CN112706925A - 一种无人机精准投弹方法 - Google Patents

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全铭
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Abstract

本发明的目的在于提供一种无人机抛掷炸弹的运动路径的分析方法，该方法可利用实测的风速、无人机飞行速度、投弹点高度等数据，分析弹体的实际运动路径，实时的调整无人机的炸弹投放角度。该方法能跟根据测得实时风速快速预测无人机抛掷弹体的运动路径，通过无人机群间的信息交互，调整无人机炸弹投掷角度，提高炸弹投掷的精准性。与现有的技术相比，本发明方法可以利用实测的风速、无人机飞行速度设置投弹角度，分析投掷弹体的运动路径；利用实测数据，可以使投弹更加精准，具有实际应用的价值，操作简单快捷。

Description

一种无人机精准投弹方法
技术领域
本发明属于无人机技术领域，具体是一种无人机精准投弹方法。
背景技术
进行投弹任务时，无人机作为炸弹载体相比传统炸弹投放方式具有显著优势，无人机具有操作简便、灵活性强、适应范围广和可以更快速、更精准的执行投弹任务的特点。随着无人机技术的不断发展，无人机的载弹量、遥控距离以及飞行高度不段提高。可以有效地解决大型投弹设备和地面人员在复杂条件下活动不便和飞机投放炸弹准确性较差等问题。无人机投弹为传统投弹方法做了有效的补充，可有效降低投弹成本，增加了炸弹的投掷精度。
目前，无人机在炸弹投放中可以通过更换携带的炸弹的类型用于军事、消防、建筑拆除等不同领域。但是，无人机投放的炸弹的运动轨迹受风向干扰明显，常常不能与制定的炸弹运动轨迹保持一致。影响了炸弹的最终落点，无法达成预定目标，难以实现投放炸弹的目的，增大了国家、人民的生命财产的安全风险。因此，需要一种基于无人机投放炸弹的运动路径分析方法实现精准投弹，通过实时地调整无人机投弹角度修正炸弹的运动轨迹，提升投弹爆破效率，使炸弹更加精准的抛掷到靶点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无人机抛掷炸弹的运动路径的分析方法，该方法可利用实测的风速、无人机飞行速度、投弹点高度等数据，分析弹体的实际运动路径，实时的调整无人机的炸弹投放角度。
根据上述需要解决的问题，本发明提供一种无人机抛掷炸弹的运动路径的分析方法，该方法能跟根据测得实时风速快速预测无人机抛掷弹体的运动路径，通过无人机群的信息交互，调整无人机炸弹投掷角度，提高炸弹投掷的精准性。
为达到上述目的，本发明方法包括以下步骤：
(1)确定靶向目标后，利用无人机搭载的24G微波雷达测得投掷点与靶点之间水平距离A0并选择投弹高度H。
(2)根据设置的炸弹着陆时间t0，根据测得的投弹点高度和无人机在水平方向的飞行速度得出并设定无人机的初始投弹角度。
Figure BDA0002901769420000021
Figure BDA0002901769420000022
V0为无人机投弹方向飞行速度，设无人机投弹方向为正方向，m/s；A0为24G微波雷达测得投掷点与靶点之间水平距离，m；H为无人机在投弹点的飞行高度，m；θ0为无人机飞行方向与水平方向夹角，即无人机投弹角度；t0为设置的炸弹着陆时间，s。
(3)在抵达投弹点前超声波风速风向仪测得抛掷弹体点的实时风速V1，得出流量Q，得出无人机整体受到的阻力F,并根据牛顿第二定律求得加速度a。
Q＝V1 cosθ0S
(3)
F＝PQ(-V0-V1cosθ0)＝-PQ(V0+V1cosθ0)＝-PV1cosθ0S(V0+V1cosθ0)
(4)
Figure BDA0002901769420000023
Q为流动流量，指在单位时间内流体通过一定截面积的量。这个量用流体的体积表示称为瞬时体积流量，简称体积流量，m3/s；V1为风在水平方向的速度为，m/s；S为无人机飞行方向与水平方向夹角受风压影响理想化受力面积，一般取S为0.5，m2，；P为大气密度，指单位体积大气中含有的空气质量，一般取P为1.2，Kg/m3；a为风压在投弹方向对无人机产生的加速度，m/s2；M为无人机及装载灭火弹的总重量，Kg。
(4)用得出加速度使用公式(6)(7)得出炸弹实际飞行时间t1。
Figure BDA0002901769420000024
Figure BDA0002901769420000025
t1为炸弹实际飞行时间。
(5)用得出的真实落地时间带入公式(8)(9)中，求得沿炸弹向靶点水平飞行的实际水平移动距离A1。
Figure BDA0002901769420000031
A1为炸弹向靶点水平飞行的实际水平移动距离，m。
(6)将求得沿炸弹向靶点水平飞行的水平移动距离A1与无人机测得投掷点与靶点之间距离A0进行比较，使用炸弹实际飞行时间t1和无人机测得投掷点与靶点之间距离A0得出新的无人机投弹角度，修正投弹误差。
Figure BDA0002901769420000032
Figure BDA0002901769420000033
θ1为设定的新的无人机投弹角度。
(7)完成投弹任务后，考虑到投弹后无人机整体质量发生变化，在执行下一次任务时，无人机及其装载炸弹总重量需减去投放的炸弹重量m，在计算出无人机质量变化后的加速度后，重复上一流程。
Figure BDA0002901769420000034
m为灭火弹重量，Kg。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供一种基于无人机运动路径分析的精准投弹方法，可以利用实测的风速、无人机飞行速度和投弹角度计算，得到投掷弹体的运动路径；与其他精准投弹方法相比，利用实测数据，可以使投弹更加精准，具有实际应用的价值。
本发明提供的路径分析方法操作简单快捷，只需要24G微波雷达和超声波风速风向仪就可以完成数据收集，推出炸弹抛掷飞行时受到的风压，根据设定的公式得出炸弹实际的飞行时间及飞行轨迹，为弹体路径的分析提供了数据支撑，从而实现投弹准确性的提高。
附图说明
