CN116486656B - 一种飞行器巡航方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于飞行器巡航技术领域，涉及一种飞行器巡航方法及系统，方法包括：飞行器根据接收的航线装订任务航线；飞行器按照所述任务航线执行巡航任务，实时探测威胁点，获取威胁点的位置、数量以及当前飞行器位置；根据所述威胁点的位置、数量以及当前飞行器位置，规划威胁点航线、并装订成临时任务航线、以所述临时任务航线执行探测任务；将所述探测任务结果反馈至控制端。本发明能够提供一种飞行器巡航方法及系统，对航线进行在线编辑，实现航线的动态监控和位置精准锁定。

Description

一种飞行器巡航方法及系统

技术领域

本发明属于飞行器巡航技术领域，涉及一种飞行器巡航方法及系统。

背景技术

随着飞行器技术的高速发展，飞行器不仅能够完成人工遥控飞行，更是能够实现航线跟踪与指令飞行的功能。正因为飞行器的各项功能日益强大，飞行器已经逐渐在各个领域中崭露头角，不仅在军用领域能够执行监视、侦察、打击等任务，同时在电力巡检、灾害救援、交通监视、森林防火、农业植保等民用领域也得到广泛的应用。

现有飞行器巡航中，监测到威胁后，无法在航线中间增加或删减航路点对现有航线进行编辑；采用切换航线的方式又会改变现有航线，在监视巡逻任务中，不能做到在不打断当前任务的前提下，灵活的根据威胁环境扩大巡逻范围，使得巡逻范围受到极大的限制；此外，现有的飞行器不具有根据飞行器的飞行性能调整优先级的功能，使得本来能够完成任务的飞行器因飞机自身的故障提前结束航线。

发明内容

为了解决现有技术存在飞行过程中无法实现航线编辑、任务切换的技术问题；本发明提供一种飞行器巡航方法及系统，对航线进行在线编辑，实现航线的动态监控和位置精准锁定。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种飞行器巡航方法，包括以下步骤：

