专利名称：一种无人机航路规划方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及无人机仿真技术领域，特别涉及一种无人机航路规划方法及装置。
背景技术：
无人机仿真在攻防对抗仿真中具有重要地位。无人机仿真主要是指对无人机的航 路规划和飞行状态进行仿真。在大规模的攻防对抗仿真中，一方面要保证仿真系统与实际 系统在功能上基本相似，以保证仿真结果的可信性，另一方面要保证仿真系统尽量简单可 靠，以保证仿真系统能够在计算机上高效运行。由于现有技术对无人机仿真的研究主要集 中在理论方面，包括无人机控制算法、导航算法、路径寻优算法等，并且现有技术中有关无 人机的航路规划理论和仿真理论的研究大多过于复杂，不易实现，不能满足大规模攻防对 抗仿真的需求。发明内容
本发明实施例提供一种无人机航路规划方法及装置，用以解决现有技术中的无人 机航路规划的理论研究过于复杂，不易实现的问题。
本发明实施例提供了一种无人机航路规划方法，包括
接收侦察指示,该侦察指示至少包括无人机的起飞点坐标、侦察区域坐标、侦察图 像指标、结束侦察时间；
根据侦察图像指标确定侦察条带宽度；
根据该无人机的起飞点坐标、侦察区域坐标、结束侦察时间和侦察条带宽度按照 最短航线原则确定进入点坐标和侦察飞行航线。
本发明实施例提供了一种无人机航路规划装置，包括
接收模块，用于接收侦察指示，该侦察指示至少包括无人机的起飞点坐标、侦察区 域坐标、侦察图像指标、结束侦察时间；
条带模块，用于根据侦察图像指标确定侦察条带宽度；
确定模块，用于根据该无人机的起飞点坐标、侦察区域坐标、结束侦察时间和侦察 条带宽度按照最短航线原则确定进入点坐标和侦察飞行航线。
本发明实施例中的仅通过侦察指示中的各项指标，就可以获取侦察区域的侦察条 带宽度，进而结合最短航线原则确定无人机的侦察飞行航线，易于实现，并且无人机根据规 划的航路能够在最短的时间内完成侦察任务，简单实用。
图1为本发明实施例中针对无人机规划的总的飞行航线示意图2为本发明实施例中的无人机航路规划方法步骤流程图3为本发明实施例中在以JO作为进入点为例的一种情况下的侦察飞行航线的 示意图4为本发明实施例中在以J4作为进入点为例的一种情况下的侦察飞行航线的 示意图;
图5为本发明实施例中侦察条带方向与CF边一致时的一种情况下的侦察飞行航 线的示意图
图6为本发明实施例中无人机从短边CF的进入点JO进入侦察区域的侦察飞行航
线的示意图
图7为本发明实施例中的侦察坐标系示意图；图8为本发明实施例中的无人机航路规划装置示意图。
具体实施方式
本发明实施例基于航路规划知识、相关数学知识以及飞行控制理论提出了一种无人机航路规划仿真方法，该方法仅通过侦察指示中的各项指标，就可以获取侦察区域的侦察条带宽度，进而结合最短航线原则确定无人机的侦察飞行航线，易于实现，并且无人机根据规划的航路能够在最短的时间内完成侦察任务，简单实用。
图1为本发明实施例中针对无人机规划的总的飞行航线示意图。无人机在侦察时总的飞行航线可分成两部分，第一部分是从起飞点到侦察区域之间的航线，第二部分是指到无人机在预设的侦察区域内的侦察飞行航线。将无人机进入侦察飞行区域的点称作进入点，离开侦察飞行区域的点称作离开点。
在进行无人机航路规划时，为了简化处理过程，可把第一部分航线简化为直线段， 例如图1中的OA线段，本发明实施例的第二部分航线中的侦察飞行航线可以但不限于采用图1中的虚线的形式对侦察飞行航线进行规划，其中，dl、d2、d3的长度均等于三分之一侦察条带宽度，相邻的两个侦察条带的重叠区域的宽度设定为八分之一条带宽度，若d4宽度等于三分之一条带宽度，则B点落在CF上，若d4宽度小于三分之一条带宽度，则B点落在 DE的延长线上。图1中有3个侦察条带，均是用阴影表示的矩形，依次为Tdl、Td2和Td3， 本发明实施例可以根据实际情况调整侦察区域中的侦察条带个数和侦察条带宽度。
本发明实施例中的无人机航路规划方法步骤流程图如图2所示。
步骤201 :接收侦察指示。
侦察指示包括无人机的起飞点坐标、侦察区域中心点坐标、侦察区域坐标、侦察图像指标、无人机的侦察飞行平均速度、结束侦察时间。
一般情况下，侦察区域的形状为矩形。
侦察区域坐标包括侦察区域中心点坐标、第一边长、第二边长、态势。
侦察图像指标至少包括侦察图像分辨率和比例尺，其中，比例尺指侦察图像中的两个相邻像素点的中心之间的距离(或者一个像素点的直径长度)代表的实地距离。此时， 无人机的起飞点坐标、侦察区域中心点坐标等均是依据系统坐标系定位的。
步骤202 :根据侦察图像指标确定侦察条带宽度和平稳飞行高度。
较佳地，在侦察图像指标至少包括侦察图像分辨率和用以表征侦察图像中的一个像素点的直径长度代表的实地距离长度的比例尺时，根据侦察条带宽度与比例尺以及侦察图像分辨率中的列长度的比例关系，确定侦察条带宽度。
