CN108415452A - 一种中空长航时无人机任务规划系统 - Google Patents

Abstract

一种中空长航时无人机任务规划系统，包括：任务规划情报数据库、数据引接与发布模块、任务规划模块和地理信息引擎。任务情报数据库存储和管理地理信息数据、任务信息数据、无人机/载荷/链路性能数据、任务区情报数据、无人机系统遥测数据、用户及系统信息数据；数据引接与发布模块接收无人机系统遥测数据、任务信息数据和任务区情报数据，发布指定格式的无人机状态信息和任务报告；任务规划模块获取无人机系统遥测数据、任务信息数据和任务区情报数据，完成威胁空间建模、通信链路使用规划、航路设计与载荷使用规划；地理信息引擎获取地理信息数据、任务区情报数据和无人机系统遥测数据，提供数字地形、综合态势显示和任务数据编辑服务。

Description

一种中空长航时无人机任务规划系统

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种中空长航时无人机任务规划系统。

背景技术

近年来，随着无人机系统技术的成熟，中空长航时无人机已成为最具发展潜力的无人机之一，其性价比高、航时长、用途广、载荷和武器种类丰富。利用其挂载的光电载荷、制导武器、合成孔径雷达、通信侦察等设备，可在反恐作战、巡逻侦察、矿物质探测、森林防火、海洋监测等领域开展工作。与此同时，由于中空长航时无人机“无人”、航时长、载荷种类多、任务多样化的特点，中空长航时无人机系统对任务规划的依赖性更强，对任务规划的能力要求更高。

无人机任务规划系统是无人机作战指挥体系的重要组成部分，国外无人机发展较早，在无人机任务规划领域已深耕多年。其中，美国的任务规划系统起步最早、发展最快、技术最先进，在各军兵种、各指挥层面都先后发展了多种类型的任务规划系统，包括计算机辅助任务规划系统、任务支援系统、便携式任务规划系统、新一代航空兵战术任务系统通用体系框架等。除美军外，其他军事发达国家对任务规划系统的研究和应用都非常重视，英国空军开发“探路者”及飞行任务支援和规划系统，法国空军研制任务规划和攻击规划系统等。在我国，由于无人机任务规划技术研究起步较晚，尤其针对中空长航时无人机的任务规划研究和应用较少，长期以来任务规划人员需要人工关注不同来源、不同类型的情报信息，依靠手工绘制飞行航路，效率低且正确性不便于验证。

发明内容

本发明提供一种中空长航时无人机任务规划系统，为顺利完成作战任务提供辅助决策，提高飞行效率。

本发明采用的技术方案为：

一种中空长航时无人机任务规划系统，包括：任务规划情报数据库、数据引接与发布模块、任务规划模块、地理信息引擎和系统运行管理模块；

所述任务规划情报数据库，用于存储和管理地理信息数据、任务信息数据、无人机/载荷/链路性能数据、任务区情报数据、无人机系统遥测数据，为无人机任务规划系统提供数据服务；

所述数据引接与发布模块，用于接收和处理无人机地面指挥控制站提供的无人机系统遥测数据、上级指挥部门下发的任务信息数据和任务区情报数据，进行解析并存储到所述任务规划情报数据库中；发布指定格式的无人机状态信息和任务报告给上级指挥部门；

所述任务规划模块，用于从任务规划情报数据库和数据引接与发布模块获取无人机系统遥测数据、任务信息数据和任务区情报数据，根据上级指挥部门下发的任务信息数据，结合任务类型、无人机性能指标、载荷性能指标以及通信链路性能指标完成威胁空间建模、通信链路使用规划、航路设计与载荷使用规划；

所述地理信息引擎，用于根据从任务规划情报数据库获取地理信息数据、任务区情报数据和无人机系统遥测数据以及从任务规划模块获取的通信链路使用规划、航路设计与载荷使用规划，在侦察、导航、定位和链路规划环节中为用户提供数字地形、综合态势显示和任务数据编辑服务。

所述数据引接与发布模块，包括：

无人机遥测数据处理子模块，用于获取无人机地面指挥控制站提供的无人机系统遥测数据，包括飞行状态遥测数据、光电载荷状态遥测数据、合成孔径雷达状态遥测数据、通信侦察载荷状态遥测数据、火控状态遥测数据、通信链路状态遥测数据以及光电载荷图像数据，经过解析后存入任务规划情报数据库；

任务指令与情报数据处理子模块，用于获取上级指挥部门下发的任务信息数据和情报信息数据，包括任务指令、空域情报以及威胁环境，经过解析后存入任务规划情报数据库；

数据发布子模块，将指定格式的无人机系统状态信息和任务报告发送至上级指挥部门。

所述任务规划模块，包括：

威胁空间建模子模块，用于从所述任务规划情报数据库获取任务区情报数据，包括地基一次雷达、地空导弹、高炮和气象数据，进行建模，计算威胁区，确定飞行安全区；

航路设计与载荷使用规划子模块，根据所述威胁空间建模子模块提供的飞行安全区，结合任务类型、无人机和任务载荷性能，进行航路设计与载荷使用规划；

通信链路使用规划子模块，根据通信链路性能指标以及任务区范围进行无人机飞行通信链路使用规划，通信链路性能指标包括无人机通信链路作用距离、地面数据终端种类和数量、通信带宽以及通信频率。

