CN112596544B - 一种低速无人机满足炸弹投放扇面角条件的攻击航路在线规划方法 - Google Patents

Abstract

一种低速无人机满足炸弹投放扇面角条件的攻击航路在线规划方法，可直观地表示出空中风场在低速无人机投放炸弹时，对炸弹投放扇面角的影响，实时判断当前高空风况是否满足低速无人机执行炸弹投放任务，在线计算炸弹攻击航路的调整角度及调整方向，引导低速无人机快速完成炸弹打击任务，提高低速无人机执行炸弹打击任务时的灵活性和时效性，从而最大限度地提高炸弹的使用能效。

Description

一种低速无人机满足炸弹投放扇面角条件的攻击航路在线规 划方法

技术领域

本发明涉及一种低速无人机满足炸弹投放扇面角条件的攻击航路在线规划方法，属于无人机技术中目标打击技术领域。

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。由于无人机本身飞行速度较低，高空风对无人机的飞行姿态影响很大，且大多数无人机机载炸弹不带有动力装置。因此，低速无人机投放炸弹时，容易受到空中侧风的影响导致偏流角较大进而影响炸弹投放扇面角条件。

常规的做法是，将无人机的炸弹攻击航路按照顺风或者逆风，且指向打击目标的方向设计，使炸弹的投放扇面角尽可能小。此种做法的缺点是，设计出的攻击航路入口可能与无人机当前所处的位置较远，需要无人机飞行较长的一段时间，才能完成打击任务，无人机执行炸弹打击任务时的灵活性和时效性较低。

随着制导炸弹气动外形的优化和导航控制算法的发展，制导炸弹投放时允许的扇面角范围逐渐变大。此外，常规航空炸弹多采用低阻外形，也允许在一定范围的扇面角内投放。这使得低速无人机执行炸弹打击任务时，在一定的空中侧风环境，且满足投放要求的较大扇面角条件下，能够进行炸弹的投放操作。此时，当无人机在执行炸弹打击任务的飞行过程中，若依旧按照顺风或者逆风的攻击航路进行炸弹打击作业，将降低灵活性与实效性。因此，为了满足低速无人机投放炸弹时的扇面角条件，又尽可能快速且灵活地完成炸弹打击任务，需要研究一种能够在一定侧风条件下实时在线完成低速无人机炸弹攻击航路规划的方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，低速无人机按照顺风或者逆风的攻击航路进行炸弹打击作业容易降低灵活性与实效性的问题，提出了一种低速无人机满足炸弹投放扇面角条件的攻击航路在线规划方法。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种低速无人机满足炸弹投放扇面角条件的攻击航路在线规划方法，步骤如下：

(1)根据低速无人机的飞行速度和炸弹的最大投放扇面角，计算低速无人机投放炸弹时允许的最大侧风分量；

(2)根据炸弹离轨飞行的最大高空风速限制、低速无人机飞行的最大高空风速限制，确定低速无人机执行炸弹打击任务时允许的最大高空风速；

(3)绘制能够表征炸弹攻击航路、最大高空风速限制条件、炸弹投放扇面角满足情况三者之间关系的彩虹环；

(4)对当前攻击航路下的高空风况进行判断，若不满足低速无人机执行炸弹投放任务，则计算炸弹攻击航路的调整角度及调整方向，进入步骤(5)；若满足，则按当前攻击航路进行炸弹投放任务；

(5)根据步骤(4)所得炸弹攻击航路的调整角度及调整方向，引导低速无人机进行炸弹打击任务。

所述步骤(1)中，低速无人机投放炸弹时允许的最大侧风分量V_WMBRx的计算方法为：

V_WMBRx＝V_UAV·sinθ_Max

式中，低速无人机的飞行速度为巡航空速V_UAV，炸弹的最大投放扇面角为θ_Max。

所述步骤(2)中，低速无人机执行炸弹打击任务时，允许的最大高空风速为V_WM，计算方法为：

V_WM＝min{V_WMB,V_WMU}

式中，V_WMB为炸弹离轨飞行的最大高空风速限制，V_WMU为低速无人机飞行的最大高空风速限制，即低速无人机执行炸弹打击任务时，要同时满足炸弹离轨飞行和无人机飞行对高空风速的要求。