假设侦察图像指标表明侦察图像分辨率为MLXMH像素，比例尺为α米，则在该比例尺下，侦察条带宽度W可以但不限于通过下述公式计算
权利要求
1.一种无人机航路规划方法，其特征在于，包括 接收侦察指示，所述侦察指示至少包括无人机的起飞点坐标、侦察区域坐标、侦察图像指标、结束侦察时间； 根据所述侦察图像指标确定侦察条带宽度； 根据所述无人机的起飞点坐标、所述侦察区域坐标、所述结束侦察时间和所述侦察条带宽度按照最短航线原则确定进入点坐标和侦察飞行航线。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述侦察图像指标确定侦察条带宽度具体包括 在所述侦察图像指标至少包括侦察图像分辨率和用以表征侦察图像中的一个像素点的直径长度代表的实地距离长度的比例尺时，根据所述侦察条带宽度与所述比例尺以及所述侦察图像分辨率中的列长度的比例关系，确定侦察条带宽度。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述侦察图像指标确定侦察条带宽度之后，还包括 根据确定的侦察条带宽度以及所述侦察区域坐标确定侦察条带的位置和数目。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据确定的侦察条带宽度以及所述侦察区域坐标确定侦察条带的数目和位置，具体包括 确定相邻侦察条带的重叠区域的宽度与所述侦察条带宽度的比值； 确定所述进入点坐标与最近顶点坐标之间的距离与所述侦察条带宽度的比值； 根据确定的侦察条带宽度、所述相邻侦察条带的重叠区域的宽度，以及所述进入点坐标与最近顶点坐标之间的距离，确定所述侦察条带的数目和位置。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述相邻侦察条带的重叠区域的宽度与所述侦察条带宽度的比值为1/8 ； 所述进入点坐标与最近顶点坐标之间的距离为侦察条带宽度的比值为1/3。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述无人机的起飞点坐标、所述侦察区域坐标和所述侦察条带宽度按照最短航线原则确定进入点坐标，具体包括 根据所述无人机的起飞点坐标、所述侦察区域坐标和已确定的侦察条带宽度确定N个待定进入点坐标； 根据确定的侦察条带的数目和所述无人机的起飞点坐标与进入点坐标的距离获取N条飞行航线的长度，选择最短飞行航线对应的待定进入点坐标作为正式进入点坐标。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，根据确定的进入点坐标获取对应的侦察飞行航线，具体包括 分别确定每一个侦察条带中的侦察路线的起点坐标和终点坐标，以及所述无人机离开侦察区域的离开点坐标； 将进入点与第I条侦察路线的起点相连，将每条侦察路线的起点和终点相连，将第i条侦察路线的终点和第i+Ι条侦察路线的起点依次相连，以及将最后一条侦察路线的终点与离开点相连，并将连接后的全部路线作为侦察飞行航线，其中，i为大于O小于侦察条带数目的正整数。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述无人机的起飞点坐标、所述侦察区域坐标、结束侦察时间和所述侦察条带宽度按照最短航线原则确定进入点坐标和侦察飞行航线之后，还包括 根据确定的侦察飞行航线以及所述无人机的预设飞行速度获取侦察飞行时间； 根据所述侦察飞行时间和所述结束侦察时间确定所述无人机的起飞时间。
9.如权利要求1 8中任一项所述的方法，其特征在于，在对无人机进行航路规划之后，还包括 获取所述无人机的初始纵摇角和横滚角，并根据所述无人机的预设速度，获取无人机的初始航向角； 每隔一个预设的采样步长对无人机规划的航路上的点进行采样，结合采样步长、高斯白噪声抽样值和所述无人机的预设速度，采用迭代方式分别获取所述无人机在各个采样点时的纵摇角和横滚角； 根据所述采样步长、高斯白噪声抽样值以及所述无人机的预设速度，采用迭代方式分别获取所述无人机在各个采样点时的航向角和仿真总速度； 根据确定的所述无人机的纵摇角、横滚角和航向角，结合所述无人机的初始位置信息，采用迭代方式获取所述无人机在各个采样点时的位置信息和速度。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在获取所述无人机在当前采样点时的位置信息和速度后，还包括 根据所述无人机定位的圆概率误差和测高误差，获取所述无人机输出的定位信息、纵摇角、横滚角和航向角。
