任务规划与通讯链路
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通讯链路---地面终端与天线
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。
59
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 ？
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
44
航线规划
气象因素 地形因素 任务环境
无人机自身 约束条件
未知威胁 信息
已
知
威
飞行前 参考 飞行中 调整后
胁
预规划 航迹 重规划 航迹
信
息
飞行任务分解
45
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）。
L波段
根据IEEE 521-2002标准，L波段是指频率在 1-2 GHz的无线电波波段；而北约的L波段则 指40-60 GHz（波长7.50-5.00 mm），均属于 毫米波。L波段可被用于DAB、卫星导航系统
等。
C波段
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。
18
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。
19
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
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。
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
10
（一）任务规划概念与功能
11
1、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
12
A飞行环境限制
13
14
B 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。
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, export raster/image format，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
46
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
47
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-R M.2171报告：无人机系统通讯链路是指控制
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。
28
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。
分类与方法-电子地图
24
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。
答：UHF、l和c波段。
16
D 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。
17
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。
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。
15
C 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。
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。
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"shift all"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
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Ultra High Frequency(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。
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。
4
任务规划模型
5
我们为什么需要任务规划？
6
我们为什么需要任务规划？
包
禁
可
保 存
查 阅 显 示
时 间 区 域
含 的 目 标 区
地 形 状 况
飞 区 与 障 碍
气 象 信 息
用 资 源 降 落
目 标 分 配
通 信 规 划
载 荷 规 划
域
物
点
生成计划
航迹优化
航迹规划
保
发
Biblioteka Baidu
存
送
最
小
最
转
大
弯
俯
半
仰
径
20
申 请 气 象 保 障
申 请 频 域 空 域
航 速 和 高 速
燃 油 及 设 备 性 能
分类与方法-地图校准
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
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。
21
分类与方法-电子地图
电子地图:（英语：Electronic map），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。
8
典型任务规划系统
Easy to set up web or customer maps to fit your mission.
View terrain and elevations for easy navigation
9
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。
通讯链路---机载终端与天线
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 。
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通讯链路---机载终端与天线
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 。
任务规划
1
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。
给定输入
角速率 姿态 速度 位置
飞行控制 系统
导航
直升机
7
典型任务规划系统
Flexibility to define routes and change routes during flight
Autonomous or manual control for navigation and payload management
在第一排工具栏按钮中选择第5个按钮， 弹出"overlay control center"对话框， 选中要纠偏的图层，比如下图中打算对Jiapeng 16.png 这个图层纠偏，按鼠标右键弹出右键菜单，
选择"rectify-modify layer positon/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。
2
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
3
6.1 任务规划概念与功能
无人机任务规划（Mission Planning）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。
通讯链路---地面终端与天线
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。
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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 ？
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
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航线规划
气象因素 地形因素 任务环境
无人机自身 约束条件
未知威胁 信息
已
知
威
飞行前 参考 飞行中 调整后
胁
预规划 航迹 重规划 航迹
信
息
飞行任务分解
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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）。
L波段
根据IEEE 521-2002标准，L波段是指频率在 1-2 GHz的无线电波波段；而北约的L波段则 指40-60 GHz（波长7.50-5.00 mm），均属于 毫米波。L波段可被用于DAB、卫星导航系统
等。
C波段
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。
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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。
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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
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。
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
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（一）任务规划概念与功能
11
1、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
12
A飞行环境限制
13
14
B 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。
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, export raster/image format，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
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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
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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-R M.2171报告：无人机系统通讯链路是指控制
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。
28
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。
分类与方法-电子地图
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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。
答：UHF、l和c波段。
16
D 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。
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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。
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。
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C 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。
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。
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"shift all"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
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Ultra High Frequency(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。
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。
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任务规划模型
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我们为什么需要任务规划？
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我们为什么需要任务规划？
包
禁
可
保 存
查 阅 显 示
时 间 区 域
含 的 目 标 区
地 形 状 况
飞 区 与 障 碍
气 象 信 息
用 资 源 降 落
目 标 分 配
通 信 规 划
载 荷 规 划
域
物
点
生成计划
航迹优化
航迹规划
保
发
Biblioteka Baidu
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送
最
小
最
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大
弯
俯
半
仰
径
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申 请 气 象 保 障
申 请 频 域 空 域
航 速 和 高 速
燃 油 及 设 备 性 能
分类与方法-地图校准
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分类与方法-地图校准
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分类与方法-地图校准
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分类与方法-地图校准
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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。
21
分类与方法-电子地图
电子地图:（英语：Electronic map），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。
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典型任务规划系统
Easy to set up web or customer maps to fit your mission.
View terrain and elevations for easy navigation
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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。
通讯链路---机载终端与天线
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 。
57
通讯链路---机载终端与天线
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 。
任务规划
1
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。
给定输入
角速率 姿态 速度 位置
飞行控制 系统
导航
直升机
7
典型任务规划系统
Flexibility to define routes and change routes during flight
Autonomous or manual control for navigation and payload management
在第一排工具栏按钮中选择第5个按钮， 弹出"overlay control center"对话框， 选中要纠偏的图层，比如下图中打算对Jiapeng 16.png 这个图层纠偏，按鼠标右键弹出右键菜单，
选择"rectify-modify layer positon/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。
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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
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6.1 任务规划概念与功能
无人机任务规划（Mission Planning）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。