无人机任务规划方法研究

的 问题之 一 ： 设 我们 沿 着 海 岸 线 ， 等 距 离 设 假 用
定观 察 点 ， 在海 岸 线 长 度一 定 时 ， 察点 的数 量 Ｎ 观 （） 随着 的减少 而增 大 ， 岸 线 的长度 Ｌ（ ） 也随 海 ，
的减少 而增 大 。但 人们 发 现海岸 线长 度与 之 间
求 、 象环 境 和 已有 的情 报 等 因素 ， 气 制定 中长 期 和
短期 的任 务规 划 。实 时 规 划是 无 人 机 在 飞行 过 程 中 ， 据实 际 的飞行 情况 和环 境 的变 化 制定 出一条 根
可分 航路 ， 括对 预 先 规 划 的修 改 ， 包 以及 选 择 应 急 的方 案 。从层 次功 能上来 说 ， 务规 划 可包 含航 路 任
研 究认 为布 朗运 动是一 均值 为 ０ 方 差 。的高 斯或 ，
正 态分 布 的随 机 过 程 。 由于 许 多 物 体 的表 面形 态
间范 围、 携带 的燃油量 、 各地 面站 的位 置和航路 计划 。 息、 飞行高度速度 和需要到达的时间段＿ 。 ２ ］
３ 基 于地 形 分析 的 航线规 划算 法研 究
在航 线规 划 时 ， 应选 择最 有利 于 匹配 的地形 路 线 。即 ： 已知 的地 形 下 ， 择最 佳 飞行 路线 问题 。 在 选 形 的起 伏 ； 足地 形方 差指标 后 的地 形再 进 人 下一 满
任 务理 解 ， 析任 务执 行 的时 间范 围、 分 地理 区域 ， 任 务所包 含 的 目标个 数 ， 各个 目标 的位 置 、 要 程度 重
阶段 的分数 维分 析 ， 数维 表征 局部 地 形粗 糙 的程 分 度 ； 后进入 最 大 信 息 熵 分 析 ， 息 熵 表 征 在某 一 最 信 方 向 上 地 形 复 杂 的 程 度 。分 形 布 朗 运 动 Ｆ Ｍ Ｂ
（ ｒ ｃｉｎ ｌ ｒｗｎａ ｔ ｎ 是 用 以描 述 地 形 表 Ｆ ａ ｔ ａ Ｂ ｏ ｉｎＭｏｉ ） ｏ ｏ
面分 形特征 最有 效 的数学模 型 之一 ［ 。 ３ ］
３ １ 分 形学与 分数 维 ．
分 形 学 （ ｒｃａ） 由 美 国人 Ｂ Ｍａ ｄ ｌｒｔ Ｆ ａ ｔ１ 是 ｎ ｅ ｏ ｂ （９ ５ 首先 提 出并创 立 的边缘科 学 ， 已被 广 泛应 １７ ） 现
地发 挥无 人 机 的作用 ， 完成 飞 行任 务 。从 时 间上 来
说， 任务 规划 可分 为 预先规 划 和 实时 规 划 。预先 规 划是 无 人 机 在 起 飞前 制 定 的 ， 主要 是 综 合 任 务 要
以及 不可 预料 的突 发事 件做 出及 时 、 确反 应 的可 准
行 的技术 途径 ＿ 。 １ ］
无 人机 任务 规 划 的 目的是 找 出一 条 最 优 飞 行
战任 务或 战场 环境 改变 时 ， 多无 人机 仍 能通 过 系统 的调 整来 完成 飞行 任 务 。针对 多无 人 机 的航 路 规
划 ， 用分 布式 人工 智 能技术 是 对环 境 的不 确 定性 利
