无人机任务规划任务规划

1任务规划2内容与安排学习的目的与层次基本目标：掌握《CCAR61部》（民用航空器驾驶员、飞行教员和地面教员合格审定规则）及《AC-61-FS-2013-20》（民用无人驾驶航空器系统驾驶员管理暂行规定）关于无人机驾驶员对航空理论的要求。进阶要求：了解无人机系统的运作机制和内在逻辑。3内容与安排6.1任务规划概念与功能（~0.5h)6.2任务规划约束条件与原则(~1h)6.3任务规划分类与方法(~1.5h)6.4任务规划案例(~0.5h)46.1任务规划概念与功能无人机任务规划（MissionPlanning）是指根据无人机需要完成的任务、无人机的数量以及携带任务载荷的类型，对无人机制定飞行路线并进行任务分配。任务规划的主要目标是依据地形信息和执行任务环境条件信息，综合考虑无人机的性能、到达时间、耗能、威胁以及飞行区域等约束条件，为无人机规划出一条或多条自出发点到目标点的最优或次优航迹，保证无人机高效、圆满地完成飞行任务，并安全返回基地。5任务规划模型6我们为什么需要任务规划？7直升机飞行控制系统导航角速率姿态速度位置给定输入我们为什么需要任务规划？8系统控制结构航路生成外环控制器内环控制器9任务规划在系统控制结构中的地位UAVmodelProcess2Process3PAMAPM1CAMAdaptationMechanismSetPointModeC1ACM1C2CnACMnModeTransitionControllerModeTransitionManagerUAVstateuTaskinformationTaskcompletedProcess1MissionPlanningHigh-levelControlsMissionTrajectoryPlanningMid-levelControlsMonitorOCPProcess410典型任务规划系统FlexibilitytodefineroutesandchangeroutesduringflightAutonomousormanualcontrolfornavigationandpayloadmanagement11典型任务规划系统Easytosetupweborcustomermapstofityourmission.Viewterrainandelevationsforeasynavigation126.1任务规划概念与功能主要功能由于无人机对任务规划的要求，需要更为详细的飞行航迹信息、作用目标和任务执行信息。无人机任务规划是实现自主导航与飞行控制的有效途径，它在很大程度上决定了无人机执行任务的效率。无人机任务规划需要实现以下功能：任务分配功能航迹规划功能仿真演示功能136.1任务规划概念与功能146.2约束条件与原则约束条件无人机任务规划需要考虑以下因素：A.飞行环境限制B.无人机物理限制C.飞行任务要求D.实时性要求15A飞行环境限制1617B无人机物理限制最小转弯半径：无人机飞行转弯半径将受到自身飞行性能限制，它限制无人机只能在特定的转弯半径范围内转弯。最大俯仰角：上升和下滑的最大角度。最小航迹段长度：最小航迹段长度是指限制无人机在开始改变飞行姿态前必须直飞的最短距离。最低安全飞行高度：限制通过任务区域最低飞行高度，防止飞行高度过低而撞击地面而坠毁。18C飞行任务要求航迹距离约束，限制航迹长度不大于一个预先设定的最大距离。固定的目标进入方向，确保无人机从特定角度接近目标。19D实时性要求实时性要求，由于任务的不确定性，无人机常常需要临时改变飞行任务。无人机任务规划系统必须具备在线重规划功能。206.2约束条件与原则-优化准则对航路点进行检验和调整，使之满足各种约束条件的需求。选用优化准则（如最短路径分析）由计算机辅助生成飞行航线。用检验准则检验航线上的每个点，若全部通过，则找到了一条可用的航线。216.3分类与方法-任务规划分类从实施时间上划分，任务规划可以分为预先规划和实时规划。就任务规划系统具备的功能而言，任务规划可包含航迹规划、任务分配规划、数据链路规划和系统保障与应急预案规划等，其中航迹规划是任务规划的主体和核心。226.3分类与方法-任务描述与分解接收任务任务理解环境评估任务分配航迹规划航迹优化生成计划保存查阅显示地形状况包含的目标区域时间区域禁飞区与障碍物气象信息载荷规划通信规划目标分配可用资源降落点燃油及设备性能航速和高速申请频域空域申请气象保障最小转弯半径最大俯仰保存发送236.3分类与方法-航迹规划无人机航迹规划是任务规划的核心内容，需要综合应用导航技术、地理信息技术以及远程感知技术，以获得全面详细的无人机飞行现状以及环境信息，结合无人机自身技术指标特点，按照一定的航迹规划方法，制定最优或次优路径。因此，航迹规划需要充分考虑电子地图的选取、标绘，航线预先规划以及在线调整时机。246.3分类与方法-电子地图功能256.3分类与方法-地图校准由于加载的电子地图与实际操作时的地理位置信息有偏差，需要在使用前对地图进行校准。无人机在特定区域内执行任务时，只需首次对该区域地图进行校准，此后在该区域执行任务时，直接调用已校准的地图即可266.3分类与方法-地图校准276.3分类与方法-地图校准286.3分类与方法-地图校准296.3分类与方法-地图校准306.3分类与方法-航线规划航线规划一般分两步：首先是飞行前预规划，即根据既定任务，结合环境限制与飞行约束条件，从整体上制定最优参考路径并装订特殊任务；其次是飞行过程中的重规划，即根据飞行过程中遇到的突发状况，如地形、气象变化、未知限飞禁飞因素等，局部动态的调整飞行路径或改变动作任务。316.3分类与方法-航线规划调整后航迹参考航迹已知威胁信息气象因素地形因素任务环境飞行前预规划飞行任务分解无人机自身约束条件飞行中重规划未知威胁信息326.3分类与方法-应急预案任务规划时还要考虑异常应急措施，其主要目的是确保飞机安全返航，规划一条安全返航通道和应急迫降点，以及航线转移策略（从航线上的任意点转入安全返航通道或从安全返航通道转向应急迫降点或机场）。336.4具体案例ModularPlatformandSensorimportinsingleintegratedsystemMosaicingofSonarandVideofrommannedandunmannedsystemsSensorFusion,SonarandVideoanalysistoolsPostMissionDataProcessing34McDonoughGATestField356.4具体案例366.5思考1无人机系统任务规划的概念、目标是什么？2无人机任务规划系统所需要实现的功能是什么？3无人机规划时需要考虑的因素有哪些？4如何进行地图校准？5对于给出的案例，设定一个具体的航路规划