[發明專利]一種基于晝夜循環飛行的太陽能無人機航跡規劃方法

有效

• 申請號: 201710562021.6
• 申請日: 2017-07-11
• 公開（公告）號: CN107272721B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 韓超;郝星星
• 申請（專利權）人: 北京昶遠科技有限公司
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 姜榮麗

本發明公開了一種基于晝夜循環飛行的太陽能無人機航跡規劃方法，屬于航跡規劃技術領域。所述方法首先進行初始化飛行環境和太陽能無人機的物理參數，然后計算特定日期不同時刻下的太陽位置變化數據，不同的太陽位置下，計算無人機處于不同的飛行姿態時，鋪設的光伏模塊的輸出功率，根據不同時刻的太陽位置，計算對應的最優的飛行姿態，根據不同時刻的飛行姿態，組合成白天太陽能無人機的飛行航跡、并計算晚上的飛行航跡。本發明可以最大限度的提升無人機的續航時間，降低太陽能無人機實現晝夜巡航的門檻，有利于后續的載荷模塊設計。通過此方法可以快速有效的得到夜晚的飛行航跡，以滿足和實現太陽能無人機晝夜循環巡航的要求。

技術領域

本發明屬于航跡規劃技術領域，涉及太陽能無人機飛行策略以及航跡優化系統，具體涉及一種基于晝夜循環飛行的太陽能無人機航跡規劃方法。

背景技術

太陽能無人機(Solar-powered Unmanned Aerial Vehicles,簡稱SUAV)是以太陽能為主要能量來源，通過儲能電池供電來最大限度地維持無人機飛行的一種無人飛行器。太陽能無人機巡航時間長，飛行高度高，覆蓋范圍廣，具有常規飛行器不可替代的優點。針對太陽能航空器的研究，是我國新世紀航空工業重點發展的一個新領域，也是我國航空工業的一大研究熱點。

當前的太陽能無人飛行器主要通過搭建高度優化的機體結構以及光伏系統來提高飛行器的飛行時長。通過對太陽能無人機各系統的優化，以實現晝夜長航時飛行。

航跡規劃是飛行器任務規劃系統的核心之一，是一門伴隨著現代信息技術而發展起來的高新技術。航跡規劃是在綜合考慮無人飛行器(Unmanned Aerial Vehicle,簡稱UAV)到達時間、能量消耗、威脅以及飛行區域等因素的前提下，為飛行器規劃出一條最優(最滿意)的飛行航跡，以保證圓滿完成飛行任務。

傳統的無人機規劃算法多是在已知部分或者全局地圖信息的情況下，尋找從已知起點到目標點的最優路徑的方法。常用的航跡算法分為基于概率圖的規劃方法、基于單元分解的規劃方法、人工勢場法、數學規劃方法、基于進化計算的規劃方法等。

太陽能無人機的所有能源來源于光伏充電的儲能電池，因此，如何在有限的太陽輻射功率和光伏模塊鋪設條件下，設計有效的飛行航跡以實現太陽能無人機的持續飛行，是太陽能無人機航跡規劃的核心技術。

另一方面，太陽能無人機的結構事先經過了高度優化，自身具有嚴格的飛行性能約束，航跡規劃時必須考慮UAV的物理限制，主要包括最大拐彎角、最大爬升/俯沖角、最大仰角、最小航跡段長度，最低飛行高度等，與傳統的無人機航跡規劃類似，太陽能無人機在進行航跡規劃時，需要結合無人機的物理限制來保證無人機的正常飛行。

目前太陽能無人機航跡規劃算法的研究主要通過給定飛機部分物理參數，給定起點和終點，求解從起點到終點，能量獲取最大的一條航跡，但是，在上述的研究中，研究人員假定的條件比較理性化，與實際情況有一定的差距，很少針對實際的晝夜環境對太陽能無人機的航跡進行規劃。

晝夜循環飛行包括白天飛行和夜晚飛行，不同日期下的晝夜環境各不相同，如何規劃飛行航跡十分關鍵。

發明內容

本發明提供一種基于晝夜循環飛行的太陽能無人機航跡規劃方法，通過該方法能夠在不同的日期和地域情況下，生成滿足晝夜循環飛行的航跡，對于太陽能無人機進行全天候巡航具有重要的應用價值。

本發明的一種基于晝夜循環飛行的太陽能無人機航跡規劃方法，包括以下步驟：

步驟1：初始化飛行環境和太陽能無人機的物理參數。

飛行環境包括具體飛行的日期、起飛的空間地理坐標、飛行區域光照輻照度的統計數據，太陽能無人機的物理參數包括最大拐彎角、最大爬升/俯沖角、最低飛行高度、最大仰角、不同爬升角和仰角下的飛行速度和氣動消耗。