所述步骤(3)构建的彩虹环中，U表示无人机，T表示目标，矢量

表示无人机地速，矢量

表示无人机巡航空速，矢量

表示高空风速V_WS，O为彩虹环的中心，L1表示指向目标的攻击航路，半径为R_Min的圆用于表示在攻击航路L1下进行炸弹投放时，侧风分量的限制，且有R_Min＝V_WMBRx；半径为R_Max的圆用于表示执行炸弹打击任务时，允许的最大高空风速，且有R_Max＝V_WM；两条与L1平行的线l1和l2与半径为R_Min的圆相切，平行线l1、l2与该圆围成的条带区域，用于表示满足攻击航路L1的炸弹投放扇面角条件的空中风场区域。

所述彩虹环中，半径R_Max必大于半径R_Min，低速无人机执行炸弹打击任务时允许的最大高空风速应大于投放炸弹时允许的最大侧风分量，若R_Max不大于R_Min，则在低速无人机执行炸弹打击任务时允许的最大高空风速限制内，高空风场均可满足炸弹的投放扇面角条件，无人机可完成炸弹攻击任务。

所述步骤(4)中，根据彩虹环中任意攻击航路的条带区域，判断当前高空风况是否满足低速无人机执行炸弹投放任务条件，具体判断公式为：

式中，α₁表示炸弹攻击航路来流方向的角度，以正北方向为零度，顺时针旋转，取值范围为0°～360°；β表示高空风来流方向的角度，以正北方向为零度，顺时针旋转，取值范围为0°～360°；α₁-β即为炸弹攻击航路来流方向与高空风来流方向之间的夹角；

当高空风速V_WS满足上述判断公式时，则满足低速无人机执行炸弹投放任务的条件；当高空风速V_WS不满足上述判断公式时，则不满足低速无人机执行炸弹投放任务的条件。

所述步骤(4)中，需要对彩虹环进行改造，以目标T作为彩虹环的圆心，炸弹攻击航路和高空风速矢量均指向圆心T，改造后彩虹环用于直观表示出超限的高空风速与炸弹攻击航路调整量及调整方向之间的关系。

所述步骤(4)中，于当前高空风况条件下，满足该高空风况条件的炸弹投放扇面角条件的攻击航路角度范围的计算公式为：

式中，α₂、α₃、α₄、α₅分别为边界航路L2、航路L3、航路L4和航路L5的角度，均以正北方向为零度，顺时针旋转，取值范围为0°～360°。

所述步骤(4)中，若当前高空风况不满足低速无人机执行炸弹投放任务，在线计算炸弹攻击航路的调整角度及调整方向，调整角度的计算公式具体为：

式中，n取值为2、3、4、5，分别表示为将角度为α₁的炸弹攻击航路L1调整至角度为α₂的航路L2、角度为α₃的航路L3、角度为α₄的航路L4和角度为α₅的航路L5所需要调整的角度；

其中，调整方向具体为：

若|α₁-α_n|≤π且α₁≥α_n，则逆时针方向调整Δα_n；

若|α₁-α_n|≤π且α₁＜α_n，则顺时针方向调整Δα_n；

若|α₁-α_n|＞π且α₁≥α_n，则顺时针方向调整Δα_n；

若|α₁-α_n|＞π且α₁＜α_n，则逆时针方向调整Δα_n。

所述步骤(5)中，根据调整角度及调整方向的计算结果，引导无人机完成炸弹打击任务的方法为：

将角度为α₁的炸弹攻击航路L1，按照调整角度最小化原则，即朝向与攻击航路L1的角度差最小的攻击航路的方向，调整角度Δα至航路L2、航路L3、航路L4或航路L5上，然后在航路L2至航路L3之间，或航路L4至航路L5之间进行微调，其中：

