任務(wù)規(guī)劃與通訊鏈路

1、1任務(wù)規(guī)劃 2內(nèi)容與安排學(xué)習(xí)的目的與層次基本目標(biāo)基本目標(biāo)： 掌握ccar61部（民用航空器駕駛員、飛行教員和地面教員合格審定規(guī)則）及ac-61-fs-2013-20（民用無(wú)人駕駛航空器系統(tǒng)駕駛員管理暫行規(guī)定）關(guān)于無(wú)人機(jī)駕駛員對(duì)航空理論的要求。進(jìn)階要求進(jìn)階要求：了解無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)作機(jī)制和內(nèi)在邏輯。3內(nèi)容與安排6.1 6.1 任務(wù)規(guī)劃概念與功能任務(wù)規(guī)劃概念與功能6.26.2任務(wù)規(guī)劃約束條件與原則任務(wù)規(guī)劃約束條件與原則6.36.3任務(wù)規(guī)劃分類(lèi)與方法任務(wù)規(guī)劃分類(lèi)與方法6.46.4任務(wù)規(guī)劃案例任務(wù)規(guī)劃案例46.1 6.1 任務(wù)規(guī)劃概念與功能無(wú)人機(jī)任務(wù)規(guī)劃（mission planning）是指根據(jù)無(wú)人機(jī)

2、需要完成的任務(wù)、無(wú)人機(jī)的數(shù)量以及攜帶任務(wù)載荷的類(lèi)型，對(duì)無(wú)人機(jī)制定飛行路線并進(jìn)行任務(wù)分配。任務(wù)規(guī)劃的主要目標(biāo)是依據(jù)地形信息和執(zhí)行任務(wù)環(huán)境條件信息，綜合考慮無(wú)人機(jī)的性能、到達(dá)時(shí)間、耗能、威脅以及飛行區(qū)域等約束條件，為無(wú)人機(jī)規(guī)劃出一條或多條自出發(fā)點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的最優(yōu)或次優(yōu)航跡，保證無(wú)人機(jī)高效、圓滿地完成飛行任務(wù)，并安全返回基地。5任務(wù)規(guī)劃模型6我們?yōu)槭裁葱枰蝿?wù)規(guī)劃？7我們?yōu)槭裁葱枰蝿?wù)規(guī)劃？8典型任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)flexibility to define routes and change routes during flightautonomous or manual control for navig

3、ation and payload management9典型任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)easy to set up web or customer maps to fit your mission.view terrain and elevations for easy navigation10一、 任務(wù)規(guī)劃概念與功能主要功能 由于無(wú)人機(jī)對(duì)任務(wù)規(guī)劃的要求，需要更為詳細(xì)的飛行航跡信息、作用目標(biāo)和任務(wù)執(zhí)行信息。無(wú)人機(jī)任務(wù)規(guī)劃是實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航與飛行控制的有效途徑，它在很大程度上決定了無(wú)人機(jī)執(zhí)行任務(wù)的效率。 無(wú)人機(jī)任務(wù)規(guī)劃需要實(shí)現(xiàn)以下功能：n任務(wù)分配功能n航跡規(guī)劃功能n仿真演示功能11（一）任務(wù)規(guī)劃概念與功能121

4、、約束條件與原則約束條件無(wú)人機(jī)任務(wù)規(guī)劃需要考慮以下因素：a.飛行環(huán)境限制b.無(wú)人機(jī)物理限制c.飛行任務(wù)要求d.實(shí)時(shí)性要求13a飛行環(huán)境限制1415b 無(wú)人機(jī)物理限制最小轉(zhuǎn)彎半徑：無(wú)人機(jī)飛行轉(zhuǎn)彎半徑將受到自身飛行性能限制，它限制無(wú)人機(jī)只能在特定的轉(zhuǎn)彎半徑范圍內(nèi)轉(zhuǎn)彎。最大俯仰角：上升和下滑的最大角度。最小航跡段長(zhǎng)度：最小航跡段長(zhǎng)度是指限制無(wú)人機(jī)在開(kāi)始改變飛行姿態(tài)前必須直飛的最短距離。最低安全飛行高度：限制通過(guò)任務(wù)區(qū)域最低飛行高度，防止飛行高度過(guò)低而撞擊地面而墜毀。16c 飛行任務(wù)要求航跡距離約束，限制航跡長(zhǎng)度不大于一個(gè)預(yù)先設(shè)定的最大距離。固定的目標(biāo)進(jìn)入方向，確保無(wú)人機(jī)從特定角度接近目標(biāo)。17d 實(shí)