所述地理信息引擎，包括：

数字地形子模块，用于从所述任务规划情报数据库获取地理信息数据、任务区情报数据，为用户提供栅格、矢量地图显示，空域和威胁目标标绘；

综合态势显示子模块，用于从所述任务规划情报数据库获取任务区情报数据和无人机系统遥测数据，在数字地形子模块形成的地图上，显示任务区的空情态势、光电载荷侦照区域，无人机姿态、发动机转速、油量、上/下行链路工作状态信息通过图形化仪表显示；

任务数据编辑子模块，用于根据任务需求，对任务规划模块提供的通信链路使用规划、航路设计与载荷使用规划进行二次编辑，制定和维护任务区情报数据。

所述地理信息数据，包括供无人机飞行和任务规划使用的卫星影像、遥感影像、ShapeFile、GeoTiff以及数字高程数据；

所述任务信息数据，包括：任务时间、任务区域、任务目标、任务类型、任务配置、任务指令数据、向上级指挥部门提供的数据、任务报告数据。

任务指令数据又包括：飞行控制指令、光电载荷控制指令、合成孔径雷达控制指令、通信侦察载荷控制指令、通信链路控制指令；

向上级指挥部门提供的数据，包括无人机位置、方位、俯仰、高度、速度、光电载荷方位、俯仰、测距值；

任务报告数据，包括：任务编号、无人机编号、载荷配置与编号、无人机起降时间、起降机场、起降方向、链路频率、武器配置、任务完成度。

所述无人机/载荷/链路性能数据，包括无人机性能数据、载荷性能数据以及链路性能数据，

其中，无人机性能数据包括：无人机型号、最大飞行速度、巡航速度、巡航高度、最大续航时间、实用升限、最大起飞重量、最大任务载重、耗油率；

载荷性能数据包括与光电载荷相关的性能数据、与通信侦察载荷相关的性能数据、与合成孔径雷达相关的性能数据以及与武器相关的性能数据；

与光电载荷相关的性能数据包括：可见光探测距离、识别距离、焦距范围、红外探测距离、识别距离、焦距范围、激光最大照射距离、重量、体积、俯仰角限位；

与通信侦察载荷相关的性能数据包括：侦测频率、侦测目标类型、最大功率、工作模式、作用距离、测向精度、定位精度；

与合成孔径雷达相关的性能数据包括：工作频率、最大功率、工作模式、作用距离、测绘宽度、图像分辨率；

与武器相关的性能数据包括：武器类型、重量、打击距离、命中精度、导引头扇面角；

所述链路性能数据包括：视距主/副链路频率范围、视距主/副链路最大作用距离、视距主/副链路传输带宽、卫通链路传输带宽、地面数据终端坐标、高度。

所述任务区情报数据，包括任务区空域有关的数据、任务区威胁环境有关的数据以及任务区空情态势有关的数据，

其中，与任务区空域有关的数据包括：飞行区边界、禁飞区边界、感兴趣点坐标、导航台、机场名称、坐标、跑道长度、跑道方向、海拔高度、重要障碍物位置、高度；

与任务区威胁环境有关的数据包括：探测类地基一次雷达有关的位置、性能参数、地空导弹和火炮的位置、性能参数、预警范围、杀伤范围、拦截覆盖范围、任务区的机场天气预报、地面气象观测资料、高空气象观测资料、卫星云图、航空气象报文；

与任务区空情态势有关的数据包括：任务区各类飞行器的编号、位置、航向、高度、速度、敌我属性。

所述无人机系统遥测数据，包括无人机飞行状态有关的遥测数据、光电载荷有关的遥测数据、合成孔径雷达有关的遥测数据、通信侦察载荷有关的遥测数据、火控计算机有关的遥测数据以及通信链路有关的遥测数据，

其中，与无人机飞行状态有关的遥测数据包括：编号、位置、航向、滚转、俯仰、空速、地速、大气高度、海拔高度、电流、电压、刹车状态、发动机转速、系统时间；

与光电载荷有关的遥测数据包括：方位角、俯仰角、焦距、测距值、定位坐标、激光照射状态、当前传感器；

与合成孔径雷达有关的遥测数据包括：工作频率、方位角、动目标坐标；

与通信侦察载荷有关的遥测数据包括：工作频率、侦听方位、目标坐标；

与火控计算机有关的遥测数据包括：发控盒状态、武器上电状态；

与通信链路有关的遥测数据包括：地面数据终端编号、位置、海拔、视距主/副链路频道、视距主/副链路功率、视距主/副链路加密状态、视距主/副链路锁定状态、卫通链路加密状态、卫通链路锁定状态、链路控制权、链路工作故障标志。

本发明与现有技术相比带来的有益效果为：

本发明提供的一种中空长航时无人机任务规划系统，部署于无人机地面指挥控制站内，利用先进的计算机技术，根据任务规划情报数据库中的任务信息调用任务规划模块和理信息引擎，结合任务类型、无人机性能指标、载荷性能指标以及通信链路性能指标，为任务规划人员制作并提供数字地形、威胁分布等辅助决策功能，完成威胁空间建模、航路设计与载荷使用规划、通信链路使用规划，显示任务区数字地形和综合态势，以实现作战行动的最佳效果。