飞行器根据接收的航线装订任务航线；

飞行器按照所述任务航线执行巡航任务，实时探测威胁点，获取威胁点的位置、数量以及当前飞行器位置；

根据所述威胁点的位置、数量以及当前飞行器位置，规划威胁点航线、并装订成临时任务航线、以所述临时任务航线执行探测任务；

将所述探测任务结果反馈至控制端。

进一步限定，所述飞行器根据接收的航线装订任务航线中，所述任务航线包括航点经度、航点纬度、航点高度、航点速度、航点任务属性以及航点任务时间。

进一步限定，所述规划威胁点航线具体为：

若所述威胁点数量为1，则威胁点航线的规划方式为：起点为当前飞行器位置，将威胁点设置为目标航点作为威胁点航线的终点；

若所述威胁点数量大于1，则威胁点航线的规划方式为：当前飞行器位置作为起点，拟合威胁点落点最多的航线，且威胁点航线的起点和终点均位于当前任务航线上。

控制端是否对反馈的探测任务结果进行处置：

若控制端对反馈的探测任务结果不进行处置，则飞行器回归任务航线并按照任务航线执行巡航任务；

若控制端对反馈的探测任务结果进行处置，则将威胁点作为任务航线上的新航点增加在任务航线的任一位置，飞行器回归任务航线后，按照插入新航点的任务航线执行巡航任务。

进一步限定，所述飞行器巡航方法还包括，采用避障策略保证所装订的任务航线和临时任务航线均为安全航线。

进一步限定，所述飞行器巡航方法还包括：

根据飞行器当前飞行位置判断是否到达目标航点：

若未到达目标航点，则按照任务航线执行巡航任务；

若到达目标航点，则继续执行以下步骤；

判断当前到达的目标航点是否为航线终点：

若当前到达的目标航点不是航线终点，则继续执行巡航任务；

若当前到达的目标航点为航线终点，则执行以下步骤；

监听控制端决策：

若控制端决策为进行航点循环，则在任务航线执行结束后巡航回到起始航点，按照预设的任务航线循环执行巡航任务；

若控制端决策未设置航点循环，则在任务航线终点执行终点任务，直至达到预设任务航线时间。

进一步限定，所述飞行器巡航方法还包括，在飞行器执行巡航任务中，控制端向飞行器下发退出任务航线策略。

进一步限定，在飞行器执行巡航任务中，控制端向飞行器下发退出任务航线策略，具体包括：

飞行器是否接收到控制端发送退出航线指令或返航指令：

若未接收到退出航线指令或返航指令，则判断飞行器是否故障；

若接收到退出航线指令或返航指令，则退出任务航线，返航至起始点或紧急备降点，执行备降点任务；

判断飞行器是否故障：

若飞行器发生故障，则继续判断飞行器故障程度是否能够继续执行任务；

若飞行器无故障，则判断飞行器油量/电量是否充足：

若充足，则继续执行巡航任务；

若不充足，则退出任务航线，返航至起始点或紧急备降点，执行备降点任务；

判断飞行器故障程度是否能够继续执行任务：

若能继续执行任务，判断飞行器油量/电量是否充足；

若充足，则判断飞行器接收到控制端发送的优先级指令；

若不充足，则退出任务航线，返航至起始点或紧急备降点，执行备降点任务；

若不能继续执行任务，退出航线，返航至起始点或紧急备降点，执行备降点任务；

飞行器接收到控制端发送的优先级指令：

若飞行器接收到任务优先，继续执行巡航任务；

若飞行器接收到飞行器自身优先，退出任务航线，返航至起始点或紧急备降点，执行备降点任务。

一种实现飞行器巡航方法的巡航系统包括：

航线装订模块：用于将接收的航线装订为任务航线；所述航线包括任务航线和航点循环航线；所述任务航线包括航点经度、航点纬度、航点高度、航点速度、航点任务属性和航点任务时间；

任务执行模块：用于根据任务航线执行巡航任务，并实时探测威胁点，获取威胁点的位置、数量以及当前飞行器位置；

威胁点规划模块：用于根据威胁点的位置、数量，以及当前飞行器位置，规划威胁点航线、并装订成临时任务航线；

临时任务航线执行模块：用于根据临时任务航线执行探测任务，将所述探测任务结果反馈至控制端。

进一步限定，所述巡航系统还包括：

航线接收模块：用于接收控制端发来的航线；

目标航点判断模块：用于判断当前飞行器位置是否到达目标航点，并将判断结果发送给任务执行模块；

终点判断模块：用于判断当前飞行器位置是否到达终点，并将结果发送给任务执行模块。

本发明的有益效果是：

1、本发明在巡航任务中，通过探测到威胁点数量，飞行器规划新航线执行探测任务，并将探测到的威胁点类型属性发送给控制端，再返回原来的任务航线；然后控制端根据威胁点类型属性下发是否将威胁点作为新航点插入至原来航线的任务，从而在不中断现有航线的前提下，在航线中间实时增加航点，根据威胁点的类型灵活在原有航线基础上增加巡逻点，还能够根据威胁点的消除情况删减航点，对任务航线进行在线编辑，实现航线的动态监控和位置精准锁定。

2、本发明根据飞机的类型设定任务优先级，在故障不影响任务的前提下仍可以选择继续执行任务，保证飞机的最优化利用。

3、本发明装订的任务航线中包含任务属性和任务时间，飞行器能够自动的在航点处执行设定任务时间的设定任务，实现飞行器多重控制下的巡航任务。

附图说明

图1为本发明巡航威胁点监测流程图；

图2为本发明威胁点临时航线规划流程图；

图3为本发明飞行器航线任务流程图；

图4为本发明静态避障流程图；

图5为本发明巡航策略流程图；

图6为本发明退出航线流程图；

图7为本发明巡航系统图。

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，下面将结合本发明的附图对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

现结合附图以及具体实施方式对本发明的技术方案做详细的说明。

实施例1

参见图1、图2和图3，本发明提供的飞行器巡航方法，包括以下步骤。

S1：飞行器根据接收的航线装订任务航线。

本步骤中，在装订任务航线前，还需对地形数据进行初始化操作。

本步骤中，控制端构建航线并下发给飞行器；飞行器接收到航线后，装订一条初始化任务航线。航线信息包含航点经度、航点纬度、航点高度、航点速度、航点任务属性和航点任务时间。

飞行器在执行任务前，根据初始配备任务地区地形库，进行静态避障，获取安全航线。

参见图4，静态避障具体如下。

S101：飞行器根据预先配置的任务区域地形库，判断现有航线是否穿过障碍区；飞行器将航线安全信息反馈给控制端；若飞行器判定航线安全，即航线与障碍区无交集，飞行器根据控制端给定的控制指令继续航线飞行，结束静态避障策略。

S102：若飞行器判定航线异常，即航线与障碍区有交集，由控制端进行决策，控制端决定是否对航线安全信息进行处置。

S103：若控制端不处置航线安全信息、在安全时间范围内未处置航线安全信息，或在安全时间范围内对航线安全信息的处置为发送避障指令，由飞行器规划一条避障航线，并用避障航线替换穿过障碍区的航点集合，结束静态避障策略。

