[发明专利]一种基于昼夜循环飞行的太阳能无人机航迹规划方法

说明书

本发明公开了一种基于昼夜循环飞行的太阳能无人机航迹规划方法，属于航迹规划技术领域。所述方法首先进行初始化飞行环境和太阳能无人机的物理参数，然后计算特定日期不同时刻下的太阳位置变化数据，不同的太阳位置下，计算无人机处于不同的飞行姿态时，铺设的光伏模块的输出功率，根据不同时刻的太阳位置，计算对应的最优的飞行姿态，根据不同时刻的飞行姿态，组合成白天太阳能无人机的飞行航迹、并计算晚上的飞行航迹。本发明可以最大限度的提升无人机的续航时间，降低太阳能无人机实现昼夜巡航的门槛，有利于后续的载荷模块设计。通过此方法可以快速有效的得到夜晚的飞行航迹，以满足和实现太阳能无人机昼夜循环巡航的要求。

技术领域

本发明属于航迹规划技术领域，涉及太阳能无人机飞行策略以及航迹优化系统，具体涉及一种基于昼夜循环飞行的太阳能无人机航迹规划方法。

背景技术

太阳能无人机(Solar-powered Unmanned Aerial Vehicles,简称SUAV)是以太阳能为主要能量来源，通过储能电池供电来最大限度地维持无人机飞行的一种无人飞行器。太阳能无人机巡航时间长，飞行高度高，覆盖范围广，具有常规飞行器不可替代的优点。针对太阳能航空器的研究，是我国新世纪航空工业重点发展的一个新领域，也是我国航空工业的一大研究热点。

当前的太阳能无人飞行器主要通过搭建高度优化的机体结构以及光伏系统来提高飞行器的飞行时长。通过对太阳能无人机各系统的优化，以实现昼夜长航时飞行。

航迹规划是飞行器任务规划系统的核心之一，是一门伴随着现代信息技术而发展起来的高新技术。航迹规划是在综合考虑无人飞行器(Unmanned Aerial Vehicle,简称UAV)到达时间、能量消耗、威胁以及飞行区域等因素的前提下，为飞行器规划出一条最优(最满意)的飞行航迹，以保证圆满完成飞行任务。

传统的无人机规划算法多是在已知部分或者全局地图信息的情况下，寻找从已知起点到目标点的最优路径的方法。常用的航迹算法分为基于概率图的规划方法、基于单元分解的规划方法、人工势场法、数学规划方法、基于进化计算的规划方法等。

太阳能无人机的所有能源来源于光伏充电的储能电池，因此，如何在有限的太阳辐射功率和光伏模块铺设条件下，设计有效的飞行航迹以实现太阳能无人机的持续飞行，是太阳能无人机航迹规划的核心技术。

另一方面，太阳能无人机的结构事先经过了高度优化，自身具有严格的飞行性能约束，航迹规划时必须考虑UAV的物理限制，主要包括最大拐弯角、最大爬升/俯冲角、最大仰角、最小航迹段长度，最低飞行高度等，与传统的无人机航迹规划类似，太阳能无人机在进行航迹规划时，需要结合无人机的物理限制来保证无人机的正常飞行。

目前太阳能无人机航迹规划算法的研究主要通过给定飞机部分物理参数，给定起点和终点，求解从起点到终点，能量获取最大的一条航迹，但是，在上述的研究中，研究人员假定的条件比较理性化，与实际情况有一定的差距，很少针对实际的昼夜环境对太阳能无人机的航迹进行规划。

昼夜循环飞行包括白天飞行和夜晚飞行，不同日期下的昼夜环境各不相同，如何规划飞行航迹十分关键。

发明内容

本发明提供一种基于昼夜循环飞行的太阳能无人机航迹规划方法，通过该方法能够在不同的日期和地域情况下，生成满足昼夜循环飞行的航迹，对于太阳能无人机进行全天候巡航具有重要的应用价值。

本发明的一种基于昼夜循环飞行的太阳能无人机航迹规划方法，包括以下步骤：

步骤1：初始化飞行环境和太阳能无人机的物理参数。

飞行环境包括具体飞行的日期、起飞的空间地理坐标、飞行区域光照辐照度的统计数据，太阳能无人机的物理参数包括最大拐弯角、最大爬升/俯冲角、最低飞行高度、最大仰角、不同爬升角和仰角下的飞行速度和气动消耗。