航路 ， 之在 确 保 无 人 机 安 全 的 前 提 下 ， 大 限度 使 最
也 相应 越大 。 ３ ２ 分形布 朗 函数 ．
行平 顺处 理 ， 定 出适合 无人 机 飞行 的航路 。最 后 制
生成 计 划并发 送 ， 整个处 理 流程如 图 １所示 ＿ 。 ２ ］
接收 任务 Ｈ 任务理解 Ｈ 威胁 评估 Ｈ 任务分配
分 数布 朗运 动 为一 常用 分 形 数 学 模 型 。人 们
提高 了任务规划 的实践 指导性 。 关键词 无人 机 ； 任务规划 ；地形分析
Ｖ２９ ７ 中 图分 类 号
Ｒ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｈｅ Ｍ ｉ ｓｏ ａ ｎｉ ｇ Ｍ ｅ ｈｏ ｆＵＡＶ ｓ ａ ｃ ｎ ｔ ｓ ｉ ｎ Ｐｌ ｎ ｎ ｔ ｄ ｏ
Ｙａ ｎ ｏ Ｘｉ
ｐ ａ ｔｃ ｆｇ ｉ ａ ｃ ｆｍｉｓｏ ｌｎ ｉ ｇ ｒ ｃ ｉｅ ｏ ｕ ｄ ｎ ｅｏ ｓ ｉｎ ｐ ａ ｎ ｎ ．
Ｋｅ ｏ ｄ ＵＡＶ ，ｍｉｓ ｎ ｐａ ｎ ｎ ｙＷ ｒ ｓ ｓｉ ｌｎ ｉｇ，ｔｒａｎａ ａｙ ｉ ｏ ｅ ｒｉ ｎ ｌｓｓ
ＣＩ ｓ ｍ ｂ ｒ Ｖ２ ９ ａ ｓ Ｎｕ ｅ ７
无人 机 飞行 的最 小 拐 角 和最 大爬 坡 能 力 对 航 迹 进
用于 各种 自然 现 象 的解 释 和 自然 现 象 的 仿 真 等 领 域 。用分形 学解 释地 理 现象 也 正是 Ｍａｄｌｏｔ ｎ ｅｂ ｒ 的
初衷 之一 。海 岸 线 的长 度 问题 是 分 形 学 最 初 研 究
＊
收 稿 日期 ：０ １ ３月 ３ 日， 回 日期 ：０ １年 ４月 ５日 ２１ 年 修 ２１ 作 者 简 介 ： 新 ， ， 士 研 究 生 ， 究 方 向 ： 事情 报 理 论 与 应 用 。 姚 男 硕 研 军
姚
新 ： 人 机 任务 规划 方法 研 究 无
总第 ２ ７ ０ 期
任务规划要满 足实时 ｌ 最 大生存 性和飞机 自身 生、 性能约束 ， 并且需要有重 规划能力 。规划 的结果是 可 供无人机飞行 的计 划 ， 括采用 的通信 方式和通信 时 包
ｉｆｒ ｔ ｎｐｏｔ ｇａ ｄｔｅｔ ｎ ｎ ｔｏ ｆ ｏ ｔ ｄｕｔ ｎ ， ｎｉ ｅ ｅｃｎｅ ｔ ｆ ｓｉｎｐａ ｎｎ ，ｉ ｒｖ ｄｔｅ ｎｏｍａｉ ｌｔｉ ｎ ｍｉ ａ ｄｍｅｈ ｄｏ ｕｅ ｊｓｍｅ ｔ ｅ ｒ ｈ ｄｔ ｏ ｔｎ ｓ ｌ ｉｇ ｍｐｏ ｅ ｏ ｎ ｈ ｉ ｇ ｔ ａ ｃ ｈ ｏ ｍｉ ｏ ｎ ｈ
１ 引 言 Hale Waihona Puke Baidu
未 来 战 争 中 ， 技 术 武器 装 备 朝 着 信 息 化 、 高 精 确化、 隐身化 和 无 人 化 方 向发 展 ， 中典 型 的代 表 其 就 是无 人机 。无 人机 具有 良好 的隐身 性 能 、 准确 的
攻 击能 力 、 轻便 灵 巧 的机 身 ， 且 可 以减 少 战场 对 并
总第 ２ ７ ０ 期
２ １ 年 第 ９期 ０１
舰 船 电 子 工 程