5、時(shí)性要求實(shí)時(shí)性要求，由于任務(wù)的不確定性，無(wú)人機(jī)常常需要臨時(shí)改變飛行任務(wù)。無(wú)人機(jī)任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)必須具備在線重規(guī)劃功能。182、約束條件與原則-優(yōu)化準(zhǔn)則 對(duì)航路點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)和調(diào)整，使之滿足各種約束條件的需求。選用優(yōu)化準(zhǔn)則（如最短路徑分析）由計(jì)算機(jī)輔助生成飛行航線。用檢驗(yàn)準(zhǔn)則檢驗(yàn)航線上的每個(gè)點(diǎn)，若全部通過(guò)，則找到了一條可用的航線。19二、分類(lèi)與方法-任務(wù)規(guī)劃分類(lèi) 從實(shí)施時(shí)間上劃分，任務(wù)規(guī)劃可以分為預(yù)先規(guī)劃和實(shí)時(shí)規(guī)劃。 就任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)具備的功能而言，任務(wù)規(guī)劃可包含航跡規(guī)劃、任務(wù)分配規(guī)劃、數(shù)據(jù)鏈路規(guī)劃和系統(tǒng)保障與應(yīng)急預(yù)案規(guī)劃等，其中航跡規(guī)劃是任務(wù)規(guī)劃的主體和核心。20分類(lèi)與方法-任務(wù)描述與分解21分類(lèi)與方法

6、-航跡規(guī)劃 無(wú)人機(jī)航跡規(guī)劃是任務(wù)規(guī)劃的核心內(nèi)容，需要綜合應(yīng)用導(dǎo)航技術(shù)、地理信息技術(shù)以及遠(yuǎn)程感知技術(shù)，以獲得全面詳細(xì)的無(wú)人機(jī)飛行現(xiàn)狀以及環(huán)境信息，結(jié)合無(wú)人機(jī)自身技術(shù)指標(biāo)特點(diǎn)，按照一定的航跡規(guī)劃方法，制定最優(yōu)或次優(yōu)路徑。因此，航跡規(guī)劃需要充分考慮電子地圖的選取、標(biāo)繪，航線預(yù)先規(guī)劃以及在線調(diào)整時(shí)機(jī)。電子地圖:（英語(yǔ)：electronic map），即數(shù)字地圖，是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，以數(shù)字方式存儲(chǔ)和查閱的地圖。 就是將實(shí)物地圖通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)（gis）做成的一種地圖。電子地圖的特點(diǎn)有如下6個(gè)：1.可以快速存取顯示。2.可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)。3.可以將地圖要素分層顯示。4.利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將

7、地圖立體化、動(dòng)態(tài)化，令用戶有身臨其境之感。5.利用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)可以將電子地圖傳輸?shù)狡渌胤健?.可以實(shí)現(xiàn)圖上的長(zhǎng)度、角度、面積等的自動(dòng)化測(cè)量。分類(lèi)與方法-電子地圖電子地圖有哪些用處？第一、用來(lái)查找各種場(chǎng)所、各種位置。第二、通過(guò)地圖查找一些出行的路線。例如坐公交怎么坐，開(kāi)車(chē)怎么走，選擇什么路線等等。第三、了解其他信息。在地圖上除了可以看到地理位置外，還可以知道如電話、聯(lián)系人，以及了解一家公司提供的產(chǎn)品和服務(wù)等信息。第四、在地圖上發(fā)布信息。對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)，電子地圖也是一個(gè)可以發(fā)布廣告的宣傳平臺(tái)。24分類(lèi)與方法-電子地圖分類(lèi)與方法-衛(wèi)星地圖衛(wèi)星地圖：是衛(wèi)星拍攝的真實(shí)的地理面貌，衛(wèi)星地圖可用來(lái)檢測(cè)地面的信

