带有辅助无人机的制导飞行器系统及制导方法与流程

本发明涉及制导飞行器的制导控制系统，具体涉及一种带有辅助无人机的制导飞行器系统及制导方法。

背景技术：

制导飞行器的种类繁多，功用各有不同，其中，较为成熟的制导飞行器中需要添加导引头，如激光导引头，在末制导段通过人工激光照射目标为飞行器提供精确的目标位置，从而进行制导，但是这样的飞行器自身成本较高，而且需要由人在靠近目标的位置照射激光，危险性较高；

如果去掉制导飞行器中的导引头，则能够大幅度降低飞行器的成本，这样的飞行器一般仅仅通过卫星信号进行制导，但是其自身难以获得精确的目标位置，而且目标的位置也可能是变化的，所以制导精度还有待提高，另外，事实上，目标周围很有可能是卫星信号的屏蔽区，当飞行器进入到该屏蔽区以后，无法通过卫星信号获知其自身的位置，更加无法进行制导控制。

由于上述原因，本发明人对现有的制导飞行器系统及制导方法做了深入研究，以期待设计出一种能够解决上述问题的新的制导飞行器系统及制导方法。

技术实现要素：

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种带有辅助无人机的制导飞行器系统，该系统包括朝向目标方向飞行的飞行器和位于目标周围一定区域内的无人机，通过所述无人机用于实时获得目标位置信息，并在发现飞行器以后，实时向飞行器传递目标位置信息及飞行器位置信息；述飞行器根据目标位置信息和飞行器位置信息生成制导指令，控制其自身飞向目标，即使目标在移动，飞行器也能够实时获得最新的目标位置信息，并且在必要的时候，无人机还可以为飞行器提供新的目标，从而完成本发明。

