[发明专利]一种基于在线构图的飞行器返航路线规划方法

说明书

技术领域

本发明属于自主导航与航迹规划技术范畴，具体是采用了INS/GIS组合导航方式，通过利用地理信息系统（简称GIS）和在线构图技术，实现对无人机、空中运载器等飞行器的自主导航和返航路线快速规划。

背景技术

（1）地理信息系统GIS

地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征及一切有用的知识。地理信息系统是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科；是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、模拟和显示，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。

目前，地理信息系统已在环境保护、灾害预测、城市规划、交通运输等众多领域得到了十分广泛的应用，但还未见到将其应用于飞行器导航与返航路线快速规划的研究。

（2）数字式景像匹配辅助导航

采用数字式景像匹配辅助导航，需要事先获取飞行器的预定飞行线路上某些地区的地面景物图像，存储在机载计算机中，当飞行器飞临这些地区上方时，利用机载光学、红外或者SAR成像传感器实时获取地面景象，并与预存在机载计算机中的图像进行配准比较，确定出飞行器的当前位置。

数字式景像匹配辅助导航的优点是精度较高，缺点是需要存储的信息量很大，实时采集到的图像数据量大，相应的处理数据量的工作量也很大，为满足飞行器导航制导系统要求，需要具有较高的图像处理和视频信号处理速度。

（3）航迹规划技术

飞行器航迹规划的主要功能是根据任务目标和约束规则规划一条从起始点到目标点的最优飞行轨迹。它一般分两个层次进行：第一，根据飞行任务要求、飞行区域、时间等因素组合，以此最优性能指标为标准，通过规划算法生成一条参考轨迹；第二，综合考虑参考轨迹周围的威胁情况和飞行器自身的性能指标，对参考轨迹进行局部动态优化，最后生成最优轨迹。

由于飞行器航迹规划涉及到的约束条件较多，建立数学模型存在一定的困难，并涉及大量不同信息的处理，目前，在规划系统的精确度、实时性和任务适应性等方面还存在一系列的问题有待解决。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于在线构图的飞行器返航路线规划方法。

本发明的技术解决方案是：一种基于在线构图的飞行器返航路线规划方法，步骤如下：

（1）在飞行器的预定飞行线路上选择一系列典型区域，事先测绘出关于整个飞行线路上或仅仅是选择的典型区域的地理信息存储在机载计算机中；

（2）在飞行器飞行过程中，由机载惯性测量装置实时敏感飞行器的运动变化，根据飞行器的运动变化，实时获取飞行器的惯性导航信息；

（3）在飞行器飞行过程中或仅在飞临典型区域上方时，利用机载传感器实时获取地面景像或其它地理信息，得到实时图；

（4）从实时图中提取地面要素的特征数据，将提取的特征数据与机载计算机中存储的地理信息进行特征匹配，确定飞行器的当前位置；

（5）根据步骤（2）中获取的飞行器当前飞行状态参数与步骤（4）中确定的飞行器当前位置进行信息融合，估计惯性导航误差，并利用估计的惯性导航误差修正飞行器的导航参数；

（6）飞行器飞行过程中，机载计算机按照预先设定的规则将步骤（5）经过信息融合的飞行器位置信息存储在机载计算机的地理信息中，并根据经过信息融合的飞行器位置信息进行在线构图；

（7）飞行器在返航过程中，根据在线构图的结果以及飞行器的任务特点实时进行航迹规划，完成飞行引导。

所述步骤（1）中的地理信息存储在机载计算机前进行预处理，该预处理包括以下步骤：

（1.1）从典型区域中的地理信息数据中提取能够用于匹配定位的地理目标；

（1.2）对上述地理目标中的线状目标几何数据进行化简，保留曲线上形态特征明显的点，舍去曲线上形态特征不明显的点；

（1.3）对地理目标的属性特征数据进行化简，保留地理目标的类型和匹配中所需的描述信息；

（1.4）提取地理目标的几何特征信息；

（1.5）将不同数据源、不同图层的地理目标按照统一的特征编码进行重新组织，重新组合和分解相互覆盖或叠加的地理目标，并重新建立各个地理目标之间的相互关系，以将所需的不同数据源、不同层的地理目标统一融合到一个图层中。

本发明与现有技术相比有益效果为：

本发明方法考虑到无人机、运载器等飞行器在飞行过程中对导航的实时性、高精度要求，以及快速返航规划的需要，采取了相应的措施，取得了有益的效果，具体效果如下：