Δα的计算公式为：

Δα＝min{Δα_n}，n＝2，3，4，5

若Δα＝Δα₂，则首先将炸弹攻击航路L1调整至航路L2，然后在角度α₃至角度α₂之间进行微调；若Δα＝Δα₃，则首先将炸弹攻击航路L1调整至航路L3，然后在角度α₃至角度α₂之间进行微调；若Δα＝Δα₄，则首先将炸弹攻击航路L1调整至航路L4，然后在角度α₅至角度α₄之间进行微调；若Δα＝Δα₅，则首先将炸弹攻击航路L1调整至航路L5，然后在角度α₅至角度α₄之间进行微调。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明提供的一种低速无人机满足炸弹投放扇面角条件的攻击航路在线规划方法，能够实时判断当前高空风况是否满足低速无人机执行炸弹投放任务的图像化示意方法，提高了低速无人机执行炸弹打击任务时的实效性，同时能够在线计算炸弹攻击航路的调整角度及调整方向，提高了低速无人机执行炸弹打击任务时的灵活性。

(2)本发明采用可以辅助无人机的武器操作手在一定的侧风条件下完成炸弹打击任务，优化了炸弹在低速无人机上的使用条件，从而最大限度地提高了炸弹的使用能效。

附图说明

图1为发明提供的低速无人机炸弹投放扇面角计算示意图；

图2为发明提供的低速无人机炸弹投放扇面角满足条件计算示意图；

图3为发明提供的任意攻击航路下低速无人机炸弹投放扇面角条件满足情况与高空风况的关系示意图；

图4为发明提供的当前高空风况条件下炸弹攻击航路的调整角度及调整方向的示意图；

具体实施方式

一种低速无人机满足炸弹投放扇面角条件的攻击航路在线规划方法，可直观地表示出空中风场在低速无人机投放炸弹时，对炸弹投放扇面角的影响，实时判断当前高空风况是否满足低速无人机执行炸弹投放任务，在线计算炸弹攻击航路的调整角度及调整方向，引导低速无人机快速完成炸弹打击任务，提高低速无人机执行炸弹打击任务时的灵活性和时效性，从而最大限度地提高炸弹的使用能效，具体步骤如下：

(1)根据低速无人机的飞行速度和炸弹的最大投放扇面角，计算低速无人机投放炸弹时允许的最大侧风分量；

其中，低速无人机投放炸弹时允许的最大侧风分量V_WMBRx的计算方法为：

V_WMBRx＝V_UAV·sinθ_Max

式中，低速无人机的飞行速度为巡航空速V_UAV，炸弹的最大投放扇面角为θ_Max；

(2)根据炸弹离轨飞行的最大高空风速限制、低速无人机飞行的最大高空风速限制，确定低速无人机执行炸弹打击任务时允许的最大高空风速；

其中，低速无人机执行炸弹打击任务时，允许的最大高空风速为V_WM，计算方法为：

V_WM＝min{V_WMB,V_WMU}

式中，V_WMB为炸弹离轨飞行的最大高空风速限制，V_WMU为低速无人机飞行的最大高空风速限制，即低速无人机执行炸弹打击任务时，要同时满足炸弹离轨飞行和无人机飞行对高空风速的要求；

(3)绘制能够表征炸弹攻击航路、最大高空风速限制条件、炸弹投放扇面角满足情况三者之间关系的彩虹环；构建的彩虹环中，U表示无人机，T表示目标，矢量

表示无人机地速，矢量

表示无人机巡航空速，矢量

表示高空风速V_WS，O为彩虹环的中心，L1表示指向目标的攻击航路，半径为R_Min的圆用于表示在攻击航路L1下进行炸弹投放时，侧风分量的限制，且有R_Min＝V_WMBRx；半径为R_Max的圆用于表示执行炸弹打击任务时，允许的最大高空风速，且有R_Max＝V_WM；两条与L1平行的线l1和l2与半径为R_Min的圆相切，平行线l1、l2与该圆围成的条带区域，用于表示满足攻击航路L1的炸弹投放扇面角条件的空中风场区域；

彩虹环中，半径R_Max必大于半径R_Min，低速无人机执行炸弹打击任务时允许的最大高空风速应大于投放炸弹时允许的最大侧风分量，若R_Max不大于R_Min，则在低速无人机执行炸弹打击任务时允许的最大高空风速限制内，高空风场均可满足炸弹的投放扇面角条件，无人机可完成炸弹攻击任务；

