无人机成功率的反无人机弹体发射方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种反无人机弹体发射方法，包括以下步骤：

S1，计算所述弹体与无人机相遇的空间位置；

S2，根据所述空间位置调整弹体对准方向，发射弹体。

进一步地，所述弹体为向无人机发射的拦截、捕获或摧毁装置。

优选地，所述弹体为网弹。

进一步地，步骤S1包括：

S1a，建立无人机运动方程和弹体运动方程；

S1b，联立目标运动方程和弹体运动方程，求解所述空间位置。

进一步地，发射弹体时对准所述空间位置即刻发射。

进一步地，步骤S1a还包括建立弹体动力学方程。

进一步地，所述弹体动力学方程为所述弹体运动方向的牛顿第二定律方程和阻力公式方程。

进一步地，建立无人机运动方程包括建立无人机速度模型，所述无人机速度模型包括匀速直线运动模型、匀加速直线运动模型或曲线运动模型。

进一步地，根据之前跟踪阶段捕捉的无人机运动特征，选用拟合度较高的无人机速度模型。

进一步地，建立弹体运动方程包括建立弹体速度模型，所述弹体速度模型包括匀速速度模型、匀加速速度模型或者，经过理论计算与试验分析得到的弹体飞行时间-距离对照表。

优选地，选用所述弹体飞行时间-距离对照表。

进一步地，所述弹体飞行时间-距离对照表理论计算与试验分析过程，以弹体质量、风阻大小为主要参考变量。

进一步地，根据从弹体发射时刻到弹体与无人机相遇的相遇时间内，相对运动距离为弹体发射时刻所述弹体与所述无人机之间的距离联立所述无人机运动方程和所述弹体运动方程。

进一步地，联立方程组可表示为：

方程组(1)中，t为相遇时刻，vl为弹体速度水平分量，VL为无人机速度水平分量，vh为弹体速度垂直分量，VH为无人机速度垂直分量，L、H分别为发射时刻无人机与弹体的水平相对距离和垂直相对距离。F弹体飞行过程中受到的合力大小，f为弹体飞行过程中受到的阻力大小，k风阻常数。

进一步地，采用迭代法求解相遇时刻和相遇位置。求解过程中，当无人机水平飞向弹体时，描述水平相对运动的方程取相加；反之，取相减。同理，当无人机垂直飞向弹体时，描述水平垂直运动的方程取相加；反之，取相减。

进一步地，以无人机飞行方向与水平方向记为θ，若θ<45°，描述垂直相对运动的方程省略无人机的垂直运动位移量。同理，若θ≥45°，描述水平相对运动的方程省略无人机的水平运动位移量。

进一步地，还可包括描述弹体运动的其他动力学方程，如法向过载方程。

进一步地，根据所述无人机和所述弹体同时到达相遇的所述空间位置联立所述无人机运动方程和所述弹体运动方程。

进一步地，联立方程组为：

方程组(2)中，Dq为弹体从发射到相遇点的距离矢量，D为弹体发射时刻无人机相对于弹体的距离矢量，S为相遇时间t内无人机的飞行的距离矢量，V为无人机的速度，f为弹体飞行时间相对于飞行距离的对应关系。

进一步地，f可由速度模型换算，也可由试验测得。

进一步地，求解过程中，将矢量方程转换为直角坐标系，方程组(2)转化到直角坐标系变为：

进一步地，采用快速迭代法求解相遇时间t，进而求得相遇空间位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明提供的无人机弹体发射方法，通过弹体从发射到与无人机相遇的延迟时间内无人机和弹体的运动学关系结合动力学特征，定量预测了弹体与无人机的相遇位置，为弹体发射角度提供了有力依据，有效提高了弹体反制无人机的成功率。速度建模和求解联立方程组的过程中，结合无人机运动的低空慢速特点和弹体飞行的动力学特征，提出了简化方案，兼顾了弹体反制无人机的准确率和运算速度。

