一种基于无人机的炸弹随遇攻击规划方法及系统与流程

本发明涉及一种炸弹随遇攻击规划方法及系统，更具体地说，本发明涉及一种基于无人机的炸弹随遇攻击规划方法及系统，属于无人机技术领域。

背景技术：

现阶段国内外无人机的机载炸弹，种类较多，有常规航空炸弹、gps型制导炸弹、激光型制导炸弹以及其他制导类型炸弹。其中常规航空炸弹和gps型制导炸弹为坐标攻击型炸弹，仅依赖于目标准确坐标进行精确打击。获取目标准确坐标有多种方式，如线人情报方式，即通过敌方内部线人提供目标准确坐标，此方式风险较高，坐标易出错；如其他侦察手段，如卫星、侦察机等方式对目标进行预先侦察和准确定位，得到准确坐标用于准确打击，此方式成本较高，很难做到实时性，除非有较为完整的指挥控制系统进行实时信息交互；再如本机单点定位本机打击方式，此方式对光电吊舱、飞机惯性导航系统的安装精度提出极高的要求，且每次任务之前需对目标定位能力进行测试考核，流程较为繁琐，不适用于出勤率较高的无人机使用。

另外，无人机本身由于飞行速度较低，容易受到空中侧风的影响导致偏流角较大进而影响发射条件。常规航空炸弹投放时，较大的侧风也会导致命中精度较差。另外高空侧风也会增加制导炸弹的控制难度。

因此，研究一种适用于无人机的炸弹随遇目标攻击方式，将解决无人机对随遇目标的精确定位问题和精确打击问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种适用于低速无人机与机载炸弹相结合的随遇攻击规划方法，实现低速无人机机载炸弹全天候随遇攻击的战术意图，满足全天候攻击使用需求，最大程度提高攻击的自动化程度、快速性和实时性，使低速无人机的炸弹使用完成闭环。

为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于无人机的炸弹随遇攻击规划方法，无人机挂载炸弹，并且炸弹状态正常，包括以下步骤：

一种基于无人机的炸弹随遇攻击规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据无人机的飞行参数、光电吊舱的框架角和激光测距值进行计算，得到待打击目标粗略定位值；

无人机挂载炸弹，所述待打击目标为地面固定目标。飞行参数具体包括无人机三轴姿态角、无人机经度、纬度和高度。计算得到待打击目标粗略定位值，具体为：

lont＝lonu-diso

latt＝latu-disa

ht＝hu-rel_h

其中，lont，latt，ht为目标粗略经纬高，lonu，latu，hu为飞机测距时经纬高，diso，disa及rel_h为相对距离，相对距离通过测距值与飞机姿态及光电吊舱角度值三角函数计算得出。

(2)根据目标粗略定位值生成侦察航路；

生成侦察航路具体为：根据无人机的位置，以目标的粗略坐标值为中心，生成顺时针或者逆时针方向的正方形侦察航路，其中正方形侦察航路的两条横边与地球的经线平行，两条纵边与地球的纬线平行，正方形侦察航路顺时针或者逆时针方向通过如下方式确定：选择无人机地平面投影点与正方形航线的四条边在地平面投影的最小垂直距离的一条边，选择无人机航向与此条边夹角小于90°的方向。

正方形侦察航路的边长不小于5km，不大于10km。

(3)在飞行过程中对目标进行离散性激光测距，之后结合激光测距时刻的无人机位置进行拟合计算，得到目标准确坐标；

进行离散性激光测距具体为：无人机按照正方形航路进行飞行，在每一条正方形航边上选择三个点或两个点进行激光测距；选择三个点时，三个激光测距点分别位于每一条边的2km处、4km处和6km处，记录共12个激光测距点的激光测距值和无人机坐标值；选择两个点时，两个激光测距点分别位于每一条边的2km处和6km处，记录共8个激光测距点的激光测距值和无人机坐标值。

计算目标准确坐标，具体为：

(3.1)将目标的坐标值设定为(lont,latt,elet),分别对应目标的经度、纬度和高度；

(3.2)将每一个激光测距时对应的已知的无人机坐标值设定为(lonx,latx，elex)，分别对应第x次激光测距时的无人机经度、纬度和高度；

(3.3)每组激光测距值、对应的飞机坐标值和目标坐标值的关系式如下：

squa(laser_x)＝squa((lont–lonx)*cos(latt/57.3)*a1)+squa((latt–latx)*a1)+squa(elet-elex),

