[发明专利]面向频谱测绘的无人机飞行路径自主规划装置及方法

说明书

本发明公开了一种面向频谱测绘的无人机飞行路径自主规划装置方法，其中装置包括地面平台单元和无人机平台单元，地面平台单元用于计算无人机路径，将其转换成控制指令发送到无人机平台单元，并实时接收无人机平台单元采集到的频谱数据，无人机平台单元用于采集路径点处的频谱数据，并发送到地面平台单元。本发明面向频谱测绘的无人机飞行路径自主规划装置可以实现面向电磁频谱地图的无人机路径自主规划。同时本发明方法通过初始飞行估计辐射源位置，然后进一步规划飞行路径，不需要环境的先验信息知识，适用于面向频谱测绘的无人机路径自主规划。

技术领域：

本发明涉及面向频谱测绘的无人机飞行路径自主规划装置及方法，特别针对无人机在频谱测绘方面的应用，属于无线信息传输领域。

背景技术：

随着信息时代的飞速发展，电磁频谱作为一种重要的国家战略资源备受关注，也关乎国家信息化发展战略和信息化战争优势的确立。然而随着用户的增加，电磁频谱资源日益紧缺，非法用频也给电磁频谱管控带来了严峻挑战。为了有效利用频谱资源,加强对非法用频的管控，构建精确的电磁频谱地图十分重要。

近年来，随着无人机技术的发展，已被广泛应用于航拍、农业、植保等领域。其中，飞行路径规划技术作为无人机应用中的一个重要研究内容，包括根据路径规划算法实现最优路径的搜索，无人机避障以及无人机最短路径搜寻等。针对基于无人机的电磁频谱地图测绘领域，如何高效完成频谱地图测绘，如何以最优的飞行路径执行数据采集任务等是目前需要解决的一个重要问题。

发明内容：

本发明是为了解决上述问题而提出的面向频谱测绘的无人机飞行路径自主规划方法及装置，通过先飞行采集数据估计辐射源位置，再对辐射源位置进行集中采集的方法，从而以较少的采集数据测绘出高精度的电磁频谱地图，该方法适用于未知环境的电磁频谱地图测绘。

本发明采用如下技术方案：一种面向频谱测绘的无人机飞行路径自主规划装置，包括地面平台单元和无人机平台单元；

所述地面平台单元用于计算无人机路径，将其转换成控制指令发送到无人机平台单元，并实时接收无人机平台单元采集到的频谱数据，所述无人机平台单元用于采集路径点处的频谱数据，并发送到地面平台单元。

.本发明还采用如下技术方案：一种面向频谱测绘的无人机飞行路径自主规划方法，包括如下步骤：

第一步，用户输入初始参数至地面平台单元的用户输入模块中，初始参数具体包括待测区域长度L和宽度W，无人机飞行高度H，频谱地图x轴方向分辨率△l和y轴方向分辨率△w；

第二步，路径计算模块根据用户输入的初始参数生成无人机的初始飞行路径，并将路径信息通过控制指令模块转换成控制指令发送到无人机平台单元的飞行控制模块中；

第三步，无人机平台单元的飞行控制模块收到控制指令模块发来的控制指令后，开始飞行并实时采集数据，通过数据采集模块将采集的频谱数据P_i经由数据发送模块发送到地面平台单元数据接收模块；

第四步，地面平台单元的数据接收模块接收无人机平台单元的频谱数据，并传输到数据补全模块，数据补全模块将其补全后传输到定位算法模块，定位算法模块据此估计获得n个辐射源的位置，记为并将其传输至路径计算模块；

第五步，路径计算模块1-5接收到来自定位算法模块1-4的辐射源位置信息后，根据初始平行路径的终点位置(x_e,y_e,z_e)及上述信息计算出无人机的路径信息，包括辐射源的访问顺序以及绕着辐射源周围飞行的路径信息。

进一步地，第二步中生成初始飞行路径的具体实现步骤如下：

2.1).令无人机的初始位置为(x₀,y₀,z₀)，初始移动方向沿着y轴负方向；