(4)对当前攻击航路下的高空风况进行判断，若不满足低速无人机执行炸弹投放任务，则计算炸弹攻击航路的调整角度及调整方向，进入步骤(5)；若满足，则按当前攻击航路进行炸弹投放任务；

其中，根据彩虹环中任意攻击航路的条带区域，判断当前高空风况是否满足低速无人机执行炸弹投放任务条件，具体判断公式为：

式中，α₁表示炸弹攻击航路来流方向的角度，以正北方向为零度，顺时针旋转，取值范围为0°～360°；β表示高空风来流方向的角度，以正北方向为零度，顺时针旋转，取值范围为0°～360°；α₁-β即为炸弹攻击航路来流方向与高空风来流方向之间的夹角；

当高空风速V_WS满足上述判断公式时，则满足低速无人机执行炸弹投放任务的条件；当高空风速V_WS不满足上述判断公式时，则不满足低速无人机执行炸弹投放任务的条件；

在该步骤中，需要对彩虹环进行改造，以目标T作为彩虹环的圆心，炸弹攻击航路和高空风速矢量均指向圆心T，改造后彩虹环用于直观表示出超限的高空风速与炸弹攻击航路调整量及调整方向之间的关系；

于当前高空风况条件下，满足该高空风况条件的炸弹投放扇面角条件的攻击航路角度范围的计算公式为：

式中，α₂、α₃、α₄、α₅分别为边界航路L2、航路L3、航路L4和航路L5的角度，均以正北方向为零度，顺时针旋转，取值范围为0°～360°；

若当前高空风况不满足低速无人机执行炸弹投放任务，在线计算炸弹攻击航路的调整角度及调整方向，调整角度的计算公式具体为：

式中，n取值为2、3、4、5，分别表示为将角度为α₁的炸弹攻击航路L1调整至角度为α₂的航路L2、角度为α₃的航路L3、角度为α₄的航路L4和角度为α₅的航路L5所需要调整的角度；

其中，调整方向具体为：

若|α₁-α_n|≤π且α₁≥α_n，则逆时针方向调整Δα_n；

若|α₁-α_n|≤π且α₁＜α_n，则顺时针方向调整Δα_n；

若|α₁-α_n|＞π且α₁≥α_n，则顺时针方向调整Δα_n；

若|α₁-α_n|＞π且α₁＜α_n，则逆时针方向调整Δα_n。

(5)根据步骤(4)所得炸弹攻击航路的调整角度及调整方向，引导低速无人机进行炸弹打击任务，其中：

根据调整角度及调整方向的计算结果，引导无人机完成炸弹打击任务的方法为：

将角度为α₁的炸弹攻击航路L1，按照调整角度最小化原则，即朝向与攻击航路L1的角度差最小的攻击航路的方向，调整角度Δα至航路L2、航路L3、航路L4或航路L5上，然后在航路L2至航路L3之间，或航路L4至航路L5之间进行微调，其中：

Δα的计算公式为：

Δα＝min{Δα_n}，n＝2，3，4，5

若Δα＝Δα₂，则首先将炸弹攻击航路L1调整至航路L2，然后在角度α₃至角度α₂之间进行微调；若Δα＝Δα₃，则首先将炸弹攻击航路L1调整至航路L3，然后在角度α₃至角度α₂之间进行微调；若Δα＝Δα₄，则首先将炸弹攻击航路L1调整至航路L4，然后在角度α₅至角度α₄之间进行微调；若Δα＝Δα₅，则首先将炸弹攻击航路L1调整至航路L5，然后在角度α₅至角度α₄之间进行微调。

下面结合具体实施例进行进一步说明：

在本实施例中，低速无人机的满足炸弹投放扇面角条件的攻击航路在线规划方法，根据低速无人机投放炸弹的特点、低速无人机的飞行速度、炸弹投放扇面角的限制，以及低速无人机飞行和炸弹投放对空中风场的要求，计算出满足低速无人机投放炸弹时扇面角限制的最大侧风和低速无人机执行炸弹打击任务的允许最大风速；绘制能够表示炸弹攻击航路、高空风速限制条件和炸弹投放扇面角满足情况三者之间关系的环形示意图，利用此示意图实时判断当前高空风况是否满足低速无人机执行炸弹投放任务，在线计算炸弹攻击航路的调整角度及调整方向，引导低速无人机快速完成炸弹打击任务。具体包括以下步骤：