附图说明

图1为本发明提供的中空长航时无人机任务规划系统结构示意图；

图2为本发明中中空长航时无人机任务规划系统工作流程示意图；

图3为本发明中威胁空间建模子模块工作流程示意图；

图4为本发明中航路设计与载荷使用规划子模块实现流程图；

图5为本发明中通信链路使用规划子模块实现流程图；

图6为本发明中角色管理子模块实现流程图；

图7为本发明中日志管理子模块功能模块图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明提供的中空长航时无人机任务规划系统结构示意图。

如图1所示，本发明提供一种中空长航时无人机任务规划系统1，包括：任务规划情报数据库11、数据引接与发布模块12、任务规划模块13、地理信息引擎14，结构组成如下：

任务规划情报数据库11，用于存储和管理地理信息数据111、任务信息数据112、无人机/载荷/链路性能数据113、任务区情报数据114、无人机系统遥测数据115、用户及系统信息数据116，为无人机任务规划系统提供数据服务。

数据引接与发布模块12，用于接收和处理无人机地面指挥控制站提供的无人机系统遥测数据、上级指挥部门下发的任务信息数据和任务区情报数据，进行解析并存储到所述任务规划情报数据库11中；发布指定格式的无人机状态信息和任务报告并传递给上级指挥部门；

具体的，无人机任务规划软件部署于无人机地面控制站内，数据引接与发布模块12同时与无人机地面控制站和上级指挥部门交互，其中，由无人机遥测数据处理子模块121接入无人机地面指挥控制站提供的无人机系统遥测数据，包括飞行状态遥测数据、光电载荷状态遥测数据、合成孔径雷达状态遥测数据、通信侦察载荷状态遥测数据、火控状态遥测数据、通信链路状态遥测数据、光电载荷图像数据，经过解析后存入任务规划情报数据库11内的无人机系统遥测数据115；由任务指令与情报数据处理子模块122接入获取上级指挥部门下发的任务信息数据和情报信息数据，包括任务指令、空域情报以及威胁环境，经过解析后存入任务规划情报数据库11内的任务区情报数据114；数据发布子模块123，将指定格式的无人机状态信息和任务报告发送至上级指挥部门，并将数据存入任务规划情报数据库11内的任务信息数据114。

任务规划模块13，用于从任务规划情报数据库11和数据引接与发布模块12获取无人机系统遥测数据、任务信息数据和任务区情报数据，根据上级指挥部门下发的任务信息数据，结合任务类型、无人机性能指标、载荷性能指标以及通信链路性能指标完成威胁空间建模、通信链路使用规划、航路设计与载荷使用规划；

具体的，由威胁空间建模子模块13从所述任务规划情报数据库11获取任务区情报数据，包括地基一次雷达、地空导弹、高炮和气象数据，进行建模，计算威胁区，确定飞行安全区，确定飞行安全区，为后续航路设计提供校验依据；由航路设计与载荷使用规划子模块132，根据所述威胁空间建模子模块131提供的飞行安全区，结合任务类型、无人机和载荷性能，手动或自动设计出可行的飞行航路和载荷使用计划；由通信链路使用规划子模块133，根据通信链路性能指标以及任务区范围进行无人机飞行通信链路使用规划，通信链路性能指标包括无人机通信链路作用距离、地面数据终端种类和数量、通信带宽以及通信频率。

地理信息引擎14，用于从任务规划情报数据库11引接地理信息数据111、任务区情报数据112和无人机系统遥测数据115以及从任务规划模块获取的通信链路使用规划、航路设计与载荷使用规划，在侦察、导航、定位和链路规划等环节为用户提供数字地形、综合态势显示和任务数据编辑服务；

具体的，由数字地形子模块141从所述任务规划情报数据库11引接地理信息数据111、任务区情报数据112，为用户提供栅格、矢量地图显示，空域和威胁目标标绘功能；由综合态势显示子模块142从所述任务规划情报数据库111引接任务区情报数据114和无人机系统遥测数据115，在所述数字地形子模块141上，显示任务区的空情态势、光电载荷侦照区域，图形化仪表显示无人机姿态、发动机转速、油量、上/下行链路工作状态；由任务数据编辑子模块143根据任务需求编辑飞行航路、制定和维护侦察点、区域边界、起降航路情报数据；任务数据编辑子模块143，用于根据任务需求，对任务规划模块提供的通信链路使用规划、航路设计与载荷使用规划进行二次编辑，制定和维护任务区情报数据。

需要说明的是，如图1所示，本发明还可以包括系统运行管理模块15。

系统运行管理模块15，用于根据任务规划情报数据库11中的用户及系统信息数据116确定用户的操作权限；配置和管理无人机类型、地图数据类型；管理和维护系统操作日志和其他日志；

具体的，由角色管理子模块151根据所述任务规划情报数据库中的用户及系统信息数据116确定用户的操作权限；由配置管理子模块152配置和管理无人机类型、地图数据类型；由日志管理子模块153管理和维护系统操作日志和其他日志。