具体来说，本发明的目的在于提供一种带有辅助无人机的制导飞行器系统，该系统包括朝向目标方向飞行的飞行器1和位于目标周围一定区域内的无人机2，

所述无人机2用于实时获得目标位置信息，并在发现飞行器1以后，实时向飞行器传递目标位置信息及飞行器位置信息；

所述飞行器1能够接收无人机2传递出的信息，

所述飞行器1能够生成制导指令，控制其自身飞向目标。

其中，所述无人机位于目标附近的卫星信号屏蔽区之外，

在所述无人机上设置有卫星信号接收装置21、摄像头22、激光测距仪23和机载姿态测量模块24；

通过所述卫星信号接收装置21获知无人机自身的位置信息，

通过所述摄像头22捕获并跟踪目标，

通过所述激光测距仪23实时获知目标与无人机之间的距离，

通过所述机载姿态测量模块24实时获知目标相对于无人机所在的方向；

从而实时获知目标的位置信息。

其中，在所述无人机上还设置有雷达模块25，

通过所述雷达模块25发现飞行器1，并测算飞行器位置信息。

其中，在所述无人机上设置有数传电台26，

通过所述数传电台26向飞行器1传递目标位置信息及飞行器位置信息。

其中，在所述飞行器1上设置有卫星信号接收模块11，其用于实时获知飞行器1的位置信息，

在所述飞行器1中灌装有目标位置信息，

在所述飞行器1上还设置有制导控制模块12，

所述制导控制模块12用于根据目标位置信息和飞行器位置信息生成制导指令，控制其自身飞向目标。

其中，在所述飞行器1上设置有数传电台信息接收模块13，

通过所述数传电台信息接收模块13实时接收无人机2传递出的目标位置信息及飞行器位置信息。

其中，在所述飞行器1中还设置有丢星判断模块14，

通过所述丢星判断模块14判断是否丢星，

在未丢星时，将卫星信号接收模块11获得的飞行器位置信息传递给制导控制模块12用以生成制导指令；

在丢星时，将数传电台信息接收模块13接收的到的飞行器位置信息传递给制导控制模块12用以生成制导指令。

其中，在所述数传电台信息接收模块13接收到目标位置信息后，通过接收到的目标位置信息替换在所述飞行器1中灌装的目标位置信息，用以使得制导控制模块12生成制导指令。

其中，所述摄像头22还用于在飞行器着陆后继续捕获并跟踪目标，通过判断目标的毁伤情况，选择是否为其他飞行器更换目标位置信息。

本发明还提供一种制导飞行器的制导方法，该方法是通过如上文所述的制导飞行器系统实现的。

本发明所具有的有益效果包括：

(1)根据本发明提供的带有辅助无人机的制导飞行器系统中制导飞行器中无需额外的激光导引头等昂贵设备，该制导飞行器的生产成本较低；

(2)根据本发明提供的带有辅助无人机的制导飞行器系统中制导飞行器虽然利用成本相对较低的卫星信号进行制导，但是在目标周围有卫星信号屏蔽或者干扰的情况下依然可以命中目标；

(3)根据本发明提供的带有辅助无人机的制导飞行器系统及制导方法中，即使目标是可移动的，或者初始灌装到飞行器上的目标位置不准确，都能够命中目标；

(4)根据本发明提供的带有辅助无人机的制导飞行器系统及制导方法中，通过无人机捕获并且跟踪目标，能够根据目标的毁伤情况调整对其他飞行器的控制策略，若目标毁伤情况达到期望值，可以控制其他飞行器打击其他目标，若目标毁伤情况未达到期望值，可以控制其他飞行器再次打击该目标。

附图说明

图1示出根据本发明一种优选实施方式的带有辅助无人机的制导飞行器系统整体结构逻辑图；

图2示出根据本发明一种优选实施方式的带有辅助无人机的制导飞行器系统中目标点与无人机之间的相对角度示意图；

图3示出根据本发明一种优选实施方式的带有辅助无人机的制导飞行器系统中飞行器与无人机之间的相对角度示意图。

附图标号说明：

1-飞行器

11-卫星信号接收模块

12-制导控制模块

13-数传电台信息接收模块

14-丢星判断模块

2-无人机

21-卫星信号接收装置

22-摄像头

23-激光测距仪

24-机载姿态测量模块

25-雷达模块

26-数传电台

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

根据本发明提供的一种带有辅助无人机的制导飞行器系统，该系统包括朝向目标方向飞行的飞行器1和位于目标周围一定区域内的无人机2，

所述无人机2用于实时获得目标位置信息，并在发现飞行器1以后，实时向飞行器传递目标位置信息及飞行器位置信息；

所述飞行器1能够接收无人机2传递出的信息，

所述飞行器1能够生成制导指令，控制其自身飞向目标。

在一个优选的实施方式中，所述无人机位于目标附近的卫星信号屏蔽区之外，即无人机所在位置能够接收到卫星信号，从而能够获知无人机自身的位置信息，

在所述无人机上设置有卫星信号接收装置21、摄像头22、激光测距仪23和机载姿态测量模块24；

通过所述卫星信号接收装置21获知无人机自身的位置信息，

通过所述摄像头22捕获并跟踪目标，

通过所述激光测距仪23实时获知目标与无人机之间的距离，

通过所述机载姿态测量模块24实时获知目标相对于无人机所在的方向角度；

从而实时获知目标的位置信息。

优选地，目标位置的实时计算方法可以有多种，可以选择本领域中已知的计算方法进行计算，本申请中对此不做特别限定，

作为实施例，可以选用下述方法获知目标的位置信息：

如图2中所示，该图中以无人机所在位置为惯性坐标系的原点，点t表示探测到的目标所在位置，目标点与无人机之间的距离r可通过激光测距仪23获得，图中虚线为目标点与无人机所在点之间连线在x1-y1平面的投影，夹角δ和α都可通过机载姿态测量模块24获得，从而可以获知目标在惯性系下的坐标(xt,yt,zt)为(rsinα*sinδ，rsinα*cosδ，rcosα)。

本申请中所述的卫星信号接收装置21包括gps接收机、北斗接收机和glonass接收机中的一种或多种，gps接收机接收gps卫星信号，北斗接收机接收北斗卫星信号，glonass接收机接收glonass卫星信号，可以根据实际情况选择安装；