步骤一、根据低速无人机的飞行速度和炸弹的最大投放扇面角，计算低速无人机投放炸弹时允许的最大侧风分量；

步骤二、根据炸弹离轨飞行的最大高空风速限制和低速无人机飞行的最大高空风速限制，确定低速无人机执行炸弹打击任务时允许的最大高空风速；

步骤三、绘制能够表征炸弹攻击航路、高空风速限制条件和炸弹投放扇面角满足情况三者之间关系的环形示意图，即彩虹环；

步骤四、实时判断当前高空风况是否满足低速无人机执行炸弹投放任务；

步骤五、若当前高空风况不满足低速无人机执行炸弹投放任务，在线计算炸弹攻击航路的调整角度及调整方向；

步骤六、根据步骤五的计算结果，引导无人机完成炸弹打击任务。

步骤一中，航空器飞行多使用空速表征飞行速度，低速无人机的空速小，投放炸弹时需将攻击航路方向指向目标；低速无人机的空速调整范围较小，其调整量对本发明的影响较小，为便于理解，低速无人机的飞行速度选为无人机的巡航空速V_UAV。炸弹的投放扇面角θ是指，低速无人机与炸弹打击目标之间的连线在水平面上的投影，与低速无人机机体纵轴线在水平面上的投影之间的夹角，其与高空风的关系如图1所示。U表示无人机，T表示目标，L表示指向目标的攻击航路，V_GS和V_WS分别表示无人机的地速和高空风速，V_WSX和V_WSY分别表示高空风在垂直攻击航路上的侧风分量和平行攻击航路上的顺/逆风分量，θ、V_UAV和V_WSX三者之间的关系表达式如下：

V_WSX＝V_UAV·sinθ

则有，低速无人机投放炸弹时，允许的最大侧风分量V_WMBRx的表达式如下：

V_WMBRx＝V_UAV·sinθ_Max

其中，θ_Max为炸弹的最大投放扇面角，由炸弹的正常投放要求决定。

步骤二中，低速无人机执行炸弹打击任务时，允许的最大高空风速V_WM的表达式为：

V_WM＝min{V_WMB,V_WMU}

其中，V_WMB为炸弹离轨飞行的最大高空风速限制，V_WMU为低速无人机飞行的最大高空风速限制，即低速无人机执行炸弹打击任务时，要同时满足炸弹离轨飞行和无人机飞行对高空风速的要求。

步骤三中，如图2所示。U表示无人机，T表示目标，矢量

表示无人机地速，矢量

表示无人机巡航空速，矢量

表示高空风速V_WS，L1表示指向目标的攻击航路，半径为R_Min的小圆用于表示在攻击航路L1下进行炸弹投放时，侧风分量的限制，且有R_Min＝V_WMBRx；半径为R_Max的大圆用于表示执行炸弹打击任务时，允许的最大高空风速，且有R_Max＝V_WM；两条与L1平行的线l1和l2与半径为R_Min的小圆相切，用于表示满足炸弹投放扇面角条件的空中风场区域。这种能够表征炸弹攻击航路、高空风速限制条件和炸弹投放扇面角满足情况三者之间关系的环形示意图，命名为彩虹环。

步骤四中，如图3所示。L1表示指向目标的攻击航路，两条与L1平行且与小圆相切的直线l1和l2，与大圆相交的交点为E、F、G和H。根据步骤三中对彩虹环的描述，当表示高空风速V_WS的矢量

在条带区域EFGH内时，高空风速V_WS小于等于低速无人机执行炸弹打击任务时，允许的最大高空风速V_WM(即大圆的半径R_Max)，高空风在垂直攻击航路上的侧风分量V_WSX小于等于低速无人机投放炸弹时，允许的最大侧风分量V_WMBRx(即小圆的半径R_Min)，此时炸弹投放扇面角θ小于等于炸弹的最大投放扇面角θ_Max。反之，若当高空风速V_WS的矢量