8、息，你可以了解到地理位置，地形等。這些信息，可以應(yīng)用于城鄉(xiāng)規(guī)劃，現(xiàn)在通過(guò)衛(wèi)星地圖的（gps）導(dǎo)航系統(tǒng)，如果是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的衛(wèi)星地圖，可以作軍事指揮部署，觀察要塞處 軍事重地，以便防守保護(hù)國(guó)家領(lǐng)土；抗災(zāi)救災(zāi)部；監(jiān)控火災(zāi)、蟲(chóng)災(zāi)等自然災(zāi)害，還可以應(yīng)用于警察追捕通緝犯等等。28分類(lèi)與方法-地圖校準(zhǔn)由于加載的電子地圖與實(shí)際操作時(shí)的地理位置信息有偏差，需要在使用前對(duì)地圖進(jìn)行校準(zhǔn)。無(wú)人機(jī)在特定區(qū)域內(nèi)執(zhí)行任務(wù)時(shí)，只需首次對(duì)該區(qū)域地圖進(jìn)行校準(zhǔn)，此后在該區(qū)域執(zhí)行任務(wù)時(shí)，直接調(diào)用已校準(zhǔn)的地圖即可。 ozi是一種很diy的gps地圖軟件。不像別的gps地圖軟件，地圖都是事先準(zhǔn)備好了。ozi的地圖可以是任意的圖片地圖，自己

9、在上面進(jìn)行標(biāo)注?；蛘呤莿e人制作好的地圖。在第一排工具欄按鈕中選擇第5個(gè)按鈕，彈出overlay control center對(duì)話框，選中要糾偏的圖層，比如下圖中打算對(duì)jiapeng 16.png這個(gè)圖層糾偏，按鼠標(biāo)右鍵彈出右鍵菜單，選擇rectify-modify layer positon/projection選項(xiàng)。在地圖校準(zhǔn)的對(duì)話框里我們需要標(biāo)定至少兩個(gè)點(diǎn)，可以標(biāo)定多個(gè)點(diǎn)。如果地圖的范圍不大，變形不大，最常用的是將地圖整體平移，既點(diǎn)擊shift all按鈕，在彈出的對(duì)話框里輸入整體平移的距離，單位可以是米，也可以選擇度，或許仍有少許變形和偏移，只要精度在可接受的范圍內(nèi)即可。在下圖中，選擇了

10、將地圖整體向東平移50米和向北移動(dòng)50米。如果不知道地圖的偏移量，或許需要和其他無(wú)偏的地圖或者軌跡做比對(duì)。比如下圖里抓了一塊無(wú)偏的谷歌衛(wèi)星地圖，和需要糾偏的地圖疊加起來(lái)，需要將上層的圖片地圖設(shè)置成部分透明transparent用測(cè)量工具測(cè)量偏移量，底部狀態(tài)欄里可以看到測(cè)量的結(jié)果，用這個(gè)距離去糾偏糾偏之后可以重新輸出地圖，保存真實(shí)的位置。將其他圖層都隱藏掉，僅保留要輸出的圖層，然后在菜單欄選擇“文件”，然后是export, export raster/image format，在option的對(duì)話框里要選中輸出對(duì)應(yīng)的map文件。這樣得到的光柵地圖位置就準(zhǔn)確了40分類(lèi)與方法-地圖校準(zhǔn)41分類(lèi)與方法