附图说明：

图1为本发明实施例1弹体与无人机相遇运动关系示意图；

图2为本发明提供的无人机弹体发射方法流程图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

如图1所示，为从弹体发射到弹体与无人机相遇，弹体与无人相遇的运动矢量关系图。D为弹体发射时刻无人机相对弹体的距离，S为相遇时间段内无人机的运动距离矢量，Dq为相遇时间段内弹体的运动距离矢量。

一种反无人机弹体发射方法，如图2所示，包括以下步骤：

S1，计算所述弹体与无人机相遇的空间位置；

S2，根据所述空间位置调整弹体对准方向，发射弹体。

进一步地，所述相遇的空间位置包括非直接接触的弹体逼近无人机位置的逼近位置

进一步地，所述弹体为向无人机发射的拦截、捕获或摧毁装置。

优选地，所述弹体为网弹。

进一步地，发射弹体网弹时，对准的空间位置为逼近位置，所述网弹在所述逼近位置打开捕捉网。

进一步地，步骤S1包括：

S1a，建立无人机运动方程和弹体运动方程；

S1b，联立目标运动方程和弹体运动方程，求解所述空间位置。

进一步地，发射弹体时对准所述空间位置即刻发射。

进一步地，步骤S1a还包括建立弹体动力学方程。

进一步地，所述弹体动力学方程为所述弹体运动方向的牛顿第二定律方程和阻力公式方程。

进一步地，建立无人机运动方程包括建立无人机速度模型，所述无人机速度模型包括匀速直线运动模型、匀加速直线运动模型或曲线运动模型。

进一步地，根据之前跟踪阶段捕捉的无人机运动特征，选用拟合度较高的无人机速度模型。

进一步地，建立弹体运动方程包括建立弹体速度模型，所述弹体速度模型包括匀速速度模型、匀加速速度模型或者，经过理论计算与试验分析得到的弹体飞行时间-距离对照表。

优选地，选用所述弹体飞行时间-距离对照表。

进一步地，所述弹体飞行时间-距离对照表理论计算与试验分析过程，以弹体质量、风阻大小为主要参考变量。

进一步地，根据从弹体发射时刻到弹体与无人机相遇的相遇时间内，相对运动距离为弹体发射时刻所述弹体与所述无人机之间的距离联立所述无人机运动方程和所述弹体运动方程。

进一步地，联立方程组可表示为：

方程组(1)中，t为相遇时刻，vl为弹体速度水平分量，VL为无人机速度水平分量，vh为弹体速度垂直分量，VH为无人机速度垂直分量，L、H分别为发射时刻无人机与弹体的水平相对距离和垂直相对距离。F弹体飞行过程中受到的合力大小，f为弹体飞行过程中受到的阻力大小，k风阻常数。

进一步地，采用迭代法求解相遇时刻和相遇位置。求解过程中，当无人机水平飞向弹体时，描述水平相对运动的方程取相加；反之，取相减。同理，当无人机垂直飞向弹体时，描述水平垂直运动的方程取相加；反之，取相减。

进一步地，以无人机飞行方向与水平方向记为θ，若θ<45°，描述垂直相对运动的方程省略无人机的垂直运动位移量。同理，若θ≥45°，描述水平相对运动的方程省略无人机的水平运动位移量。

进一步地，还可包括描述弹体运动的其他动力学方程，如法向过载方程。

实施例2

实施例2提供一种无人机弹体发射方法，其与实施例1的区别在于，根据所述无人机和所述弹体同时到达相遇的所述空间位置联立所述无人机运动方程和所述弹体运动方程。

进一步地，联立方程组为：

方程组(2)中，Dq为弹体从发射到相遇点的距离矢量，D为弹体发射时刻无人机相对于弹体的距离矢量，S为相遇时间t内无人机的飞行的距离矢量，V为无人机的速度，f为弹体飞行时间相对于飞行距离的对应关系。

进一步地，f可由速度模型换算，也可由试验测得。

进一步地，求解过程中，将矢量方程转换为直角坐标系，方程组(2)转化到直角坐标系变为：

进一步地，采用快速迭代法求解相遇时间t，进而求得相遇空间位置。