S104：若控制端在安全时间范围内对航线安全信息的处置为修改航线，则飞行器根据控制端切换航线的指令切换至修改航线，继续步骤S1。

飞行器经过静态避障，获取安全航线后，根据装订的初始化任务航线（预设航线）执行巡航任务。

S2：飞行器根据任务航线执行巡航任务中，实时探测是否存在威胁点，若未探测到威胁点，继续按照任务航线执行任务；若探测到威胁点，飞行器规划威胁点航线，规划威胁点航线、并装订成临时任务航线、以临时任务航线执行探测任务，并将探测到的威胁点信息发送给控制端。

参见图5和图6，具体的，包括以下步骤。

S201：飞行器按照预设任务航线中的航点速度和任务时间正常巡航，执行相应任务时间的相应任务。

S202：判断是否到达预设任务航线的任务时间：

若达到任务航线时间，则由控制端下发下一条任务航线，继续步骤S201飞行器接收到控制端下发的切换指令后切换至新航线巡航；

若未达到任务航线时间，则继续步骤S203。

S203：判断是否到达目标航点：

若未到达目标航点，则继续步骤S204；

若到达目标航点，则继续步骤S205；

S204：判断飞行器任务范围内是否探测到威胁点：

若未探测到威胁点，则继续步骤S201；

若探测到威胁点，则继续步骤S206；

S205：判断当前到达的目标航点是否为航线终点：

若当前到达目标航点为航线终点，则继续步骤S207；

若当前到达目标航点并非航线终点，则继续步骤S208；

S206：判断探测到的威胁点数量：

参见图2，若威胁点数量仅有1处，则威胁点航线的规划方式为：起点为当前飞行器位置，将威胁点设置为目标航点作为威胁点航线的终点；具体的，将威胁点作为目标点，执行避障策略，从当前点飞往威胁点，完成临时探测任务，将探测的威胁点信息反馈给控制端，继续步骤S209；

若威胁点数量大于1处，根据威胁点的落点分布拟合一条威胁点航线，以当前飞行器位置作为起点，拟合威胁点落点最多的航线，且威胁点航线的起点和终点均位于当前任务航线上，执行避障策略后，从当前点进入威胁点航线，完成临时探测任务，将探测的威胁点信息反馈给控制端，继续步骤S209。

S207：控制端决策是否进行航点循环：

若未设置航点循环，则执行步骤S208；

若设置航点循环，则在任务航线结束后巡航回到起始航点，按照预设任务航线循环巡航，继续步骤S201。

S208：判断任务点属性/任务时间是否为空：

若目标航点任务属性/任务时间为空，则过点不做特殊操作，直接向下一航点巡航；

若目标点任务属性且任务时间不为空，则在该目标点执行设定任务时间的设定任务，完成任务后按照预设任务航线执行巡航任务，继续步骤S201；

S209：控制端根据监测到的飞行器飞行位置以及飞行器反馈的威胁点信息（威胁点数量、威胁点类型以及位置）做出处置决策飞行器下一步任务航线，并向飞行器发出任务。

若控制端对反馈的探测任务结果不进行处置，则飞行器回归任务航线后，按照原始的任务航线执行巡航任务，继续步骤S201；

若控制端对反馈的探测任务结果进行处置，则由控制端进行航线修改，将威胁点作为任务航线上的新航点增加在任务航线的任一位置，飞行器回归任务航线后，按照插入新航点的任务航线执行巡航任务，继续步骤S201。在不影响初始预设航线及初始预设任务的前提下，增加了巡航点。

本实施例中，在飞行器飞行中根据监测到的威胁点对预设的任务航线进行规划，执行临时巡航任务后再返回原始预设任务航线，实现对原有预设的任务航线的在线编辑。

本发明飞行器在执行任务的过程中，根据威胁点的探测结果要对临时任务航线执行动态避障策略，保证临时任务航线的安全。

S3：动态避障策略具体如下。

S301：根据飞行器探测结果，判断现有航线是否穿过障碍物。

S302：飞行器将航线安全信息反馈给控制端。

S303：若飞行器判定航线安全，即航线与障碍物无交集，飞行器根据控制端给定的控制指令继续航线飞行，结束避障策略；若飞行器判定航线异常，即航线与障碍物有交集，由控制端进行决策，继续步骤S304。

S304：控制端决定是否对航线安全信息进行处置；若控制端不处置航线安全信息、在安全时间范围内未处置航线安全信息，或在安全时间范围内对航线安全信息的处置为发送避障指令，由飞行器规划一条避障航线，并用避障航线替换穿过障碍物的航点集合，结束避障策略。