Ｓ ｉ ｅ ｔ ｏ ｉ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｈ ｐ Ｅｌ ｃ ｒ ｎ ｃ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ
Ｖｏ ． １ Ｎｏ ９ １３ ．
１
无 人 机 任 务 规 划 方 法 研 究
姚
（ 解放军炮 兵学 院
摘 要
新
合肥 ２０３） ３ ０ １
进行无人 机任 务规划是为 了更好地实现无人机作 战效能 ， 总体来说 ， 无人机 任务规划 主要是找 出一条最优 飞
行航线 ， 最大限度地发挥无人机 的作用 。通过分 析任务规划的基本流程 ， 提出基于地形分析 的航线规划算法 ， 并且结合任务
特点 ， 行航 线规划方法研究 ， 进 着重考虑 了地 图的选用 ， 地图信息的标绘和航线调整 的时机 与方 法 ， 丰富 了任务规划 的内容 ，
（ ｔ ｌｒ ａ ｅ ｙｏ Ａｒｉ ｅｙＡｃ ｄ ｍ ｆＰＬＡ，Ｈ ｅｅ ２ ０ ３ ） ｌ ｆｉ ３ ０ １
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｒ ｅ ｏ ａ ｈ ｅ ｅｔ ｅ ＵＡＶ ｐ ｒ ｔ ｎ ｌ ｆｅ ｔ ｅ ｅ ｓｂ ｔｅ ，ｔ ｅＵ ＡＶ ｓ ｉｎ ｐ ａ ｎ ｎ ｓｐ ｏ ｏ ｅ ．ｉ ｅ — ｓ ｒ ｃ ｎ ｏ ｄ ｒ ｔ ｃ ｉ ｖ ｈ ｏ ｅ ａ ｉ ａ ｆ ｃ ｉ ｎ ｓ ｅ ｔ ｒ ｈ ｏ ｅ ｖ ｍｉｓｏ ｌ ｎ ｉ ｇ ｉ ｒ ｐ ｓ ｄ ｎ ｇ ｎ ｅ ａ 。ＵＡＶ ｉｓｏ ｌｎ ｉｇ ｉ ｍ ａｎ ｙ ｔ ｉ ｄ ａ ｐ ｉ ａ ｌ ｈ ｏ ｔ ｓ ｏ ｍａ ｉ ｚ ｈ ｏ ｅｏ ｒｌ ｍ ｓ ｉｎ ｐ ａ ｎ ｎ ｉ ｌ ｏ ｆ ｎ ｏ ｔ ｓ ｎ ｍ ｌ ｉ ｔｒ ｕ ｅ ，ｔ ｘ ｍｉｅ ｔ ｅ ｒ ｌ ｆＵＡＶｓ ｙ ａ ａ ｙ ｉｇ ｔ ｅｂ ｓｃ ｆｇ ．Ｂ ｎ ｌ ｚｎ ｈ ａ ｉ ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ｉｓｏ ｌｎ ｉ ｇ，ｔ ｅ ｒ ｕ ｅ ｐ ａ ｎ ｎ ｌ ｏ ｉ ｍ ｓ ｐ ｔｆ ｒ ｒ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｔ ｒ ａｎ ａ ａｙ ｉ ，ａ ｄ ｃ ｍｂ ｎ ｔ ｎ ｔ ｅ ｒ ｃ ｓ ｆｍ ｓ ｉｎ ｐ ａ ｎ ｎ ｈ ｏ ｔ ｌｎ ｉ ｇ ａｇ ｒ ｈ ｉ ｕ ｏ ｗａ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｅ ｒ ｉ ｎ ｌ ｓｓ ｎ ｏ ｔ ｉａ ｉ ｈ ｏ ｔ ｓ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔ ｓ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｈ ｏ ｔ ｌ ｎ ｉ ｇ ｍ ｅ ｈ ｄ ｉ ａ ｒｅ ｎ，ｃ ｎ ｉｅ ｅ ｈ ａ ｏ ｕ ｅ ｎ ｔ ｅ ｓ ｌｃ ｉｎ，ｍａ ａ ｋ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉ ，ａ ｒ ｓ ａ ｃ ｆｔ ｅｒ ｕ ｅ ｐ ａ ｎ ｎ ｔ ｏ ｃ ｒ ｉｄ ｏ ｃ ｓ ｏ ｓｄ ｒ ｄ ｔ ｅｍ ｐ ｆ ｃ ｓ ｓｏ ｈ ｅ ｅ ｔ ｏ ｐ