本实施例提供的一种中空长航时无人机任务规划系统1，通过数据引接与发布模块11接收和处理无人机地面指挥控制站提供的无人机系统遥测数据、上级指挥部门下发的任务指令和情报信息，位于无人机指挥控制站内的用户16，根据任务规划情报数据库11中的任务信息数据111调用任务规划模块13和理信息引擎14，结合任务类型、无人机性能指标、载荷性能指标以及通信链路性能指标完成威胁空间建模、通信链路使用规划、航路设计与载荷使用规划，显示任务区数字地形和综合态势，并发布指定格式的无人机状态信息和任务报告至上级指挥部门，以实现作战行动的最佳效果。

图2为本发明中中空长航时无人机任务规划系统工作流程示意图。

中空长航时无人机任务规划系统工作流程包含从任务接收、任务规划、任务下发、任务完成等过程，如图2所示，本发明中中空长航时无人机任务规划系统1的实现流程为：

S201：数据引接；

具体的，中空长航时无人机任务规划系统1启动后，数据引接与发布模块12启动通信连接，开始接收来自于无人机系统遥测数据和上级指挥部门下发的任务数据。

S202：无人机系统遥测数据解析和存储；

具体的，飞行过程中，数据引接与发布模块12实时解析无人机系统遥测数据，提取出飞行状态遥测数据、光电载荷状态遥测数据、合成孔径雷达状态遥测数据、通信侦察载荷状态遥测数据、火控状态遥测数据、通信链路状态遥测数据、光电载荷图像数据，并将数据存入任务规划情报数据库11内的无人机系统遥测数据115。

S203：任务指令解析和存储；

具体的，飞行前和飞行过程中，数据引接与发布模块12实时解析上级指挥部门下发的任务信息数据，提取出任务时间、任务区域、任务目标、任务类型、任务配置等任务信息，并将任务信息存入任务规划情报数据库11内的任务信息数据111。

S204：任务区情报解析和存储；

具体的，飞行前和飞行过程中，数据引接与发布模块12实时解析上级指挥部门下发的任务区情报数据，提取出任务区空域情报数据、威胁环境、空情态势等，并将情报数据存入任务规划情报数据库11内的任务区情报数据114。

S205：任务分解与任务区情报提取；

具体的，任务规划模块13根据任务目标、任务区域、任务类型，提取任务规划情报数据库11内的任务情报数据114。

S206：建立实时威胁空间模型；

具体的，任务规划模块13根据情报数据构建任务区的地基一次雷达、地空导弹、高炮、气象和空域碰撞风险等威胁环境；根据实时无人机系统遥测数据，解析无人机飞行状态，为后续飞行风险分析和任务规划提供校验依据。

S207：飞行状态监测；

具体的，地理信息引擎14根据威胁空间模型的分析，以图形化仪表的形式实时显示无人机飞控、电气、动力、起落架、载荷、火控、链路等各分系统的状态，在数据异常时通过声音和闪烁的方式提示无人机地面控制站内的操作人员进行相应的处置。

S208：航路设计与载荷使用规划；

具体的，任务规划模块13根据任务指令和威胁空间模型，结合任务类型、无人机和载荷性能，手动或自动设计出可行的飞行航路和光电侦察、合成孔径雷达、通信侦察载荷的使用计划。

S209：通信链路使用规划；

具体的，任务规划模块13根据任务指令和威胁空间模型，考虑无人机通信链路作用距离、地面数据终端类型和数量、通信带宽、通信频率、地形遮蔽、地球曲率等因素，为无人机飞行提供通信链路使用规划。

S210：综合态势显示；

具体的，地理信息引擎14根据任务区情报数据和无人机系统遥测数据，显示任务区的空情态势、光电载荷侦照区域和威胁分布等。S211：人工干预后是否可继续执行任务；

具体的，当任务执行过程中出现异常或临时调整飞行任务时，判断进行人工干预后是否可继续执行任务，若飞行平台和载荷能够继续执行任务，则执行S212；否则，向上级指挥部门上报任务报告，返航，提前结束任务。

S212：校验是否满足任务要求；

具体的，根据无人机性能指标、载荷性能指标、通信链路性能指标校验飞行航路、载荷使用规划、通信链路使用规划是否满足任务要求，若校验通过，执行S213；否则，反馈调整，执行S206。

S213：任务分发；

具体的，完成任务规划后，分发任务计划至飞控、载荷、链路控制席位和上级指挥部门；任务结束后，发布任务报告至上级指挥部门，结束任务。

图3为本发明中威胁空间建模子模块工作流程示意图。

分析探测类雷达和地空武器系统的空间威胁，完成对无人机飞行威胁空间建模是制定无人机任务规划的前提条件，如图3所示，本发明中威胁空间建模子模块131的实现流程为：

S301：根据任务需要，判断任务情报类型；

具体的，根据任务区域、任务目标、任务类型，从任务规划情报数据库11内的任务情报数据114提取本次任务所需的地基一次雷达、地空导弹、高炮等威胁飞行安全的情报数据，若情报数据为地基一次雷达，则执行S302；若情报数据为地空导弹，则执行S303；若情报数据为高炮，则执行S304。