本申请中所述的摄像头22为本领域中已有的机载摄像头，能够完成目标捕获任务即可，本申请中对此不做特别限定；

本申请中所述的激光测距仪23为本领域中已有的激光测距仪，能够完成距离探测任务即可，本申请中对此不做特别限定；

本申请中所述的机载姿态测量模块24为本领域中已有的姿态测量模块，能够测量目标相对于无人机所在的方向角度即可，本申请中对此不做特别限定；

在一个优选的实施方式中，在所述无人机上还设置有雷达模块25，

通过所述雷达模块25发现飞行器1，并测算飞行器位置信息。所述雷达模块25用于探测目标位置与飞行器发射点之间的一段空域范围，当探测到体积小于设定值，飞行速度在150米每秒以上，且飞行方向为朝向目标所在位置的方向的飞行物时，即认定该飞行物为所述飞行器，并实时测算该飞行器的位置信息；

如图3中所示，该图中以无人机所在位置为惯性坐标系的原点，通过无人机上的卫星信号接收装置21获知无人机自身的位置信息，通过雷达模块25读取出无人机与飞行器之间的距离r、方位角q和飞行器的速度vm；从而能够通过雷达模块25测算飞行器位置信息。

本申请中所述的雷达模块可以选用本申请中已有的机载雷达，能够探测飞行器发射点与目标点之间的一段空域即可，如能够探测10～20km直径的范围即可，本申请中对此不做特别限定。

在一个优选的实施方式中，在所述无人机上设置有数传电台26，通过所述数传电台26向飞行器1传递目标位置信息及飞行器位置信息。

所述数传电台26与飞行器上对应的数传电台信息接收模块向配合，具有能够彼此识别的特定频段，其传输距离在20km以内即可，可以选用本领域中已有的数传电台，能够实现上述功能即可，本申请对此不做特别限定。

在一个优选的实施方式中，在所述飞行器1上设置有卫星信号接收模块11，其用于实时获知飞行器1的位置信息，

在所述飞行器1中灌装有目标位置信息，

在所述飞行器1上还设置有制导控制模块12，

所述制导控制模块12用于根据目标位置信息和飞行器位置信息生成制导指令，控制其自身飞向目标。

在飞行器起控后，根据目标位置信息和飞行器位置信息生成需用过载，再根据飞行器上的敏感元件获得的飞行器的滚转角生成舵偏指令，从而控制舵机打舵工作，使得飞行器飞向目标；其中，卫星信号接收模块11与设置在无人机中的卫星信号接收装置21在功能上基本一致，都是用来接收卫星信号，所述卫星信号接收模块11的在性能上要求更高，需要在较高转速的情况下进行卫星信号的接收处理工作，都可以选用本领域中已有的卫星信号接收设备。

本发明所述的制导控制模块12是飞行器上的核心计算芯片，可以选用现有技术中已有的计算芯片，本申请中对此不做特别限定。

在一个优选的实施方式中，在所述飞行器1上设置有数传电台信息接收模块13，

通过所述数传电台信息接收模块13实时接收无人机2传递出的目标位置信息及飞行器位置信息。

在一个优选的实施方式中，在所述飞行器1中还设置有丢星判断模块14，

通过所述丢星判断模块14判断是否丢星，

在未丢星时，将卫星信号接收模块11获得的飞行器位置信息传递给制导控制模块12用以生成制导指令；

在丢星时，将数传电台信息接收模块13接收的到的飞行器位置信息传递给制导控制模块12用以生成制导指令。

所述丢星判断模块14接收卫星信号，当所述接收到的卫星信号的星数低于设定值时，认为处于丢星状态；本发明中所述设定值可根据实际工况设定，可以为4-5，本发明中优选地设置为4；

优选地，所述丢星判断模块14可以是单独的计算芯片，也可以是集成到制导控制模块12上的一个子模块，可以根据具体需要进行设置，本申请中对此不做特别限定；

在一个优选的实施方式中，在所述数传电台信息接收模块13接收到目标位置信息后，通过接收到的目标位置信息替换在所述飞行器1中灌装的目标位置信息，用以使得制导控制模块12生成制导指令。即在无人机捕获到飞行器以后，飞行器的目标位置信息就是实时更新的，即可以确保在目标移动的情况下命中目标，还能够修正初始时灌装在飞行器上的目标位置信息的偏差，当多个飞行器依次朝向目标方向飞行时，也能够及时调整后续飞行器改换其他目标，以使得飞行器的利用效率最大化。