其中，laser_x表示第x次激光测距值，即实测的飞机与目标的直线距离，a1为常系数；

(3.4)进行第一轮拟合计算：将已知的激光测距值和对应的无人机坐标值按照步骤(3.3)的公式组成方程组进行拟合计算，得出初步的目标坐标值；

(3.5)分别将无人机坐标值和初步的目标坐标值进行飞机与目标的直线距离计算，公式如下：

squa(range_x)＝squa((lont–lonx)*cos(latt/57.3)*a1)+squa((latt–latx)*a1)+squa(elet-elex)，

其中，range_x表示第x次计算的飞机与目标的计算直线距离；

(3.6)分别将range_x与laser_x进行比较，若差值超过预设阈值，则将对应的一组或几组无人机坐标值剔除，之后返回步骤(3.1)进行剩余的激光测距值和对应的无人机坐标值的第二轮拟合计算，得出最终的目标坐标值。

(4)根据无人机的航向角、航迹角、指示空速、飞行地速和飞行高度，计算此飞行高度下的风向；

计算此飞行高度下的风向，具体为：

通过公式

计算无人机飞行高度下的风向δ，其中，vwe为所述无人机飞行空域内的风速东向分量，vwn为所述无人机飞行空域内的风速北向分量，其中：

vwe＝vge–vae；

vwn＝vgn–van；

其中，vge为所述无人机的地速东向分量，vae为所述无人机的绝对空速东向分量，vgn为所述无人机的地速北向分量，van为所述无人机的绝对空速北向分量；vw为所述无人机飞行空域内的风速；

其中，无人机绝对空速va根据无人机的飞行参数、无人机飞行空域内的大气密度和指示空速计算得到，公式如下：

ρ＝1.225*((1-2.25577*0.00001*h)^4.25588)；

其中，ρ为所述无人机飞行空域内的大气密度，h为所述无人机的飞行高度，va＇为所述无人机的指示空速。

(5)根据所述飞行高度下的风向，以及无人机和目标的相对位置，采用就近原则，确定采用顺风攻击的方式或是逆风攻击的方式；

(6)结合目标准确坐标生成攻击航路，无人机按照生成的炸弹攻击航路飞行，满足投弹条件后进行投放，炸弹自主飞行攻击目标。

一种基于所述炸弹随遇攻击规划方法的规划系统，包括：

粗略定位模块：用于根据无人机的飞行参数、光电吊舱的框架角和激光测距值进行计算，得到待打击目标粗略定位值；

侦察航路生成模块：用于根据目标粗略定位值生成侦察航路；

准确坐标确定模块：用于在飞行过程中对目标进行离散性激光测距，之后结合激光测距时刻的无人机位置进行拟合计算，得到目标准确坐标；

风向计算模块：用于根据无人机的航向角、航迹角、指示空速、飞行地速和飞行高度，计算此飞行高度下的风向；

攻击方式确定模块：用于根据所述飞行高度下的风向，以及无人机和目标的相对位置，采用就近原则，确定采用顺风攻击的方式或是逆风攻击的方式；

攻击航路生成模块：用于结合目标准确坐标生成攻击航路，无人机按照生成的炸弹攻击航路飞行，满足投弹条件后进行投放，炸弹自主飞行攻击目标。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明根据目标的粗略坐标值，得到无人机的侦察航路。无人机侦察航路为顺时针或者逆时针方向，尽量减少无效飞行时间，使无人机尽快就近原则进入侦察航路。

(2)本发明根据已知的激光测距值和对应的无人机坐标值进行两轮数值拟合计算得出目标准确坐标。

(3)本发明根据计算得出的风向，采用顺风攻击或逆风攻击原则(应注意这都是沿着直线进行，区别只是在于顺风或者逆风，但是不能侧风)，充分考虑高空侧风对炸弹的影响，尽量缩小高空侧风对常规航空炸弹命中精度的影响，降低制导炸弹的控制难度，充分提高了系统的可靠性和稳定性。

附图说明

图1为本发明的基于无人机的炸弹随遇攻击规划方法的流程示意图；

图2为本发明的各个速度矢量分解图。

具体实施方式

现阶段国内外无人机的机载炸弹，种类较多，有常规航空炸弹、gps型制导炸弹、激光型制导炸弹及其他制导类型炸弹。其中常规航空炸弹和gps型制导炸弹为坐标攻击型炸弹，仅依赖于目标准确坐标进行精确打击。目前获取目标坐标的形式难以满足实时性要求，因此需要研究一种适用于无人机的目标精确定位方法以及实时攻击方法。