附图1为本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明方法作进一步详细说明。
见图1，一种爆炸覆土和释放二氧化碳双重灭火方法，包括如下步骤：
(1)确定靶向目标后，利用24G微波雷达测得投掷点与靶点之间水平距离A0并选择投弹高度H。
(2)根据设置的炸弹着陆时间t0，根据测得的投弹点高度和无人机在水平方向的飞行速度得出并设定无人机的初始投弹角度。
Figure BDA0002901769420000041
Figure BDA0002901769420000042
V0为无人机投弹方向飞行速度，设无人机投弹方向为正方向，m/s；A0为24G微波雷达测得投掷点与靶点之间水平距离，m；H为无人机在投弹点的飞行高度，m；θ0为无人机飞行方向与水平方向夹角，即无人机投弹角度；t0为设置的炸弹着陆时间，s。
(3)在抵达投弹点前超声波风速风向仪测得抛掷弹体点的实时风速V1，得出流量Q，得出无人机整体受到的阻力F,并根据牛顿第二定律求得加速度a。
Q＝V1 cosθ0S
(3)
F＝PQ(-V0-V1cosθ0)＝-PQ(V0+V1cosθ0)＝-PV1cosθ0S(V0+V1cosθ0)
(4)
Figure BDA0002901769420000043
Q为流动流量，指在单位时间内流体通过一定截面积的量。这个量用流体的体积表示称为瞬时体积流量，简称体积流量，m3/s；V1为风在水平方向的速度为，m/s；S为无人机飞行方向与水平方向夹角受风压影响理想化受力面积，一般取S为0.5，m2，；P为大气密度，指单位体积大气中含有的空气质量，一般取P为1.2，Kg/m3；a为风压在投弹方向对无人机产生的加速度，m/s2；M为无人机及装载灭火弹的总重量，Kg。
(4)用得出加速度使用公式(6)(7)得出炸弹实际飞行时间t1。
Figure BDA0002901769420000051
Figure BDA0002901769420000052
t1为炸弹实际飞行时间。
(5)用得出的真实落地时间带入公式(8)(9)中，求得沿炸弹向靶点水平飞行的实际水平移动距离A1。
Figure BDA0002901769420000053
A1为炸弹向靶点水平飞行的实际水平移动距离，m。
(6)将求得沿炸弹向靶点水平飞行的水平移动距离A1与无人机测得投掷点与靶点之间距离A0进行比较，使用炸弹实际飞行时间t1和无人机测得投掷点与靶点之间距离A0得出新的无人机投弹角度，修正投弹误差。
Figure BDA0002901769420000054
Figure BDA0002901769420000055
θ1为设定的新的无人机投弹角度。
(7)完成投弹任务后，考虑到投弹后无人机整体质量发生变化，在执行下一次任务时，无人机及其装载炸弹总重量需减去投放的炸弹重量m，在计算出无人机质量变化后的加速度后，重复上一流程。
Figure BDA0002901769420000056
m为灭火弹重量，Kg。
实施例1
本发明方法根据实际测量的风速、无人机飞行高度、飞行速度和设定的炸弹飞行时间，对抛掷弹体的运动路径进行分析，初步得出投弹角度，再基于风速得出的流量、风压，计算出无人机的加速度，根据无人机飞行高度算出弹体真实飞行时间和实际飞行距离，与测距仪测得距离进行比较，判断误差后调整投弹角度。
基本参数：测得投弹点与靶点之间距离A0＝70m，投弹高度H＝200m，设置炸弹飞行时间t0＝4s；无人机及装载炸弹总重量M＝30Kg，实时风速V1＝5m/s，无人机投弹方向速度V0＝20m/s；无人机受力面积S＝0.5m2，；大气密度P＝1.2Kg/m3。
步骤1：以无人机群编组配合搭载炸弹的无人机执行任务，利用24G微波雷达测得投弹点与靶点之间距离A0＝70m并选择投弹高度H＝200m，根据设置弹体着陆时间t0＝4s，设置无人机初始投弹角度θ0，即无人机投弹方向与水平方向夹角。
Figure BDA0002901769420000061
步骤2：在抵达投弹点前使用超声波风速风向仪测得抛掷弹体点的实时风速V1＝5m/s，得出流量Q＝2.175m3/s，得出无人机整体受到的阻力F,并根据公式求得加速度a。
Figure BDA0002901769420000062
步骤3：用得出加速度计算炸弹实际飞行时间t1。
Figure BDA0002901769420000063
步骤4：用得出的实际飞行时间，使用公式计算出沿炸弹向靶点水平飞行的水平移动距离A1。
Figure BDA0002901769420000064
步骤5：将A1与24G微波雷达测得投掷点与靶点之间距离A0进行对比；
70m≠64m
误差较大，需要调整无人机投弹角度。
步骤6：用公式调整无人机采用新的投弹角度θ1，修正投弹误差，实现精准投弹。
Figure BDA0002901769420000071
步骤7：当完成投弹任务后开始下一次任务时，无人机及装载的炸弹总重量减去投放的炸弹重量，重复上述流程。
实施例2
基本参数：测得投弹点与靶点之间距离A0＝50m，投弹高度H＝200m，设置炸弹飞行时间t0＝5s；无人机及装载炸弹总重量M＝30Kg，实时风速V1＝4m/s，无人机投弹方向速度V0＝20m/s；无人机受力面积S＝0.5m2，；大气密度P＝1.2Kg/m3。
初始设定的投弹角度θ0＝56°，通过公式修正后投弹角度θ1＝47°
实施例3
基本参数：测得投弹点与靶点之间距离A0＝90m，投弹高度H＝300m，设置炸弹飞行时间t0＝6s；无人机及装载炸弹总重量M＝40Kg，实时风速V1＝10m/s，无人机投弹方向速度V0＝25m/s；无人机受力面积S＝0.5m2，；大气密度P＝1.2Kg/m3。
初始设定的投弹角度θ0＝53°，通过公式修正后投弹角度θ1＝25°。
实施例4
基本参数：测得投弹点与靶点之间距离A0＝84m，投弹高度H＝250m，设置炸弹飞行时间t0＝5s；无人机及装载炸弹总重量M＝40Kg，实时风速V1＝8m/s，无人机投弹方向速度V0＝30m/s；无人机受力面积S＝0.5m2，；大气密度P＝1.2Kg/m3。
初始设定的投弹角度θ0＝56°，通过公式修正后投弹角度θ1＝44°。