11.一种无人机航路规划装置，其特征在于，包括 接收模块，用于接收侦察指示，所述侦察指示至少包括无人机的起飞点坐标、侦察区域坐标、侦察图像指标、结束侦察时间； 条带模块，用于根据所述侦察图像指标确定侦察条带宽度； 确定模块，用于根据所述无人机的起飞点坐标、所述侦察区域坐标、所述结束侦察时间和所述侦察条带宽度按照最短航线原则确定进入点坐标和侦察飞行航线。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述条带模块，具体用于 在所述侦察图像指标至少包括侦察图像分辨率和用以表征侦察图像中的一个像素点的直径长度代表的实地距离长度的比例尺时，根据所述侦察条带宽度与所述比例尺以及所述侦察图像分辨率中的列长度的比例关系，确定侦察条带宽度。
13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述条带模块，具体用于 根据确定的侦察条带宽度以及所述侦察区域坐标确定侦察条带的位置和数目。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述条带模块，进一步用于 确定相邻侦察条带的重叠区域的宽度与所述侦察条带宽度的比值； 确定所述进入点坐标与最近顶点坐标之间的距离与所述侦察条带宽度的比值； 根据确定的侦察条带宽度、所述相邻侦察条带的重叠区域的宽度，以及所述进入点坐标与最近顶点坐标之间的距离，确定所述侦察条带的数目和位置。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述条带模块，进一步用于 确定所述相邻侦察条带的重叠区域的宽度与所述侦察条带宽度的比值为1/8 ;所述进入点坐标与最近顶点坐标之间的距离为侦察条带宽度的比值为1/3。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述确定模块，具体用于根据所述无人机的起飞点坐标、所述侦察区域坐标和已确定的侦察条带宽度确定N个待定进入点坐标； 根据确定的侦察条带的数目和所述无人机的起飞点坐标与进入点坐标的距离获取N条飞行航线的长度，选择最短飞行航线对应的待定进入点坐标作为正式进入点坐标。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述确定模块，进一步用于 分别确定每一个侦察条带中的侦察路线的起点坐标和终点坐标，以及所述无人机离开侦察区域的离开点坐标； 将进入点与第I条侦察路线的起点相连，将每条侦察路线的起点和终点相连，将第i条侦察路线的终点和第i+Ι条侦察路线的起点依次相连，以及将最后一条侦察路线的终点与离开点相连，并将连接后的全部路线作为侦察飞行航线，其中，i为大于O小于侦察条带数目的正整数。
18.如权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括 时间模块，用于根据确定的侦察飞行航线以及所述无人机的预设飞行速度获取侦察飞行时间；以及根据所述侦察飞行时间和所述结束侦察时间确定所述无人机的起飞时间。
19.如权利要求1f18中任一项所述的装置，其特征在于，还包括仿真模块，用于 获取所述无人机的初始的纵摇角和横滚角，并根据所述无人机的预设速度，获取无人机的初始的航向角； 每隔一个预设的采样步长对无人机规划的航路上的点进行采样，结合采样步长、高斯白噪声抽样值和所述无人机的预设速度，采用迭代方式分别获取所述无人机在各个采样点时的纵摇角和横滚角； 根据所述采样步长、高斯白噪声抽样值以及所述无人机的预设速度，采用迭代方式分别获取所述无人机在各个采样点时的航向角和仿真总速度； 根据确定的所述无人机的纵摇角、横滚角和航向角，结合所述无人机的初始位置信息，采用迭代方式获取所述无人机在各个采样点时的位置信息和速度。
20.如权利要求19所述的装置，其特征在于，还包括 输出仿真模块，用于根据所述无人机定位的圆概率误差和测高误差，获取所述无人机输出的定位信息、纵摇角、横滚角和航向角。
全文摘要
本发明公开了一种无人机航路规划方法及装置，该方法包括接收侦察指示，所述侦察指示至少包括无人机的起飞点坐标、侦察区域坐标、侦察图像指标、结束侦察时间；根据所述侦察图像指标确定侦察条带宽度；根据所述无人机的起飞点坐标、所述侦察区域坐标、结束侦察时间和所述侦察条带宽度按照最短航线原则确定进入点坐标和侦察飞行航线，用以解决现有技术中的无人机航路规划的理论研究过于复杂，不易实现的问题。
文档编号G01C21/00GK103017753SQ20121043186
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月1日 优先权日2012年11月1日
发明者孙勇, 江金寿, 茹丽妙, 李瑞英, 黄丹, 孟红, 王建峰, 李文伟, 李广运, 薛姬荣, 李增路, 易中凯, 杨蔚青, 剧冬梅, 高亮, 冯源 申请人:中国兵器科学研究院