一种集群飞行器针对大型目标的载荷投放方法

本发明属于飞行器集群控制，尤其涉针对特定目标的飞行器集群协同控制方法，具体涉及一种集群飞行器针对大型目标的载荷投放方法。

背景技术：

1、无人飞行器具有低成本、便捷化等优点，得到广泛的使用。

2、然而随着应用环境日益复杂、任务需求日趋多样，单个无人飞行器搭配载荷应用形式的局限逐渐显现，在民用领域的应用情景中，如抗灾救险投放生活物资，或对大型山火进行消防救援等，仅利用单架无人飞行器无法完成任务所需的投放效率与投放覆盖面积。正因面对以上种种问题，无人飞行器集群载荷投放技术逐渐受到高度关注和大力发展。

3、无人飞行器集群技术不是简单的飞行器数量的叠加，而是充分利用飞行器自身的灵活性、机动性等优点，以及集群的一致性协同行为涌现出倍增效应，来提高飞行器集群的应用效能，进而提高载荷投放的效率和精度，发挥其独特优势，完成单个飞行器平台难以完成的载荷投放任务。

4、然而，集群飞行器载荷投放方法的选择受诸多因素的影响，比如载荷投放的环境、任务目标类型等等，集群飞行器按照什么样的规则投放载荷，如何进行有效的自动控制等等都是急需解决的现实问题，然而国内对相关领域的研究较少。面对日益复杂的应用环境和多样化的任务需求，如何高效设计出针对指定的大型任务目标的集群飞行器载荷投放方法，实现对大型目标的准确投放，提高任务的成功概率和应用效能，更有效地发挥无人飞行器集群协同应用的优势，成为迫切需要解决的问题。

5、基于上述问题，为了能够充分发挥集群飞行器的协同优势，精确投放载荷覆盖大型目标，本发明人对载荷投放方法做了深入研究，以期待设计出一种能够解决上述问题的集群飞行器针对大型目标的载荷投放方法。

技术实现思路

1、为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种集群飞行器针对大型目标的载荷投放方法，该方法中，基于大型目标的位置及形状，将大型目标划分为多个子区域，每个子区域对应成为一个飞行器的载荷投放目标，基于该具体的目标，为每个飞行器设定载荷投放窗口，再通过调整多个飞行器的编队状况，尤其是编队中飞行器的飞行高度，来使得飞行器编队中多个飞行器能够同步进入到载荷投放窗口中，并同时执行载荷投放任务，从而完成本发明。

2、具体来说，本发明的目的在于提供集群飞行器针对大型目标的载荷投放方法，该方法包括如下步骤：

3、步骤1，获取大型目标的位置及形状，并根据载荷的作用范围，将目标划分为多个子区域；

4、步骤2，基于所述子区域的数量确定集群中飞行器的数量，并为每个飞行器分配一个子区域作为目标；

5、步骤3，为每个飞行器设定载荷投放窗口；

6、步骤4，基于飞行器间的安全距离和目标的排布位置为飞行器编队，并控制飞行器保持编队队形飞向载荷投放窗口；

7、步骤5，基于目标的排布形式和所述大型目标的类型，控制编队中各排飞行器的飞行高度，并设定载荷投放的时机。

8、其中，在步骤1中，所述载荷的作用范围能够至少覆盖一个子区域。

9、其中，在所述步骤3中，每个飞行器都通过下述子步骤获得载荷投放窗口：

10、子步骤1，基于载荷投放形式及目标处的风场信息，设定投放高度，模拟多次投放获得的平均落点及圆概率偏差cep的取值；

11、子步骤2，获得子步骤1中投放高度对应的偏移范围；

12、子步骤3，调整设定的投放高度，多次重复子步骤1和子步骤2，获得不同投放高度对应的偏移范围；子步骤4，通过数据拟合获得飞行器载荷投放窗口。

13、其中，在子步骤1中，所述cep的取值通过下式(一)获得：

14、cep＝1.1774σ(一)