S302：根据任务区内的地基一次雷达情报信息，确定探测威胁空间；

具体的，首先确定地基一次雷达的坐标、发射功率、接收机噪声系数、天线增益、波长等参数，进行归一化处理，统一单位、统一坐标；

提取执行任务的无人机飞行高度、飞行速度、雷达反射截面积等参数，获取雷达所在区域的地形高程数据、大气衰减、反射等传播特性数据；

利用地基一次雷达探测威力公式，计算出最大探测区范围。

需要说明的是，雷达探测特性受周围环境影响较大，精确描述雷达的探测性非常复杂，综合考虑无人机的飞行性能，无人机任务规划软件需要能够在计算出的最大探测范围基础上人工设置缓冲区半径，保证无人机在雷达最大探测范围以外飞行。

S303：根据任务区内的地空导弹情报信息，确定打击威胁空间；

具体的，首先确定地空导弹阵地的坐标、打击高度、打击距离、最大速度、制导方式、系统反应时间、命中率、战斗部杀伤威力等参数，进行归一化处理，统一单位、统一坐标；

根据杀伤区模型计算公式，计算垂直杀伤区、水平杀伤区的形状和数学模型；

根据地空导弹阵地周围的地形特征，计算拦截覆盖区模型。

需要说明的是，地空导弹拦截覆盖区大于杀伤区，综合考虑无人机的飞行性能，无人机任务规划软件需要能够在计算出的拦截范围基础上人工设置缓冲区半径，保证无人机在导弹拦截覆盖范围以外飞行。

S304：根据任务区内的高炮阵地情报信息，确定打击威胁空间；

具体的，首先确定高炮阵地的坐标、射击高度、最大射击距离、最大射击速度、跟踪方式等参数，进行归一化处理，统一单位、统一坐标；

根据高炮有效威胁空间模型和有效射击半径计算公式，计算有效威胁空间范围和有效射击半径；

需要说明的是，综合考虑无人机的飞行性能，无人机任务规划软件需要能够在计算出的有效威胁空间范围基础上人工设置缓冲区半径，保证无人机在火炮威胁空间范围以外飞行。

S305：归一化处理，生成统一坐标空间模型；

具体的，综合地基一次雷达最大探测区范围、地空导弹杀伤范围和拦截覆盖范围、高炮有效威胁空间范围和射击半径，建立统一威胁空间坐标，添加威胁属性信息。

S306：计算威胁盲区；

具体的，根据地形遮蔽和地球曲率，利用通视分析公式计算探测和打击盲区。

S307：结合气象和空域态势确定安全飞行区；

具体的，根据地基一次雷达、地空导弹、高炮的探测和打击盲区，任务区的高空风、云层、降水信息，民航的飞行航路、禁飞区、实时态势信息，起降机场的风速、风向信息，确定飞行安全区范围。

需说明的是，本发明为一种中空长航时无人机任务规划系统，各类武器威胁空间模型均利用已有成熟公式进行解算，解算方法不属于本发明，故不在本发明中具体讨论。

图4为本发明中航路设计与载荷使用规划子模块功能模块图。

合理配置无人机载荷，确定载荷设备工作模式，规划载荷在不同任务执行阶段的工作状态和使用方式，对顺利完成飞行任务至关重要，如图4所示，本发明中航路设计与载荷使用规划子模块132的实现流程为：

S401：分析任务要求，判断任务类型；

具体的，根据任务区域、任务目标、任务类型从任务规划情报数据库11内的无人机/载荷/链路性能数据113提取任务区所需的无人机性能和载荷性能指标数据，若任务类型为光电察打，则执行S402；若任务类型为雷达侦察，则执行S403；若任务类型为通信侦察，则执行S404。

S402：光电察打任务光电载荷使用规划；

具体的，根据任务指令提取光电察打任务目标、任务区域、武器配置等信息。针对巡逻侦察任务，首先确定侦察任务区域边界，一般为线状走廊或若干顶点组成的多边形任务区，确定后以统一坐标形式表示，为飞行航路设计提供飞行范围约束；根据任务时间和目标价值，制定传感器工作计划，一般日间使用可见光传感器、夜间使用红外传感器，重点目标分别用可见光、红外传感器观测，同时使用激光测距功能进行目标精确定位；根据任务对图像分辨率和重点目标精细化侦察要求，制定传感器焦距使用计划和无人机绕飞侦察计划；

针对航测任务，首先确定测绘任务区域边界，一般为若干顶点组成的多边形任务区，确定后以统一坐标形式表示，为飞行航路设计提供飞行范围约束；根据光电载荷视场范围、图像分辨率要求，计算出飞行航路飞行间距、飞行高度，结合飞行高度计算光电载荷方位角和俯仰角，确定光电载荷使用模式，制定光电载荷传感器焦距使用计划；

针对激光引导打击任务，首先确定攻击目标，根据空中风速、风向、太阳方向确定执行任务的武器挂点和攻击航路；根据攻击目标距离和高度，确定武器投放位置，制定武器投放后光电载荷的激光引导计划。

S403：雷达侦察任务合成孔径雷达使用规划；

具体的，根据任务指令提取雷达侦察任务目标、任务区域、图像质量等任务要求。针对条带侦察任务，首先确定侦察任务区域边界，一般为若干顶点组成的多边形任务区，确定后以统一坐标形式表示，为飞行航路设计提供飞行范围约束；根据任务对图像分辨率的要求、载荷作用距离、测绘宽度，制定合成孔径雷达条带侦察模式使用计划，计算区域飞行航路；