先 方 航路规划包括出发地点 、 途经地点 、 目的地点的位 置信 进 行地 形分 析 时 ， 进行 方 差 分 析 ， 差 量 表 征 地
２ 任 务 规 划 的基 本 流 程
任 务规 划 由任务理 解 、 威胁 评估 、 务 分 配 、 任 航 路 规划 、 航路 优化 和航 路评 价等 组 成 。其处 理 流程 开始 于接 收上 级下 发 的任 务 、 令 ， 先 对 任 务进 命 首 行 保存 ， 提供 查 阅和显 示 。然后 辅 助操 作人 员 进行
存 在一个 近似 关 系 ：
Ｌ（ ） ａ ・ 一 一 。 （） １
将式 （ ） 在 ｌｇｌｇ对 数 纸 上 ， 是 一 条 直 １画 ｏ— ｏ 却
线， 其斜 率为 Ｄ。如英 国 的海岸线 Ｄ≈ １３ 挪威 的 ．；
海 岸线 Ｄ≈ １ ５ 。我 们称 Ｄ 为分 数 维 。Ｄ 的 物理 ．２ 意 义是 海岸线 弯 曲变 化 的 程 度 ， 越 大 ， 种 程 度 Ｄ 这
等状 况 。根 据 任务 涉 及 的 区域 查 询 并 显 示 地 形概 况 、 方导 弹 、 敌 火炮 、 达 分 布 情 况及 气 象 信 息 ， 雷 为 航路 规划提 供威 胁情 况依 据 。其 次进 行任 务 分配 ， 在这个 过程 里 提 供 可用 的无 人 机 资 源 和 降 落 点 的 显示 ， 辅助操 作 人 员 进 行 载 荷 规 划 、 信 规 划 和 目 通 标分 配 。载荷 规划 包括 携带 的传 感器 类 型 、 摄像 机 类型 和武 器装 备类 型等 ， 规划装 备 工作 时间 及工 作 模式 ， 同时需要 考虑 气 象 情 况 对 装 备 的影 响 程 度 。 通信 规划 包括 在执行 任 务 的过 程 中 ， 需要 根 据 战场 情况 的变 化制 定一 些通 信任务 ， 变 和任 务 控制 站 改 之 间的通 信方 式等 。下 一步 是航 路规 划 ， 目标 分 在 配 的基础 上 ， 据威 胁源 情况 、 人 机航 速 、 根 无 飞行 高 度范围、 燃油量 和装 备 性 能 制 定 飞 行 航 路 ， 申请 并 通信 保 障和气 象 保 障 。航 路 规划 完 成 后 系统 根 据
规划 、 据 链 路 规 划 和 系 统 保 障 与 应 急 预 案 规 划 数 等 。任务 规划 系 统 在 无 人 机 飞行 前 和 飞行 过 程 中 进行 任务 规划 、 资源 协调 以及 确 定 飞行 航 路 。当作
作 战人 员 的直 接 伤 害 。为 了提 高 无 人 机 的作 战效 能， 需要 进行 无人 机 任务 规划 。