若控制端在安全时间范围内对航线安全信息的处置为修改航线，则继续步骤S305。

S305：飞行器根据控制端切换航线的指令切换至修改航线，重新进行步骤S301。

S4：本发明中，在飞行器飞行中，控制端还会向飞行器下发退出任务航线策略。

具体是：控制端根据飞行器飞行位置以及威胁点信息，向飞行器下发退出任务航线策略。

参见图6，具体的，退出任务航线策略具体如下。

S401：飞行器是否接收到控制端发送退出航线指令或返航指令：

若未接收退出航线指令或返航指令，继续步骤S402；

若接收到退出航线指令或返航指令，继续步骤S403；

S402：判断飞行器是否故障：

若飞行器发生故障，继续步骤S404；

若飞行器无故障，继续步骤S405；

S403：退出任务航线，返航至起始点或紧急备降点，执行备降点任务；

S404：判断飞行器故障程度是否能够继续执行任务：

若能继续执行任务，继续步骤S406；

若不能继续执行任务，继续步骤S403；

S405：判断飞行器油量/电量是否充足：

若飞行器油量/电量充足，继续步骤S408；

若飞行器油量/电量不足，继续步骤S403；

S406：判断飞行器油量/电量是否充足：

若飞行器油量/电量充足，继续步骤S407；

若飞行器油量/电量不足，继续步骤S403：

S407：判断飞行器接收到控制端发送的优先级指令：

若该飞行器接收到任务优先，即在飞行器本体由损伤但能够继续任务时，继续步骤S408；

若该飞行器接收到飞行器自身优先，即平台优先，即在飞行器本体损伤后首先保证飞行器平台安全，继续步骤S403；

S408：继续执行任务航线。

例如，对于监视、侦察类飞机，要保证飞行器平台安全，因此，要设定飞行器自身优先，在执行巡航任务中，当飞行器油量/电量不足以执行巡航任务时，要保证飞机自身安全，提前结束巡航任务；但是对于打击类型的飞行器，要确定任务优先，在飞行器油量/电量不足，存在故障时，但是这个故障并不影响任务完成，这种情况下，优先完成任务，至于飞行器执行完任务后是否能安全返航，可以不再考虑范围内。

实施例2

参见图7，本发明还提供给一种飞行器巡航系统，包括航线接收模块、航线装订模块、任务执行模块、威胁点规划模块、临时任务航线执行模块、目标航点判断模块以及终点判断模块。

一种实现飞行器巡航方法的巡航系统，包括：

航线装订模块：用于将接收的航线装订为任务航线；航线包括任务航线和航点循环航线；任务航线包括航点经度、航点纬度、航点高度、航点速度、航点任务属性和航点任务时间；

任务执行模块：用于根据任务航线执行巡航任务，并实时探测威胁点，获取威胁点的位置、数量以及当前飞行器位置；

威胁点规划模块：用于根据威胁点的位置、数量，以及当前飞行器位置，规划威胁点航线、并装订成临时任务航线；

临时任务航线执行模块：用于根据临时任务航线执行探测任务，将所述探测任务结果反馈至控制端。

航线接收模块：用于接收控制端发来的航线。

目标航点判断模块：用于判断当前飞行器位置是否到达目标航点，并将判断结果发送给任务执行模块。

终点判断模块：用于判断当前飞行器位置是否到达终点，并将结果发送给任务执行模块。

以上为本发明具体实施，上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述申请的验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种飞行器巡航方法，其特征在于，包括以下步骤：

飞行器根据接收的航线装订任务航线；

飞行器按照所述任务航线执行巡航任务，实时探测威胁点，获取威胁点的位置、数量以及当前飞行器位置；

根据所述威胁点的位置、数量以及当前飞行器位置，规划威胁点航线、并装订成临时任务航线、以所述临时任务航线执行探测任务；

将所述探测任务结果反馈至控制端；

所述规划威胁点航线具体为：

若所述威胁点数量为1，则威胁点航线的规划方式为：以当前飞行器位置作为起点，将威胁点设置为目标航点作为威胁点航线的终点；

若所述威胁点数量大于1，则威胁点航线的规划方式为：以当前飞行器位置作为起点，拟合威胁点落点最多的航线，且威胁点航线的起点和终点均位于当前任务航线上；

所述将所述探测任务结果反馈至控制端还包括：

控制端是否对反馈的探测任务结果进行处置：

若控制端对反馈的探测任务结果不进行处置，则飞行器回归任务航线并按照任务航线执行巡航任务；

若控制端对反馈的探测任务结果进行处置，则将威胁点作为任务航线上的新航点增加在任务航线的任一位置，飞行器回归任务航线后，按照插入新航点的任务航线执行巡航任务。

2.根据权利要求1所述的飞行器巡航方法，其特征在于，所述飞行器根据接收的航线装订任务航线中，所述任务航线包括航点经度、航点纬度、航点高度、航点速度、航点任务属性以及航点任务时间。