针对聚束侦察任务，首先确定侦察目标位置，一般为点或局部区域，确定后以统一坐标形式表示，为飞行航路设计提供飞行范围约束；根据任务对图像分辨率的要求和载荷作用距离、测绘宽度，制定合成孔径雷达聚束侦察模式使用计划、设计绕飞航路。

S404：通信侦察任务通信侦察载荷使用规划；

具体的，根据任务指令提取通信侦察区域、监听频率、监听目标类型、侦察信号类型等信息。针对信号侦测任务，首先确定侦测区域边界，一般为若干顶点组成的多边形任务区，确定后以统一坐标形式表示，为飞行航路设计提供飞行范围约束；通过大范围频谱扫描监测，选取感兴趣的信号源，根据有效侦听策略制定飞行航路和通信侦察载荷使用规划，以进一步侦测分析信号发射源的参数，采集和存储监听的信号；

针对测向定位任务，在获得感兴趣监测目标或频率大致方位后，根据通信侦察载荷测向精度和定位精度、天线安装方位等指标，设计飞行航路，制定通信侦察载荷使用规划，以进一步确定信号源的方位和坐标。

S405：飞行航路与载荷任务时空对准

具体的，将飞行航路的飞行坐标、时间与载荷任务的执行时间进行空间和时间对准，以保证飞行过程中载荷在合适的位置和时间以正确的工作状态开展工作。

S406：任务分发

具体的，将飞行航路发送至飞行控制席、光电载荷使用规划发送至光电载荷控制席、将合成孔径雷达使用规划发送至合成孔径雷达控制席、将通信侦察载荷使用规划发送至通信侦察席、将任务规划报告发送至上级指挥部门和任务规划情报数据库11。

需说明的是，本发明为一种中空长航时无人机任务规划系统，各类载荷使用规划与载荷自身性能和飞行平台息息有关，不同飞行平台的载荷使用规划设计方法不同，本发明只对载荷使用规划的通用流程进行阐述。

图5为本发明中通信链路使用规划子模块实现流程图。

目前中空长航时无人机已普遍具备单站点视距、多站点视距中继、单视距与卫星中继等通信手段，无人机飞行距离已显著提升，如图5所示，本发明中通信链路使用规划子模块133的实现流程为：

S501：分析任务要求，判断任务距离；

具体的，分析任务要求，提取出本次任务区距无人机起降机场的最大距离，若任务区距离起降机场小于200公里，则执行S502；若任务区距离起降机场大于200公里，但小于500公里，则执行S503；若任务区距离起降机场大于500公里，则执行S504。

需要说明的是，目前中空长航时无人机已普遍具备单站点视距、多站点视距中继、单视距与卫星中继等通信手段，单站点视距通信的通信距离为视距范围，卫星通信的通信覆盖区域为3000公里左右，通过多站点视距中继、单视距与卫星中继可有效扩大无人机的任务区域。

S502：单站点视距通信分析；

具体的，从任务规划情报数据库11内的无人机/载荷/链路113提取任务区所需的通信链路性能指标数据，从任务规划情报数据库11内的地理信息数据111提取任务区的高程数据，确定视距地面通信终端的编号、位置、海拔、视距主/副链路频道、视距主/副链路功率，任务区数字高程，分析地形遮蔽和地球曲率对任务区内不同飞行高度层链路的影响，若满足通信要求，则执行S505；若不满足通信要求，则建议增加远端视距地面站，执S503。

S503：多站点视距中继通信分析；

具体的，在单视距站无法满足任务要求时，增加远端控制站，从任务规划情报数据库11内的无人机/载荷/链路113提取任务区所需的通信链路性能指标数据，从任务规划情报数据库11内的地理信息数据111提取任务区的数字高程，通过计算选择适合的交接区域，从而确定远端控制站的部署位置，在确定远端控制站的部署位置后，制定链路控制权交接计划，以确保飞行安全。

S504：单视距与卫星中继通信分析；

具体的，在执行超远距离任务时，增加卫通控制站，制定链路控制权交接计划，由视距站负责无人机的起降控制，在任务区执行任务过程中，由卫通控制站负责执行任务。

S505：制定通信频率使用规划；

具体的，根据上级指挥控制部门下发的任务指令，提取任务执行阶段对通信频率使用的约束，制定任务执行各阶段的通信频率使用计划。

S506：制定通信速率使用规划；

具体的，光电载荷、合成孔径雷达、通信侦察载荷的通信速率要求各不相同，根据任务执行阶段的载荷使用规划，制定通信速率使用计划，形成最终通信链路使用规划报告。

图6为本发明中系统运行管理模块中角色管理子模块实现流程图。

角色管理子模块151用于根据任务规划情报数据库11中的用户及系统信息数据116确定用户16的操作权限，如图6所示，本发明中角色管理子模块151的实现流程为：

S601：系统运行管理模块15接收登录指令，角色管理子模块151连接用户及系统信息数据118；

具体的，系统运行管理模块15接收登陆指令，角色管理子模块151连接用户及系统信息数据118，读取用户信息，将接收到的登陆指令信息与用户及系统信息数据118中的用户信息匹配，验证用户16身份。

