一种小型固定翼无人机双机协同区域侦察方法与流程

技术特征：
1.一种小型固定翼无人机双机协同区域侦察方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1：基于双机编队时间协同要求，考虑每架飞机的侦察效能，将侦察区域分割为两部分；具体步骤如下：小型固定翼无人机双机编队包括长机m和僚机w，在空中飞行时，无人机操作员对一凸多边形形状的侦察区域p实施编队协同侦察；该凸多边形区域顶点有n个，其中n≥3，凸多边形区域经纬度坐标按逆时针排列分别为(λ1,φ1),(λ2,φ2),
…
,(λ
n
,φ
n
)，凸多边形区域的面积为a
p
，无人机操作员将侦察区域p数据传送到长机m，设长机m当前经度为λ
m
，纬度为φ
m
，高度为h
m
，速度为v
m
，可用最小转弯半径为r
m
；僚机w当前经度为λ
w
，纬度为φ
w
，高度为h
w
，速度为v
w
，可用最小转弯半径为r
w
；长机m的侦察效能，即单位时间内能够侦察的区域面积为a
m
，僚机w的侦察效能，即单位时间内能够侦察的区域面积为a
w
；根据gjb 6304-2008《2000中国大地测量系统》6.7.2中的高斯投影方法，将长机位置、僚机位置、凸多边形区域顶点位置转换到高斯投影平面直角坐标系中，长机位置、僚机位置、凸多边形区域顶点位置对应的坐标分别为(x
m
,y
m
)、(x
w
,y
w
)、(x
i
,y
i
)，其中1≤i≤n；编队协同执行任务需要在时间上协调一致，因此双机编队执行协同区域侦察时要做到两架飞机花费时间相同，根据每架飞机的侦察效能，将侦察区域p分割为面积分别为a1、a2的两部分，且满足：长机携带的侦察传感器沿侦察方向视场角为α
m
，垂直于侦察方向视场角为β
m
，则长机侦察效能表示为：僚机携带的侦察传感器沿侦察方向视场角为α
w
，垂直于侦察方向视场角为β
w
，则僚机侦察效能表示为：由公式(1)可得面积分割比例为：在侦察区域所有顶点中选择与长机位置最近的顶点s(x
vs
,y
vs
)作为侦察区域分割起点，其中1≤vs≤n为侦察区域分割起点的序号；从序号为j＝(vs 2)的任务区域顶点开始，其中若j大于n，则对n取余；小于1，则取n，若满足公式(5)：其中a
vs_j
为由序号为vs、vs 1、
…
、j的侦察区域顶点围成的多边形的面积，a
j_vs
为由序号为j、j 1、
…
、vs的侦察区域顶点围成的多边形的面积；按公式(5)继续按逆时针顺序检查下一个任务区域顶点，直到找到序号为k的侦察区域的一个顶点，使得：
其中a
vs_k
为由序号为vs、vs 1、
…
、k的侦察区域顶点围成的多边形的面积，a
k_vs
为由序号为k、k 1、
…
、vs的侦察区域顶点围成的多边形的面积，a
vs_k-1
为由序号为vs、vs 1、
…
、k-1的侦察区域顶点围成的多边形的面积，a
k-1_vs
为由序号为k-1、k、
…
、vs的侦察区域顶点围成的多边形的面积；由公式(6)可知，在序号为k、k-1的两个任务区域顶点组成的边上，必然存在一点h，称之为分割点，a
vs_h
即是由序号为vs、vs 1、
…
、k-1的侦察区域顶点和点h围成的多边形p
vs_h
的面积，a
h_vs
是由点h和序号为k、k 1、
…
、vs的侦察区域顶点围成的多边形p
h_vs
的面积；采用二分搜索法寻找点h，得到点h的坐标；步骤2：完成侦察区域分割后，由长机计算双机的侦察计划，具体步骤为：长机待侦察区域为多边形p
vs_h
，僚机待侦察区域为多边形p
h_vs
，要求的侦察旁向重叠率为δ；以长机侦察计划计算为例，以扫雪式航线实现对区域覆盖，扫雪式往返方向平行于直线l，l由顶点vs与点h连线确定；扫雪式航段之间的距离为：δd1＝2h