在条带区域EFGH以外时，炸弹投放扇面角θ大于炸弹的最大投放扇面角θ_Max，不满足炸弹投放条件，无法进行炸弹投放任务。因此，条带区域EFGH，即为在给定的炸弹攻击航路L1下，满足在该航路下进行炸弹打击任务时扇面角条件的空中风场区域。借助彩虹环中的条带区域EFGH，实时判断当前高空风况是否满足低速无人机执行炸弹投放任务，判断计算公式为：

其中，α₁表示炸弹攻击航路来流方向的角度，以正北方向为零度，顺时针旋转，取值范围为0°～360°；β表示高空风来流方向的角度，以正北方向为零度，顺时针旋转，取值范围为0°～360°；α₁-β即为炸弹攻击航路来流方向与高空风来流方向之间的夹角。

实时判断当前高空风况是否满足低速无人机执行炸弹投放任务的具体方法为：当高空风速V_WS满足上述判断公式时，则满足低速无人机执行炸弹投放任务的条件；当高空风速V_WS不满足上述判断公式时，则不满足低速无人机执行炸弹投放任务的条件。

步骤五中，对彩虹环进行改造，以目标T作为彩虹环的圆心，炸弹攻击航路和高空风速矢量均指向圆心T，改造后的彩虹环能够更加直观地表示出超限的高空风速与炸弹攻击航路调整量及调整方向之间的关系，如图4所示。L1表示指向圆心T的角度为α₁的炸弹攻击航路，矢量

表示指向圆心T的当前高空风况，根据步骤四的判断方法，低速无人机在攻击航路L1上，无法在当前高空风况下完成炸弹打击任务，需将炸弹攻击航路调整到航路L2至航路L3之间或者航路L4至航路L5之间，其中，航路L2、航路L3、航路L4和航路L5满足：通过I点且与航路L2、航路L3、航路L4和航路L5平行的虚线l3和l4均与小圆相切。根据彩虹环的特点，航路L2至航路L3之间和航路L4至航路L5之间的炸弹攻击航路所对应的条带区域，均能够覆盖矢量

因此，在此范围内的攻击航路均满足炸弹投放扇面角条件。

令α₂、α₃、α₄和α₅分别为航路L2、航路L3、航路L4和航路L5的角度，计算公式为：

式中，α₂、α₃、α₄和α₅均以正北方向为零度，顺时针旋转，取值范围为0°～360°。

令Δα_n，n取值为2，3，4和5，分别表示为将角度为α₁的炸弹攻击航路L1调整至角度为α₂的航路L2、角度为α₃的航路L3、角度为α₄的航路L4和角度为α₅的航路L5所需要调整的角度，计算公式为：

调整方向为：

若|α₁-α_n|≤π且α₁≥α_n，则逆时针方向调整Δα_n；

若|α₁-α_n|≤π且α₁＜α_n，则顺时针方向调整Δα_n；

若|α₁-α_n|＞π且α₁≥α_n，则顺时针方向调整Δα_n；

若|α₁-α_n|＞π且α₁＜α_n，则逆时针方向调整Δα_n。

步骤六中，根据步骤五的计算结果，引导无人机完成炸弹打击任务的方法为：将角度为α₁的炸弹攻击航路L1，按照调整角度最小化原则，即朝向与攻击航路L1的角度差最小的攻击航路的方向，调整角度Δα至航路L2、航路L3、航路L4或航路L5上，然后在航路L2至航路L3之间，或航路L4至航路L5之间进行微调。Δα的计算公式为：

Δα＝min{Δα_n}，n＝2，3，4，5。

调整策略为：若Δα＝Δα₂，则首先将炸弹攻击航路L1调整至航路L2，然后在角度α₃至角度α₂之间进行微调；若Δα＝Δα₃，则首先将炸弹攻击航路L1调整至航路L3，然后在角度α₃至角度α₂之间进行微调；若Δα＝Δα₄，则首先将炸弹攻击航路L1调整至航路L4，然后在角度α₅至角度α₄之间进行微调；若Δα＝Δα₅，则首先将炸弹攻击航路L1调整至航路L5，然后在角度α₅至角度α₄之间进行微调。