15、其中，σ表示标准差。

16、优选地，所述标准差σ通过下式(二)获得：

17、

18、其中，σx表示x方向的标准差，

19、σz表示z方向的标准差。

20、其中，所述x方向的标准差和z方向的标准差通过下式(三)获得：

21、

22、其中，xi表示第i次投放落点的x轴坐标，

23、zi表示第i次投放落点的z轴坐标，

24、表示平均投放落点的x轴坐标，

25、表示平均投放落点的z轴坐标，

26、n表示投放次数。

27、其中，在子步骤2中，首先获得投放高度对应的极值坐标，

28、再基于极值坐标获得偏移范围；

29、所述极值坐标包括：

30、x轴方向偏移的极大值坐标

31、x轴方向偏移的极小值坐标

32、z轴方向偏移的极小值坐标

33、z轴方向偏移的极大值坐标

34、所述偏移范围包括：

35、侧向偏移范围(z轴方向偏移范围)z偏＝(zmin，zmax)

36、纵向射程范围(x轴方向偏移范围)x偏＝(xmin，xmax)。

37、其中，在子步骤3中，模拟下述投放高度，并获得对应的偏移范围：

38、50m、100m、200m、300m、400m、500m、650m、800m及1000m。

39、其中，在子步骤4中，采用三次样条插值法拟合子步骤3获得的各个投放高度对应的偏移范围，从而得到飞行器载荷投放窗口。

40、其中，在步骤4中，所述编队队形与目标的排布位置相对应，且相邻飞行器间的最小距离大于所述安全距离。

41、其中，在步骤5中，同一排飞行器的飞行高度一致，通过控制各排飞行器彼此之间的相对飞行高度来使得飞行器都同时进入到各自的载荷投放窗口，进而同时投放载荷。

42、本发明所具有的有益效果包括：

43、(1)根据本发明提供的集群飞行器针对大型目标的载荷投放方法，该方法适用于实际的复杂应用环境与任务需求，能稳定、精确获得飞行器载荷针对各子区域中心相应的投放窗口，并据此设计集群飞行器载荷投放方案，实现对大型目标各子区域的准确投放；

44、(2)根据本发明提供的集群飞行器针对大型目标的载荷投放方法，该方法中通过调整飞行器的飞行高度来控制飞行器的投放时间，该方法具有灵敏性、机动性以及对大型目标的覆盖性投放效果更好的特点；

45、(3)根据本发明提供的集群飞行器针对大型目标的载荷投放方法，针对不同任务需求及环境条件下的集群飞行器对大型目标投放载荷的情景，只需改变相应的投放载荷模型、风场模型、飞行器模型以及大型目标模型等，即可获得不同任务需求及环境条件下的各区域中心的投放窗口，并据此设计相应的集群飞行器载荷投放方案；

46、(4)根据本发明提供的集群飞行器针对大型目标的载荷投放方法，考虑了风的扰动对载荷投放过程的影响，适用于实际运用中复杂的应用环境与任务需求，实现准确投放，且因计算简洁，提高了实际应用时的效率，同时也考虑到多样化的任务需求，载荷种类具有多样性。

技术特征：

1.一种集群飞行器针对大型目标的载荷投放方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的集群飞行器针对大型目标的载荷投放方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的集群飞行器针对大型目标的载荷投放方法，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的飞行器载荷投放窗口逆推方法，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的集群飞行器针对大型目标的载荷投放方法，其特征在于，

6.根据权利要求3所述的集群飞行器针对大型目标的载荷投放方法，其特征在于，

7.根据权利要求3所述的集群飞行器针对大型目标的载荷投放方法，其特征在于，

8.根据权利要求3所述的集群飞行器针对大型目标的载荷投放方法，其特征在于，

9.根据权利要求1所述的集群飞行器针对大型目标的载荷投放方法，其特征在于，

10.根据权利要求1所述的集群飞行器针对大型目标的载荷投放方法，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种集群飞行器针对大型目标的载荷投放方法，该方法中，基于大型目标的位置及形状，将大型目标划分为多个子区域，每个子区域对应成为一个飞行器的载荷投放目标，基于该具体的目标，为每个飞行器设定载荷投放窗口，再通过调整多个飞行器的编队状况，尤其是编队中飞行器的飞行高度，来使得飞行器编队中多个飞行器能够同步进入到载荷投放窗口中，并同时执行载荷投放任务。

技术研发人员：王辉,王贝尔,雷媛越,刘婧,王鹤婷
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15