7章任务规划详解
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无人机仪表飞行
无人机操作手利用飞行摇杆在姿态遥控或 直接操作舵面方式下的飞行定义为无人机 的仪表飞行。
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地图校准选点方法？ 5接到工作任务后要做什么准备？
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图元标注
场地标注：起飞场地标注、着陆场地标注、 应急场地标注、为操作员提供发射与回收以 及应急迫降的区域参考 警示标注：飞行区域内重点目标的标注，如 建筑物、禁飞区、人口密集区等影响飞行安 全的区域。 任务区域标注：无人机侦察监视区域应预先 标注，主要包括任务区域范围、侦察监视对 象等。
航线规划
21
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。
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。
6
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。
到达时间 进入方向
7
D 实时性要求
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
5
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。
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
航线规划
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
18
应急航线
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）。
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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。
11
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
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
存
送
最
小
最
转
大
弯
俯
半
仰
径
12
申 请 气 象 保 障
申 请 频 域 空 域
航 速 和 高 速
燃 油 及 设 备 性 能
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。
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气象因素 地形因素 任务环境
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。
8
无人机地面站操作
原则
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。
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电子地图
功能： 电子地图在无人机任务规划中的作用是显示 无人机的飞行位置、画出飞行航迹、标注规 划点以及显示规划航迹等 显示信息为三个方面： 1无人机位置和飞行航迹 2无人机航迹规划信息 3辅助信息 （图元标注）
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
3
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 仿真演务规划
1
航拍返航路线的航线规划
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。
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。
无人机仪表飞行
无人机操作手利用飞行摇杆在姿态遥控或 直接操作舵面方式下的飞行定义为无人机 的仪表飞行。
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地图校准选点方法？ 5接到工作任务后要做什么准备？
15
图元标注
场地标注：起飞场地标注、着陆场地标注、 应急场地标注、为操作员提供发射与回收以 及应急迫降的区域参考 警示标注：飞行区域内重点目标的标注，如 建筑物、禁飞区、人口密集区等影响飞行安 全的区域。 任务区域标注：无人机侦察监视区域应预先 标注，主要包括任务区域范围、侦察监视对 象等。
航线规划
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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。
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。
到达时间 进入方向
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D 实时性要求
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
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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。
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
航线规划
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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应急航线
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）。
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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
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
存
送
最
小
最
转
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
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。
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气象因素 地形因素 任务环境
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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无人机地面站操作
原则
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。
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电子地图
功能： 电子地图在无人机任务规划中的作用是显示 无人机的飞行位置、画出飞行航迹、标注规 划点以及显示规划航迹等 显示信息为三个方面： 1无人机位置和飞行航迹 2无人机航迹规划信息 3辅助信息 （图元标注）
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
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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 仿真演务规划
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航拍返航路线的航线规划
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。
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。