本发明适用于能够挂载炸弹的低速察打一体无人机，提出了一种低速无人机的满足炸弹投放扇面角条件的攻击航路在线规划方法，该方法可直观地表示出空中风场在低速无人机投放炸弹时，对炸弹投放扇面角的影响，实时判断当前高空风况是否满足低速无人机执行炸弹投放任务，在线计算炸弹攻击航路的调整角度及调整方向，引导低速无人机快速完成炸弹打击任务。该方法可辅助无人机的武器操作手在侧风条件下在线快速完成炸弹打击任务，提高低速无人机执行炸弹打击任务时的灵活性和时效性，从而最大限度地提高炸弹的使用能效。

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。

Claims (10)

1.一种低速无人机满足炸弹投放扇面角条件的攻击航路在线规划方法，其特征在于步骤如下：

(1)根据低速无人机的飞行速度和炸弹的最大投放扇面角，计算低速无人机投放炸弹时允许的最大侧风分量；

(2)根据炸弹离轨飞行的最大高空风速限制、低速无人机飞行的最大高空风速限制，确定低速无人机执行炸弹打击任务时允许的最大高空风速；

(3)绘制能够表征炸弹攻击航路、最大高空风速限制条件、炸弹投放扇面角满足情况三者之间关系的彩虹环；

(4)对当前攻击航路下的高空风况进行判断，若不满足低速无人机执行炸弹投放任务，则计算炸弹攻击航路的调整角度及调整方向，进入步骤(5)；若满足，则按当前攻击航路进行炸弹投放任务；

(5)根据步骤(4)所得炸弹攻击航路的调整角度及调整方向，引导低速无人机进行炸弹打击任务。

2.根据权利要求1所述的一种低速无人机满足炸弹投放扇面角条件的攻击航路在线规划方法，其特征在于：

所述步骤(1)中，低速无人机投放炸弹时允许的最大侧风分量V_WMBRx的计算方法为：

V_WMBRx＝V_UAV·sinθ_Max

式中，低速无人机的飞行速度为巡航空速V_UAV，炸弹的最大投放扇面角为θ_Max。

3.根据权利要求1所述的一种低速无人机满足炸弹投放扇面角条件的攻击航路在线规划方法，其特征在于：

所述步骤(2)中，低速无人机执行炸弹打击任务时，允许的最大高空风速为V_WM，计算方法为：

V_WM＝min{V_WMB,V_WMU}

式中，V_WMB为炸弹离轨飞行的最大高空风速限制，V_WMU为低速无人机飞行的最大高空风速限制，即低速无人机执行炸弹打击任务时，要同时满足炸弹离轨飞行和无人机飞行对高空风速的要求。

4.根据权利要求1所述的一种低速无人机满足炸弹投放扇面角条件的攻击航路在线规划方法，其特征在于：

所述步骤(3)构建的彩虹环中，U表示无人机，T表示目标，矢量

表示无人机地速，矢量

表示无人机巡航空速，矢量

表示高空风速V_WS，O为彩虹环的中心，L1表示指向目标的攻击航路，半径为R_Min的圆用于表示在攻击航路L1下进行炸弹投放时，侧风分量的限制，且有R_Min＝V_WMBRx；半径为R_Max的圆用于表示执行炸弹打击任务时，允许的最大高空风速，且有R_Max＝V_WM；两条与L1平行的线l1和l2与半径为R_Min的圆相切，平行线l1、l2与半径为R_Min的圆围成的条带区域，用于表示满足攻击航路L1的炸弹投放扇面角条件的空中风场区域。

5.根据权利要求1所述的一种低速无人机满足炸弹投放扇面角条件的攻击航路在线规划方法，其特征在于：

所述彩虹环中，半径R_Max必大于半径R_Min，低速无人机执行炸弹打击任务时允许的最大高空风速应大于投放炸弹时允许的最大侧风分量，若R_Max不大于R_Min，则在低速无人机执行炸弹打击任务时允许的最大高空风速限制内，高空风场均可满足炸弹的投放扇面角条件，无人机可完成炸弹攻击任务。