在一个优选的实施方式中，所述摄像头22还用于在飞行器着陆后继续捕获并跟踪目标，通过判断目标的毁伤情况，选择是否为其他飞行器更换目标位置信息。

其中，在所述无人机上任选地设置有毁伤评估模块和与地面站相连的信号传输模块，通过将目标的画面照片实时传递给地面站，或者实时传递给毁伤评估模块，分析是否还需要其他飞行器进一步攻击该目标，如果还需要攻击该目标，所述无人机后续给其他飞行器发送的目标位置信息仍然是该目标的位置信息，如果不再需要攻击该目标，所述无人机后续给其他飞行器发送的目标位置信息是其他目标的位置信息。

所述目标毁伤情况的判断可以有多种方式和原则，可以选择本领域中已有的方法和原则进行判断，作为最优选的实施例，可以通过获取目标点与飞行器真实着陆点之间的距离进行毁伤情况的判断，当该距离值小于设定值时，认为目标已被毁伤，可以攻击下一目标，当该距离值大于设定值时，认为未能命中目标，需要继续攻击该目标，所述设定值取决于飞行器的有效毁伤半径和目标种类进行确定，需要根据具体情况设置。

本发明还提供一种制导飞行器的制导方法，该方法是通过如上文所述的制导飞行器系统实现的，具体来说，该方法包括如下步骤：

步骤1，在飞行器发射前，在无人机中灌装目标图形及坐标信息，并控制无人机飞向目标；优选地，在无人机飞向目标的过程中实时监测卫星信号，当无人机丢失卫星信号时，立即控制无人机原路返回，确保无人机位于能够接收到卫星信号的空域中；

步骤2，无人机在临近目标位置8～15km范围内时，通过摄像头寻找捕获目标，并通过雷达模块寻找捕获飞行器；

步骤3，在无人机出发预定时间或者无人机获得目标位置信息后，飞行器从发射点起飞，飞向目标方向；

步骤4，无人机在摄像头22捕获目标后，通过卫星信号接收装置21、激光测距仪23和机载姿态测量模块24实时获知目标的位置信息；

步骤5，无人机在雷达模块发现飞行器以后，通过雷达模块获知飞行器位置信息，并通过数传电台26实时向飞行器1传递目标位置信息及飞行器位置信息；

步骤6，飞行器实时通过目标位置信息和飞行器位置信息生成制导指令，控制其自身飞向目标；

步骤7，在飞行器着陆后，所述无人机通过摄像头继续获得目标的外形照片，结合在飞行器着陆时刻，飞行器所在位置及目标所在位置，综合分析目标的毁伤情况；当目标的毁伤情况符合期望值时，所述无人机选择附近的其他目标的位置信息传递给后续的其他飞行器，当目标的毁伤情况不符合期望值时，所述无人机继续选择该目标的位置信息传递给后续的其他飞行器。

实验例：

为了验证本申请提供的带有辅助无人机的制导飞行器系统及制导方法具有良好的制导精度，能够在目标周围卫星信号屏蔽及目标运动的情况下命中目标，通过仿真实验的方式对该系统的可行性进行验证；

设定飞行器发射点距离目标点50km，目标点周围5km范围内不能接收到卫星信号，无人机在靠近发射点的方向，在距离目标点7km处悬停，目标以每秒10米的速度行进，无人机实时捕获到目标的位置信息，在飞行器距离目标30km时起控，在距离目标15km时被无人机捕获，进而接收到无人机传递来的目标位置信息和飞行器位置信息，此后实时更新目标位置信息，并且仍然通过飞行器上的卫星信号接收模块获得飞行器的位置信息，当飞行器进入到目标周围5km范围内，不能再接收到卫星信号以后，根据无人机传递来的飞行器位置信息进行制导，最终命中目标，该飞行器的圆概率误差为30米左右，降低目标的移动速度继续仿真实验，所得的圆概率误差能够进一步提高至10米左右。

通过该仿真实验能够说明本发明提供的带有辅助无人机的制导飞行器系统及制导方法能够在目标周围卫星信号屏蔽及目标运动的情况下命中目标。

以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。