S602：判断用户16身份和权限；

具体的，根据用户16身份类型确定操作权限，若用户身份类型为超级用户，则执行S503；若用户身份类型为指挥官，则执行S504；若用户身份类型为普通用户，则执行502。

S603：负责对系统所有用户信息、基础信息数据和系统运行日志进行管理；

具体的，系统超级用户负责对系统所有用户信息、基础信息数据和系统运行日志进行管理，但不具备与任务规划业务有关的操作能力。超级用户能够查看、增加、删除、修改指挥官和普通用户信息，设置指挥官和普通用户系统权限，管理根据任务规划情报数据库11中基础信息数据和日志管理，更新用户及系统信息数据116。

S604：负责管理和维护个人账户，具备软件功能最高操作权限；

具体的，指挥官能查看和修改自身信息，且具备软件功能最高操作权限，可进行任务接收、任务浏览、任务情报浏览与编辑、任务制定、任务分发等操作。

S605：负责管理和维护个人账户，具备相应软件功能操作权限；

具体的，飞行控制人员接收飞行航路文件，执行飞行任务；载荷控制人员接收载荷任务规划文件，执行载荷操作指令；通信链路控制人员接收通信链路任务规划文件，执行链路操作指令。

图7为本发明中日志管理子模块功能模块图。

日志管理子模块154用于管理和维护任务编辑日志701、系统操作日志702和其他日志703，如图7所示，日志管理子模块154包含三项日志，分别为任务编辑日志701、系统操作日志702和其他日志703，通过日志管理子模块154记录用户16的操作和系统状态，可实现对各用户基本操作的监督及系统状态的跟踪，各功能模块如下：

任务编辑日志701，包括：任务下发时间、任务区情报更新时间、威胁空间模型建立操作、飞行航路设计人员、载荷使用规划人员、链路使用规划人员、任务分发时间等，通过任务编辑日志701可以对任务规划各个时期的信息进行记录，明确人员责任。

系统操作日志702，包括：系统启动时间、系统关闭时间、用户登陆时间、系统操作种类、系统操作描述和用户操作指令等。通过系统操作日志702可以有效的对系统操作进行监管，有利于后期系统异常时的维护。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种中空长航时无人机任务规划系统，其特征在于，包括：任务规划情报数据库、数据引接与发布模块、任务规划模块、地理信息引擎和系统运行管理模块；

所述任务规划情报数据库，用于存储和管理地理信息数据、任务信息数据、无人机/载荷/链路性能数据、任务区情报数据、无人机系统遥测数据，为无人机任务规划系统提供数据服务；

所述数据引接与发布模块，用于接收和处理无人机地面指挥控制站提供的无人机系统遥测数据、上级指挥部门下发的任务信息数据和任务区情报数据，进行解析并存储到所述任务规划情报数据库中；发布指定格式的无人机状态信息和任务报告给上级指挥部门；

所述任务规划模块，用于从任务规划情报数据库和数据引接与发布模块获取无人机系统遥测数据、任务信息数据和任务区情报数据，根据上级指挥部门下发的任务信息数据，结合任务类型、无人机性能指标、载荷性能指标以及通信链路性能指标完成威胁空间建模、通信链路使用规划、航路设计与载荷使用规划；

所述地理信息引擎，用于根据从任务规划情报数据库获取地理信息数据、任务区情报数据和无人机系统遥测数据以及从任务规划模块获取的通信链路使用规划、航路设计与载荷使用规划，在侦察、导航、定位和链路规划环节中为用户提供数字地形、综合态势显示和任务数据编辑服务。

2.根据权利要求1所述的一种中空长航时无人机任务规划系统，其特征在于，所述数据引接与发布模块，包括：

无人机遥测数据处理子模块，用于获取无人机地面指挥控制站提供的无人机系统遥测数据，包括飞行状态遥测数据、光电载荷状态遥测数据、合成孔径雷达状态遥测数据、通信侦察载荷状态遥测数据、火控状态遥测数据、通信链路状态遥测数据以及光电载荷图像数据，经过解析后存入任务规划情报数据库；

任务指令与情报数据处理子模块，用于获取上级指挥部门下发的任务信息数据和情报信息数据，包括任务指令、空域情报以及威胁环境，经过解析后存入任务规划情报数据库；

数据发布子模块，将指定格式的无人机系统状态信息和任务报告发送至上级指挥部门。

3.根据权利要求1所述的一种中空长航时无人机任务规划系统，其特征在于，所述任务规划模块，包括：

威胁空间建模子模块，用于从所述任务规划情报数据库获取任务区情报数据，包括地基一次雷达、地空导弹、高炮和气象数据，进行建模，计算威胁区，确定飞行安全区；

航路设计与载荷使用规划子模块，根据所述威胁空间建模子模块提供的飞行安全区，结合任务类型、无人机和任务载荷性能，进行航路设计与载荷使用规划；

通信链路使用规划子模块，根据通信链路性能指标以及任务区范围进行无人机飞行通信链路使用规划，通信链路性能指标包括无人机通信链路作用距离、地面数据终端种类和数量、通信带宽以及通信频率。