6.根据权利要求1所述的一种低速无人机满足炸弹投放扇面角条件的攻击航路在线规划方法，其特征在于：

所述步骤(4)中，根据彩虹环中任意攻击航路的条带区域，判断当前高空风况是否满足低速无人机执行炸弹投放任务条件，具体判断公式为：

式中，α₁表示炸弹攻击航路来流方向的角度，以正北方向为零度，顺时针旋转，取值范围为0°～360°；β表示高空风来流方向的角度，以正北方向为零度，顺时针旋转，取值范围为0°～360°；α₁-β即为炸弹攻击航路来流方向与高空风来流方向之间的夹角；

当高空风速V_WS满足上述判断公式时，则满足低速无人机执行炸弹投放任务的条件；当高空风速V_WS不满足上述判断公式时，则不满足低速无人机执行炸弹投放任务的条件。

7.根据权利要求6所述的一种低速无人机满足炸弹投放扇面角条件的攻击航路在线规划方法，其特征在于：

所述步骤(4)中，需要对彩虹环进行改造，以目标T作为彩虹环的圆心，炸弹攻击航路和高空风速矢量均指向圆心T，改造后彩虹环用于直观表示出超限的高空风速与炸弹攻击航路调整量及调整方向之间的关系。

8.根据权利要求1所述的一种低速无人机满足炸弹投放扇面角条件的攻击航路在线规划方法，其特征在于：

所述步骤(4)中，于当前高空风况条件下，满足该高空风况条件的炸弹投放扇面角条件的攻击航路角度范围的计算公式为：

式中，α₂、α₃、α₄、α₅分别为边界航路L2、航路L3、航路L4和航路L5的角度，均以正北方向为零度，顺时针旋转，取值范围为0°～360°。

9.根据权利要求1所述的一种低速无人机满足炸弹投放扇面角条件的攻击航路在线规划方法，其特征在于：

所述步骤(4)中，若当前高空风况不满足低速无人机执行炸弹投放任务，在线计算炸弹攻击航路的调整角度及调整方向，调整角度的计算公式具体为：

式中，n取值为2、3、4、5，分别表示为将角度为α₁的炸弹攻击航路L1调整至角度为α₂的航路L2、角度为α₃的航路L3、角度为α₄的航路L4和角度为α₅的航路L5所需要调整的角度；

其中，调整方向具体为：

若|α₁-α_n|≤π且α₁≥α_n，则逆时针方向调整Δα_n；

若|α₁-α_n|≤π且α₁<α_n，则顺时针方向调整Δα_n；

若|α₁-α_n|>π且α₁≥α_n，则顺时针方向调整Δα_n；

若|α₁-α_n|>π且α₁<α_n，则逆时针方向调整Δα_n。

10.根据权利要求1所述的一种低速无人机满足炸弹投放扇面角条件的攻击航路在线规划方法，其特征在于：

所述步骤(5)中，根据调整角度及调整方向的计算结果，引导无人机完成炸弹打击任务的方法为：

将角度为α₁的炸弹攻击航路L1，按照调整角度最小化原则，即朝向与攻击航路L1的角度差最小的攻击航路的方向，调整角度Δα至航路L2、航路L3、航路L4或航路L5上，然后在航路L2至航路L3之间，或航路L4至航路L5之间进行微调，其中：

Δα的计算公式为：

Δα＝min{Δα_n}，n＝2，3，4，5

若Δα＝Δα₂，则首先将炸弹攻击航路L1调整至航路L2，然后在角度α₃至角度α₂之间进行微调；若Δα＝Δα₃，则首先将炸弹攻击航路L1 调整至航路L3，然后在角度α₃至角度α₂之间进行微调；若Δα＝Δα₄，则首先将炸弹攻击航路L1调整至航路L4，然后在角度α₅至角度α₄之间进行微调；若Δα＝Δα₅，则首先将炸弹攻击航路L1调整至航路L5，然后在角度α₅至角度α₄之间进行微调。

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