4任务规划与通讯链路

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6.2任务规划约束条件与原则6.3任务规划分类与方法6.4任务规划案例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典型任务规划系统FlexibilitytodefineroutesandchangeroutesduringflightAutonomousormanualcontrolfornavigationandpayloadmanagement9典型任务规划系统Easytosetupweborcustomermapstofityourmission.Viewterrainandelevationsforeasynavigation10一、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11（一）任务规划概念与功能121、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13A飞行环境限制1415B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。16C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。17D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。182、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。19二、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。20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21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。电子地图:（英语：Electronicmap），即数字地图，是利用计算机技术，以数字方式存储和查阅的地图。就是将实物地图通过网络技术、通信技术、地理信息系统技术（GIS）做成的一种地图。电子地图的特点有如下6个：1.可以快速存取显示。2.可以实现动画。3.可以将地图要素分层显示。4.利用虚拟现实技术将地图立体化、动态化，令用户有身临其境之感。5.利用数据传输技术可以将电子地图传输到其他地方。6.可以实现图上的长度、角度、面积等的自动化测量。分类与方法-电子地图电子地图有哪些用处？第一、用来查找各种场所、各种位置。第二、通过地图查找一些出行的路线。例如坐公交怎么坐，开车怎么走，选择什么路线等等。第三、了解其他信息。在地图上除了可以看到地理位置外，还可以知道如电话、联系人，以及了解一家公司提供的产品和服务等信息。第四、在地图上发布信息。对企业来说，电子地图也是一个可以发布广告的宣传平台。24分类与方法-电子地图分类与方法-卫星地图卫星地图：是卫星拍摄的真实的地理面貌，卫星地图可用来检测地面的信息，你可以了解到地理位置，地形等。这些信息，可以应用于城乡规划，现在通过卫星地图的（GPS）导航系统，如果是实时监测的卫星地图，可以作军事指挥部署，观察要塞处军事重地，以便防守保护国家领土；抗灾救灾部；监控火灾、虫灾等自然灾害，还可以应用于警察追捕通缉犯等等。28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。OZI是一种很DIY的GPS地图软件。不像别的GPS地图软件，地图都是事先准备好了。OZI的地图可以是任意的图片地图，自己在上面进行标注。或者是别人制作好的地图。在第一排工具栏按钮中选择第5个按钮，弹出overlaycontrolcenter对话框，选中要纠偏的图层，比如下图中打算对Jiapeng16.png这个图层纠偏，按鼠标右键弹出右键菜单，选择rectify-modifylayerpositon/projection选项。在地图校准的对话框里我们需要标定至少两个点，可以标定多个点。如果地图的范围不大，变形不大，最常用的是将地图整体平移，既点击shiftall按钮，在弹出的对话框里输入整体平移的距离，单位可以是米，也可以选择度，或许仍有少许变形和偏移，只要精度在可接受的范围内即可。在下图中，选择了将地图整体向东平移50米和向北移动50米。如果不知道地图的偏移量，或许需要和其他无偏的地图或者轨迹做比对。比如下图里抓了一块无偏的谷歌卫星地图，和需要纠偏的地图叠加起来，需要将上层的图片地图设置成部分透明transparent用测量工具测量偏移量，底部状态栏里可以看到测量的结果，用这个距离去纠偏纠偏之后可以重新输出地图，保存真实的位置。将其他图层都隐藏掉，仅保留要输出的图层，然后在菜单栏选择“文件”，然后是export,exportraster/imageformat，在option的对话框里要选中输出对应的map文件。这样得到的光栅地图位置就准确了40分类与方法-地图校准41分类与方法-地图校准42分类与方法-地图校准43分类与方法-地图校准44三、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。45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46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）。47四、思考题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通讯链路相关概念主要指用于无人机系统传输控制、无载荷通讯、载荷通讯。ITU-RM.2171报告：无人机系统通讯链路是指控制和无载荷链路主要包括：指挥与控制（C&C）、空中交通管制(ATC)、感知和规避(S&A)三条链路。通讯网络中两个节点之间的物理通道称为通讯链路两种分类1、根据通讯链路的连接方法（1）点对点连接通讯链路。只连接两个结点（2）多点连接链路。一条链路连接多个结点2、根据通讯方式不同（1）单项通讯链路（2）双向通讯链路无人机系统中的通讯链路也常被称为数据链民用无人机系统一般使用点对点的双向通讯链路，也有部分无人机系统使用单向下传链路我国对民用无人机射频指标规定目前世界无人机的频谱使用主要集中在：UHF、l和c波段。UHF波段:UHF通常是指特高频无线电波。特高频UltraHighFrequency(UHF)是指频率为300~3000MHz，波长在1m~1dm的无线电波。该波段的无线电波又称为分米波。L波段根据IEEE521-2002标准，L波段是指频率在1-2GHz的无线电波波段；而北约的L波段则指40-60GHz（波长7.50-5.00mm），均属于毫米波。L波段可被用于DAB、卫星导航系统等。C波段，是频率从4.0-8.0GHz的一段频带，作为通信卫星下行传输信号的频段。在卫星电视广播和各类小型卫星地面站应用中，该频段首先被采用且一直被广泛使用。C波段57无人机系统通讯链路机载终端常被称为机载电台，集成于机载设备中。视距内通讯的无人机多数安装全向天线，需要进行超视距通讯的无人机一般采用自跟踪抛物面卫通天线。通讯链路---机载终端与天线58无人机系统通讯链路机载终端常被称为机载电台，集成于机载设备中。视距内通讯的无人机多数安装全向天线，需要进行超视距通讯的无人机一般采用自跟踪抛物面卫通天线。通讯链路---机载终端与天线59民用通讯链路的地面终端硬件一般会被集成到控制站系统中，称作地面电台，部分地面终端会有独立的显示控制界面。视距内通讯链路地面天线采用鞭状天线、八木天线和自跟踪抛物面天线，需要进行超视距通讯的控制站还会采用固定卫星通讯天线。通讯链路---地面终端与天线复习题目前世界无人机的频谱使用主要集中在那几个波段？答：UHF、l和c波段。