4.根据权利要求1所述的中空长航时无人机任务规划系统，其特征在于，所述地理信息引擎，包括：

数字地形子模块，用于从所述任务规划情报数据库获取地理信息数据、任务区情报数据，为用户提供栅格、矢量地图显示，空域和威胁目标标绘；

综合态势显示子模块，用于从所述任务规划情报数据库获取任务区情报数据和无人机系统遥测数据，在数字地形子模块形成的地图上，显示任务区的空情态势、光电载荷侦照区域，无人机姿态、发动机转速、油量、上/下行链路工作状态信息通过图形化仪表显示；

任务数据编辑子模块，用于根据任务需求，对任务规划模块提供的通信链路使用规划、航路设计与载荷使用规划进行二次编辑，制定和维护任务区情报数据。

5.根据权利要求1～4任一项所述的一种中空长航时无人机任务规划系统，其特征在于：

所述地理信息数据，包括供无人机飞行和任务规划使用的卫星影像、遥感影像、ShapeFile、GeoTiff以及数字高程数据；

所述任务信息数据，包括：任务时间、任务区域、任务目标、任务类型、任务配置、任务指令数据、向上级指挥部门提供的数据、任务报告数据。

6.根据权利要求5所述的一种中空长航时无人机任务规划系统，其特征在于：任务指令数据又包括：飞行控制指令、光电载荷控制指令、合成孔径雷达控制指令、通信侦察载荷控制指令、通信链路控制指令；

向上级指挥部门提供的数据，包括无人机位置、方位、俯仰、高度、速度、光电载荷方位、俯仰、测距值；

任务报告数据，包括：任务编号、无人机编号、载荷配置与编号、无人机起降时间、起降机场、起降方向、链路频率、武器配置、任务完成度。

7.根据权利要求1～4任一项所述的一种中空长航时无人机任务规划系统，其特征在于：所述无人机/载荷/链路性能数据，包括无人机性能数据、载荷性能数据以及链路性能数据，

其中，无人机性能数据包括：无人机型号、最大飞行速度、巡航速度、巡航高度、最大续航时间、实用升限、最大起飞重量、最大任务载重、耗油率；

载荷性能数据包括与光电载荷相关的性能数据、与通信侦察载荷相关的性能数据、与合成孔径雷达相关的性能数据以及与武器相关的性能数据；

与光电载荷相关的性能数据包括：可见光探测距离、识别距离、焦距范围、红外探测距离、识别距离、焦距范围、激光最大照射距离、重量、体积、俯仰角限位；

与通信侦察载荷相关的性能数据包括：侦测频率、侦测目标类型、最大功率、工作模式、作用距离、测向精度、定位精度；

与合成孔径雷达相关的性能数据包括：工作频率、最大功率、工作模式、作用距离、测绘宽度、图像分辨率；

与武器相关的性能数据包括：武器类型、重量、打击距离、命中精度、导引头扇面角；

所述链路性能数据包括：视距主/副链路频率范围、视距主/副链路最大作用距离、视距主/副链路传输带宽、卫通链路传输带宽、地面数据终端坐标、高度。

8.根据权利要求1～4任一项所述的一种中空长航时无人机任务规划系统，其特征在于：所述任务区情报数据，包括任务区空域有关的数据、任务区威胁环境有关的数据以及任务区空情态势有关的数据，

其中，与任务区空域有关的数据包括：飞行区边界、禁飞区边界、感兴趣点坐标、导航台、机场名称、坐标、跑道长度、跑道方向、海拔高度、重要障碍物位置、高度；

与任务区威胁环境有关的数据包括：探测类地基一次雷达有关的位置、性能参数、地空导弹和火炮的位置、性能参数、预警范围、杀伤范围、拦截覆盖范围、任务区的机场天气预报、地面气象观测资料、高空气象观测资料、卫星云图、航空气象报文；

与任务区空情态势有关的数据包括：任务区各类飞行器的编号、位置、航向、高度、速度、敌我属性。

9.根据权利要求1～4任一项所述的一种中空长航时无人机任务规划系统，其特征在于：所述无人机系统遥测数据，包括无人机飞行状态有关的遥测数据、光电载荷有关的遥测数据、合成孔径雷达有关的遥测数据、通信侦察载荷有关的遥测数据、火控计算机有关的遥测数据以及通信链路有关的遥测数据，

其中，与无人机飞行状态有关的遥测数据包括：编号、位置、航向、滚转、俯仰、空速、地速、大气高度、海拔高度、电流、电压、刹车状态、发动机转速、系统时间；

与光电载荷有关的遥测数据包括：方位角、俯仰角、焦距、测距值、定位坐标、激光照射状态、当前传感器；

与合成孔径雷达有关的遥测数据包括：工作频率、方位角、动目标坐标；

与通信侦察载荷有关的遥测数据包括：工作频率、侦听方位、目标坐标；

与火控计算机有关的遥测数据包括：发控盒状态、武器上电状态；

与通信链路有关的遥测数据包括：地面数据终端编号、位置、海拔、视距主/副链路频道、视距主/副链路功率、视距主/副链路加密状态、视距主/副链路锁定状态、卫通链路加密状态、卫通链路锁定状态、链路控制权、链路工作故障标志。