m
tan(β
m
/2)(1-δ)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)设d
vs_h
为多边形p
vs_h
所有顶点中到直线l的最大距离，则扫雪式航段个数为：根据平面几何，计算出每个扫雪式航段所在直线l1...l
u
与多边形p
vs_h
各条边分别有两个交点，设交点分别为考虑到飞机转弯对侦察效果的影响，将交点向外延伸距离ρ作为侦察计划l1的航路点，ρ取δd1到2δd1之间，设延伸后的航路点为之间，设延伸后的航路点为将航路点将航路点按飞行顺序排列，即形成侦察计划l1；同理，计算僚机侦察计划l2；侦察计划l1、l2计算完成后，根据gjb 6304-2008《2000中国大地测量系统》6.7.2中的高斯投影方法，将航路点转换为经纬度形式供飞行控制系统按照经纬度进行飞行；步骤3：每架飞机自动执行各自的侦察计划，并实时计算侦察计划执行进度；按以下步骤计算：
长机将侦察计划l2通过无线数据链路发送给僚机，双机编队自动根据侦察计划执行区域侦察任务，在任务执行过程中，每架飞机实时计算计划执行进度，并反馈给操作员；以长机为例，侦察计划l1的总长度为：其中ω
v,v 1
为第v个航点和第v 1航点之间的距离；在每个航电周期，按以下步骤计算计划执行进度：a)从飞机的飞行控制系统获取到点t(x
l1_t
,y
l1_t
)，其中t为到点在侦察计划l1中的航点序号，计算当前飞机位置(x
mc
,y
mc
)与到点t的距离：b)计算剩余侦察计划的长度：c)计划执行进度按照下式计算当η1≥100％时，侦察计划l1执行完成；同理，计算僚机侦察计划l2的执行进度η2，当η2≥100％时，侦察计划l2执行完成；侦察计划l1执行完成且侦察计划l2执行完成，此次双机协同区域侦察任务完成。2.根据权利要求1所述的小型固定翼无人机双机协同区域侦察方法，其特征在于：采用二分搜索法寻找点h的步骤为：设序号为k的任务区域顶点坐标为(x
k
,y
k
)，序号为k-1的任务区域顶点坐标为(x
k-1
,y
k-1
)，点h(x
h
,y
h
)迭代初始值坐标设置为：设二分搜索区间迭代初始左端点c0坐标为迭代初始右端点e0设置为按下式设置：
设为分割点第q次迭代中的值，为二分搜索区间左端点第q次迭代的值，为二分搜索区间右端点第q次迭代的值，为分割点第q 1次迭代中的值，为二分搜索区间左端点第q 1次迭代的值，为二分搜索区间右端点第q 1次迭代的值；即是由序号为vs、vs 1、
…
、vs-1的侦察区域顶点和点h
q
围成的多边形的面积，即是由点h
q
和序号为k、k 1、
…
、vs的侦察区域顶点围成的多边形的面积；迭代步骤如下：a)当时，迭代结束，分割点h即为h
q
，否则进入步骤(b)继续向下迭代；b)如果令如果令
3.根据权利要求1所述的小型固定翼无人机双机协同区域侦察方法，其特征在于：所述侦察旁向重叠率为δ取值范围为0≤δ＜1。

技术总结
本发明提供了一种小型固定翼无人机双机协同区域侦察方法，基于时间同步的侦察区域划分策略，为保证侦察规划的快速性、可靠性，由双机编队中的主机执行统一规划，生成双机编队的完整航路，并完成任务点的分配；每架飞机独立自动执行各自的侦察航路，并实时反馈执行状态。本发明区域侦察规划实时性好、可靠性高，侦察计划可自动执行，具有较强的工程实现价值和较高的智能化水平，计算效率高、实时性好。实时性好。实时性好。


技术研发人员：高瑞周 张虎虎 张永胜
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所
技术研发日：2021.10.14
技术公布日：2022/3/4