另外，无人机本身由于飞行速度较低，容易受到空中侧风的影响导致偏流角较大进而影响发射条件。常规航空炸弹投放时，较大的侧风也会导致命中精度较差。另外，高空侧风也会增加制导炸弹的控制难度。因此针对无人机的攻击航线需要进行针对性研究，以满足炸弹的投放要求，提高命中精度。

炸弹随遇攻击规划的技术原理为：根据无人机的坐标值、光电吊舱的框架角和激光测距值计算得到目标粗略坐标值，根据就近进入侦察航路原则生成顺时针或逆时针侦察航路；根据侦查过程中的激光测距值和对应的无人机坐标值进行拟合计算得到目标准确坐标；同样根据就近原则和顺风或逆风攻击原则，无人机进入攻击航路进行攻击，有效避免高空侧风对炸弹命中精度的影响。

下面给出本发明提出的基于无人机的炸弹随遇攻击规划方法，适用于所有的无人机机载航空炸弹的发射操作。无人机悬挂光电吊舱，对目标完成侦察和跟踪。无人机机载悬挂物管理系统将提供当前机载武器的悬挂情况，如武器类型、在轨情况、工作状态等。只有在无人机悬挂航空炸弹、炸弹状态正常并选择进行炸弹攻击的情况下，才进行炸弹攻击航路的规划，否则若无人机未悬挂航空炸弹、炸弹已全部发射或炸弹状态异常，则退出炸弹攻击流程。

如图1所示，包括以下步骤：

(1)根据无人机的飞行参数、光电吊舱的框架角和激光测距值进行计算，得到待打击目标粗略定位值；

无人机挂载炸弹，所述待打击目标为地面固定目标。飞行参数具体包括无人机三轴姿态角、无人机经度、纬度和高度。计算得到待打击目标粗略定位值，具体为：

lont＝lonu-diso

latt＝latu-disa

ht＝hu-rel_h

其中，lont，latt，ht为目标粗略经纬高，lonu，latu，hu为飞机测距时经纬高，diso，disa及rel_h为相对距离，相对距离通过测距值与飞机姿态及光电吊舱角度值三角函数计算得出。

目标粗略坐标值是指通过单次激光测距并计算得出的目标坐标，仅用于正方形侦察航路的设计，其经纬度与实际准确坐标的经纬度误差不超过3000m。

(2)根据目标粗略定位值生成侦察航路；

具体为：根据最短航路原则，为提高作战实时性，根据无人机的位置，以目标的粗略坐标值为中心，生成顺时针或者逆时针方向的正方形侦察航路，其中正方形侦察航路的两条横边与地球的经线平行，两条纵边与地球的纬线平行，正方形侦察航路顺时针或者逆时针方向通过如下方式确定：选择无人机地平面投影点与正方形航线的四条边在地平面投影的最小垂直距离的一条边，选择无人机航向与此条边夹角小于90°的方向。

进一步的，正方形侦察航路的边长不小于5km，不大于10km。

最优化的，采用边长为8km。

(3)在飞行过程中对目标进行离散性激光测距，之后结合激光测距时刻的无人机位置进行拟合计算，得到目标准确坐标；

进行离散性激光测距具体为：无人机按照正方形航路进行飞行，在每一条正方形航边上选择三个点或两个点进行激光测距；选择三个点时，三个激光测距点分别位于每一条边的2km处、4km处和6km处，记录共12个激光测距点的激光测距值和无人机坐标值；选择两个点时，两个激光测距点分别位于每一条边的2km处和6km处，记录共8个激光测距点的激光测距值和无人机坐标值。

计算目标准确坐标，具体为：

(3.1)将目标的坐标值设定为(lont,latt,elet),分别对应目标的经度、纬度和高度；

(3.2)将每一个激光测距时对应的已知的无人机坐标值设定为(lonx,latx，elex)，分别对应第x次激光测距时的无人机经度、纬度和高度；

(3.3)每组激光测距值、对应的飞机坐标值和目标坐标值的关系式如下：

squa(laser_x)＝squa((lont–lonx)*cos(latt/57.3)*a1)+squa((latt–latx)*a1)+squa(elet-elex),