Claims (5)

1.一种无人机精准投弹方法，其特征在于获得实时的无人机飞行速度、投弹点高度对炸弹的飞行运动轨迹进行预测分析，设定初始无人机投弹角度，本专利可利用实测的风速、无人机飞行速度、投弹点高度等数据，分析弹体的实际运动路径，实时的调整无人机的炸弹投放角度，从而实现无人机精准投弹。
2.根据权利要求1所述一种无人机精准投弹方法，其特征在本发明的目的在于提供一种无人机抛掷炸弹的运动路径的分析方法，该方法可利用实测的风速、无人机飞行速度、投弹点高度等数据，分析弹体的实际运动路径，实时的调整无人机的炸弹投放角度。
3.根据权利要求2所述一种无人机精准投弹方法，其特征能跟根据测得实时风速预测无人机抛掷弹体的运动路径，通过无人机群的信息交互，调整无人机炸弹投掷角度，提高炸弹投掷的精准性。
4.根据权利要求1所述一种无人机精准投弹方法，其特征在于通过分析炸弹飞行的实际运动路径，得出可以实现精准投弹的无人机投弹角度。
5.一种无人机精准投弹方法，其特征在于包括如下步骤：
1)以无人机群编组配合搭载炸弹的无人机执行任务，使用操控平台为手提式操作平台，每个操作平台具有一个侦查无人机操控器、利用5g通讯模块实现信息交互；
2)确定靶向目标后，利用24G微波雷达测得投掷点与靶点之间水平距离A0并选择投弹高度H；
3)根据设置的炸弹着陆时间t0，根据测得的投弹点高度和无人机在水平方向的飞行速度得出并设定无人机的初始投弹角度；
Figure FDA0002901769410000011
4)在抵达投弹点前超声波风速风向仪测得抛掷弹体点的实时风速V1，得出流量Q，得出无人机整体受到的阻力F,并根据牛顿第二定律求得加速度a；
Figure FDA0002901769410000012
5)用得出加速度使用公式得出炸弹实际飞行时间t1；
Figure FDA0002901769410000013
6)用得出的真实落地时间带入公式(8)(9)中，求得沿炸弹向靶点水平飞行的水平移动距离A1；
7)将求得沿炸弹向靶点水平飞行的水平移动距离A1与无人机测得投掷点与靶点之间距离A0进行比较，使用炸弹实际飞行时间t1和无人机测得投掷点与靶点之间距离A0得出新的无人机投弹角度，修正投弹误差；
Figure FDA0002901769410000021
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