3.根据权利要求2所述的飞行器巡航方法，其特征在于，所述飞行器巡航方法还包括，采用避障策略保证所装订的任务航线和临时任务航线均为安全航线。

4.根据权利要求3所述的飞行器巡航方法，其特征在于，所述飞行器巡航方法还包括：

根据飞行器当前飞行位置判断是否到达目标航点：

若未到达目标航点，则按照任务航线执行巡航任务；

若到达目标航点，则继续执行以下步骤；

判断当前到达的目标航点是否为航线终点：

若当前到达的目标航点不是航线终点，则继续执行巡航任务；

若当前到达的目标航点为航线终点，则执行以下步骤；

监听控制端决策：

若控制端决策为进行航点循环，则在任务航线执行结束后巡航回到起始航点，按照预设的任务航线循环执行巡航任务；

若控制端决策未设置航点循环，则在任务航线终点执行终点任务，直至达到预设任务航线时间。

5.根据权利要求1-4任一项所述的飞行器巡航方法，其特征在于，所述飞行器巡航方法还包括，在飞行器执行巡航任务中，控制端向飞行器下发退出任务航线策略。

6.根据权利要求5所述的飞行器巡航方法，其特征在于，在飞行器执行巡航任务中，控制端向飞行器下发退出任务航线策略，具体包括：

飞行器是否接收到控制端发送退出航线指令或返航指令：

若未接收到退出航线指令或返航指令，则判断飞行器是否故障；

若接收到退出航线指令或返航指令，则退出任务航线，返航至起始点或紧急备降点，执行备降点任务；

判断飞行器是否故障：

若飞行器发生故障，则继续判断飞行器故障程度是否能够继续执行任务；

若飞行器无故障，判断飞行器油量/电量是否充足：

若充足，则继续执行巡航任务；

若不充足，则退出任务航线，返航至起始点或紧急备降点，执行备降点任务；

判断飞行器故障程度是否能够继续执行任务：

若能继续执行任务，判断飞行器油量/电量是否充足；

若充足，则判断飞行器接收到控制端发送的优先级指令；

若不充足，则退出任务航线，返航至起始点或紧急备降点，执行备降点任务；

若不能继续执行任务，则退出航线，返航至起始点或紧急备降点，执行备降点任务；

飞行器接收到控制端发送的优先级指令：

若飞行器接收到任务优先，继续执行巡航任务；

若飞行器接收到飞行器自身优先，退出任务航线，返航至起始点或紧急备降点，执行备降点任务。

7.一种实现权利要求6所述的飞行器巡航方法的巡航系统，其特征在于，所述巡航系统包括：

航线装订模块：用于将接收的航线装订为任务航线；所述航线包括任务航线和航点循环航线；所述任务航线包括航点经度、航点纬度、航点高度、航点速度、航点任务属性和航点任务时间；

任务执行模块：用于根据任务航线执行巡航任务，并实时探测威胁点，获取威胁点的位置、数量以及当前飞行器位置；

威胁点规划模块：用于根据威胁点的位置、数量，以及当前飞行器位置，规划威胁点航线、并装订成临时任务航线；威胁点数量为1，则威胁点航线的规划方式为：以当前飞行器位置作为起点，将威胁点设置为目标航点作为威胁点航线的终点；若威胁点数量大于1，则威胁点航线的规划方式为：以当前飞行器位置作为起点，拟合威胁点落点最多的航线，且威胁点航线的起点和终点均位于当前任务航线上；

临时任务航线执行模块：用于根据临时任务航线执行探测任务，将所述探测任务结果反馈至控制端，若控制端对反馈的探测任务结果不进行处置，则飞行器回归任务航线并按照任务航线执行巡航任务；若控制端对反馈的探测任务结果进行处置，则将威胁点作为任务航线上的新航点增加在任务航线的任一位置，飞行器回归任务航线后，按照插入新航点的任务航线执行巡航任务。

8.根据权利要求7所述的巡航系统，其特征在于，所述巡航系统还包括：

航线接收模块：用于接收控制端发来的航线；

目标航点判断模块：用于判断当前飞行器位置是否到达目标航点，并将判断结果发送给任务执行模块；

终点判断模块：用于判断当前飞行器位置是否到达终点，并将结果发送给任务执行模块。