11、-地圖校準(zhǔn)42分類(lèi)與方法-地圖校準(zhǔn)43分類(lèi)與方法-地圖校準(zhǔn)44三、航線規(guī)劃航線規(guī)劃一般分兩步：首先是飛行前預(yù)規(guī)劃，即根據(jù)既定任務(wù)，結(jié)合環(huán)境限制與飛行約束條件，從整體上制定最優(yōu)參考路徑并裝訂特殊任務(wù)；其次是飛行過(guò)程中的重規(guī)劃，即根據(jù)飛行過(guò)程中遇到的突發(fā)狀況，如地形、氣象變化、未知限飛禁飛因素等，局部動(dòng)態(tài)的調(diào)整飛行路徑或改變動(dòng)作任務(wù)。45航線規(guī)劃46應(yīng)急預(yù)案 任務(wù)規(guī)劃時(shí)還要考慮異常應(yīng)急措施，其主要目的是確保飛機(jī)安全返航，規(guī)劃一條安全返航通道和應(yīng)急迫降點(diǎn)，以及航線轉(zhuǎn)移策略（從航線上的任意點(diǎn)轉(zhuǎn)入安全返航通道或從安全返航通道轉(zhuǎn)向應(yīng)急迫降點(diǎn)或機(jī)場(chǎng)）。47四、思考題1 無(wú)人機(jī)系統(tǒng)任務(wù)規(guī)劃的概念、目標(biāo)是什么？

12、2 無(wú)人機(jī)任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)所需要實(shí)現(xiàn)的功能是什么？3 無(wú)人機(jī)規(guī)劃時(shí)需要考慮的因素有哪些？4 如何進(jìn)行地圖校準(zhǔn)？5 對(duì)于給出的案例，設(shè)定一個(gè)具體的航路規(guī)劃通訊鏈路相關(guān)概念主要指用于無(wú)人機(jī)系統(tǒng)傳輸控制、無(wú)載荷通訊、載荷通訊。itu-r m.2171報(bào)告：無(wú)人機(jī)系統(tǒng)通訊鏈路是指控制 和無(wú)載荷鏈路主要包括：指揮與控制（c&c）、空中交通管制(atc)、感知和規(guī)避(s&a)三條鏈路。通訊網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的物理通道稱(chēng)為通訊鏈路兩種分類(lèi)1、根據(jù)通訊鏈路的連接方法（1）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接通訊鏈路。只連接兩個(gè)結(jié)點(diǎn)（2）多點(diǎn)連接鏈路。一條鏈路連接多個(gè)結(jié)點(diǎn)2、根據(jù)通訊方式不同（1）單項(xiàng)通訊鏈路（2）雙向通訊鏈

13、路無(wú)人機(jī)系統(tǒng)中的通訊鏈路也常被稱(chēng)為數(shù)據(jù)鏈民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)一般使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的雙向通訊鏈路，也有部分無(wú)人機(jī)系統(tǒng)使用單向下傳鏈路我國(guó)對(duì)民用無(wú)人機(jī)射頻指標(biāo)規(guī)定目前世界無(wú)人機(jī)的頻譜使用主要集中在：uhf、l和c波段。uhf波段:uhf通常是指特高頻無(wú)線電波。特高頻ultra high frequency(uhf)是指頻率為3003000mhz，波長(zhǎng)在1m1dm的無(wú)線電波。該波段的無(wú)線電波又稱(chēng)為分米波。l波段根據(jù)ieee 521-2002標(biāo)準(zhǔn)，l波段是指頻率在1-2 ghz的無(wú)線電波波段；而北約的l波段則指40-60 ghz（波長(zhǎng)7.50-5.00 mm），均屬于毫米波。l波段可被用于dab、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等。c波段，是頻率從4.0- 8.0ghz的一段頻帶，作為通信衛(wèi)星下行傳輸信號(hào)的頻段。在衛(wèi)星電視廣播和各類(lèi)小型衛(wèi)星地面站應(yīng)用中，該頻段首先被采用且一直被廣泛使用。c波段57 無(wú)人機(jī)系統(tǒng)通訊鏈路機(jī)載終端常被稱(chēng)為機(jī)載電臺(tái)，集成于機(jī)載設(shè)備中。視距內(nèi)通訊的無(wú)人機(jī)多數(shù)安裝全向天線，需要進(jìn)行超視距通訊的無(wú)人機(jī)一般采用自跟蹤拋物面衛(wèi)通天線。通訊鏈路通訊鏈路-機(jī)載終端與天線機(jī)載終端與天線58 無(wú)人機(jī)系統(tǒng)通訊鏈路機(jī)載終端常被稱(chēng)為機(jī)載電臺(tái)，集成于機(jī)載設(shè)備中。視距內(nèi)通訊的無(wú)人機(jī)多數(shù)安裝全向天線，需要進(jìn)行超視距通訊