其中，laser_x表示第x次激光测距值，即实测的飞机与目标的直线距离，a1为常系数；

(3.4)进行第一轮拟合计算：将已知的激光测距值和对应的无人机坐标值按照步骤(3.3)的公式组成方程组进行拟合计算，得出初步的目标坐标值；

(3.5)分别将无人机坐标值和初步的目标坐标值进行飞机与目标的直线距离计算，公式如下：

squa(range_x)＝squa((lont–lonx)*cos(latt/57.3)*a1)+squa((latt–latx)*a1)+squa(elet-elex)，

其中，range_x表示第x次计算的飞机与目标的计算直线距离；

(3.6)分别将range_x与laser_x进行比较，若差值超过预设阈值，则将对应的一组或几组无人机坐标值剔除，之后返回步骤(3.1)进行剩余的激光测距值和对应的无人机坐标值的第二轮拟合计算，得出最终的目标坐标值。(4)根据无人机的航向角、航迹角、指示空速、飞行地速和飞行高度，计算此飞行高度下的风向，如图2所示，具体为：

通过公式

计算无人机飞行高度下的风向δ，其中，vwe为所述无人机飞行空域内的风速东向分量，vwn为所述无人机飞行空域内的风速北向分量，其中：

vwe＝vge–vae；

vwn＝vgn–van；

其中，vge为所述无人机的地速东向分量，vae为所述无人机的绝对空速东向分量，vgn为所述无人机的地速北向分量，van为所述无人机的绝对空速北向分量；vw为所述无人机飞行空域内的风速；

其中，无人机绝对空速va根据无人机的飞行参数、无人机飞行空域内的大气密度和指示空速计算得到，公式如下：

ρ＝1.225*((1-2.25577*0.00001*h)^4.25588)；

其中，ρ为所述无人机飞行空域内的大气密度，h为所述无人机的飞行高度，va＇为所述无人机的指示空速。

(5)根据所述飞行高度下的风向，以及无人机和目标的相对位置，采用就近原则，确定采用顺风攻击的方式或是逆风攻击的方式；

无人机的攻击方式为顺风攻击或逆风攻击。顺风攻击或逆风攻击主要取决于无人机和航路起始点的距离，优选距离近的航路作为攻击航路，再结合风向，则可以明确是顺风攻击还是逆风攻击。

(6)结合目标准确坐标生成攻击航路，无人机按照生成的炸弹攻击航路飞行，满足投弹条件后进行投放，炸弹自主飞行攻击目标。

本发明还提出一种基于所述炸弹随遇攻击规划方法的规划系统，包括：

粗略定位模块：用于根据无人机的飞行参数、光电吊舱的框架角和激光测距值进行计算，得到待打击目标粗略定位值；

侦察航路生成模块：用于根据目标粗略定位值生成侦察航路；

准确坐标确定模块：用于在飞行过程中对目标进行离散性激光测距，之后结合激光测距时刻的无人机位置进行拟合计算，得到目标准确坐标；

风向计算模块：用于根据无人机的航向角、航迹角、指示空速、飞行地速和飞行高度，计算此飞行高度下的风向；

攻击方式确定模块：用于根据所述飞行高度下的风向，以及无人机和目标的相对位置，采用就近原则，确定采用顺风攻击的方式或是逆风攻击的方式；

攻击航路生成模块：用于结合目标准确坐标生成攻击航路，无人机按照生成的炸弹攻击航路飞行，满足投弹条件后进行投放，炸弹自主飞行攻击目标。

本发明适用于无人机挂载的常规航空炸弹和各种类型的制导炸弹。由于无人机飞行速度较低，因此航空炸弹主要应用目标为地面固定目标。无人机机载光电吊舱单次的目标定位精度难以满足使用要求，因此需要对目标进行多次测距并解算，得到精确坐标，为常规航空炸弹投放提供精确的弹道计算输入，为制导炸弹提供精确的目标点坐标。炸弹投放时，由于飞行速度低，高空侧风会使炸弹投放初期偏离既定弹道，对常规航空炸弹的命中精度影响很大，也会增加制导炸弹的控制难度，严重情况下会因为载机偏流角过大导致发射条件不满足导致发射失败。因此采用顺风攻击或逆风攻击，使侧风为零，以满足发射条件，消除高空侧风对常规航空炸弹命中精度的影响，降低制导炸弹的控制难度。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。。