一种无人机定点投放发射方法、系统、设备及介质

本发明涉及无人机定点投放，特别是涉及一种无人机定点投放发射方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、近年来无人机运输物资应用场景广泛，对于空中执行定点投放任务的喷气式无人机，其投放物资的距离与精度不仅取决于物资形状大小、投放点周边地理环境以及风速阻力等一系列外在因素。还要考虑无人机自身操作技术、接近投放点的飞行高度与速度等内在因素。因此研究无人机定点投放的发射策略是非常重要的。

2、目前在进行定点投放的发射策略研究时，往往将研究方向置于物资被无人机发射后的运动过程，但是物资的实际完整发射过程不仅包括了发射后的运动过程，还包括了在发射之前的运动过程，因此现有对定点投放的研究不是非常全面，其发射策略与实际投放结果相比有一定的偏差。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种无人机定点投放发射方法、系统、设备及介质，解决了现有对定点投放的研究不是非常全面，其发射策略与实际投放结果相比有一定的偏差问题。

2、本发明提供一种无人机定点投放发射方法，将无人机定点投放的发射过程分为三个阶段，该发射方法用于对物资进行定点投放，包括以下步骤：

3、将无人机定点投放的发射过程分为三个阶段，包括物资平飞阶段、物资俯冲阶段以及物资下落阶段，在每个阶段内构建关于时间与水平位移的基本方程；

4、根据每个阶段内的时间与水平位移的基本方程，将各阶段时间分别用对应的位移进行表示；以最小化各阶段时间之和以及最小化无人机俯冲角为多目标函数，以各阶段水平位移之和为约束条件，构建多目标优化模型；

5、对多目标优化模型进行求解，得到各阶段的最优飞行时间范围以及无人机俯冲角的最优角度范围。

6、优选的，所述物资平飞阶段内关于时间与位移的基本方程如下所示：

7、x1＝v1t1

8、式中，x1为物资平飞阶段的水平位移，v1为物资平飞阶段的速度，t1为物资平飞阶段的时间；

9、所述物资俯冲阶段内关于时间与位移的基本方程如下所示：

10、

11、式中，x2为物资俯冲阶段的水平位移，t2为物资俯冲阶段的时间，β为无人机俯冲角，z2为物资俯冲阶段的竖直位移。

12、优选的，在物资下落阶段内构建相应的时间与位移的基本方程，包括以下步骤：

13、对物资进行受力分析，建立物资的运动学方程；

14、将物资的运动学方程转化为物资下落阶段内时间与位移的基本方程；

15、所述物资的运动学方程如下所示：

16、

17、式中，m为物资的质量，ax为物资水平飞行加速度，ay为物资横向飞行加速度，az为物资竖直飞行加速度，vx为物资水平飞行速度，vy为物资横向飞行速度，vz为物资竖直飞行速度，k为中间变量，g为重力加速度，c为空气阻力系数，s为物资截面面积，ρ为空气密度，r为物资截面半径。

18、所述物资下落阶段内时间与位移的基本方程如下所示：

19、

20、式中，x、y、z分别为物资在沿初始方向发射水平位移分量、与水平分量垂直方向位移分量和竖直方向位移分量，t为物资下落阶段的时间，vw为风速，θ为水平反向风速与物资运动速度夹角。

21、优选的，所述多目标函数如下所示：

22、

23、式中，t为物资下落阶段的时间，t1为物资平飞阶段的时间，t2为物资俯冲阶段的时间，β为无人机俯冲角。

24、优选的，通过改进的模拟退火算法对多目标优化模型进行求解，得到各阶段的最优飞行时间以及无人机俯冲角的最优角度范围，具体包括以下步骤：

25、s1：输入多目标优化模型，设置模拟退火算法参数：温度参数为100度、降温速率为0.99、初始解的选择方式为任意选择；

26、s2：设置马尔可夫链为200，在当前温度下生成200个初始解，所述初始解包括各阶段的初始飞行时间和无人机俯冲角的初始角度；

27、s3：对每个初始解均进行随机扰动，产生对应的新解；

28、s4：计算每个新解与对应初始解的增量，若增量小于0，则以新解作为当前解；若增量大于0，则计算新解的接收概率，若新解的接收概率大于一个随机数，则以新解作为当前解，否则保留初始解为当前解；

29、s5：如果满足终止条件，则输出当前解为最优解，所述最优解包括各阶段的最优飞行时间和无人机俯冲角的最优角度；终止条件通常取为在连续若干个metropolis链中新解都没有被接受时终止算法或者是设定结束温度；否则按衰减函数衰减后返回s2。

30、优选的，通过下式计算每个新解与对应初始解的增量：

31、δe＝e(n+1)-e(n)

32、e(n)＝η(min{β})+γ(min{t+t1+t2})

33、e(n+1)＝η(min{β}′)+γ(min{t+t1+t2}′)

34、通过下式计算新解的接收概率：

35、

36、式中，δe为增量，e为能量的大小，n为第n个解，η和γ分别为对俯冲角和时间的权重，t为当前温度，p为接收概率。

37、优选的，物资平飞阶段的最优飞行时间范围为10.3<t<12.1，物资俯冲阶段的最优飞行时间范围为18.1<t1<24.2，物资下落阶段的最优飞行时间范围为12.5<t2<17.3；无人机俯冲角的最优角度范围为35°<t2<43°。

38、一种无人机定点投放发射系统，该发射系统用于对物资进行定点投放，包括：

39、构建模块，用于将无人机定点投放的发射过程分为三个阶段，包括物资平飞阶段、物资俯冲阶段以及物资下落阶段，在每个阶段内构建关于时间与水平位移的基本方程；

40、多目标模块，用于根据每个阶段内的时间与水平位移的基本方程，将各阶段时间分别用对应的位移进行表示；以最小化各阶段时间之和以及最小化无人机俯冲角为多目标函数，以各阶段水平位移之和为约束条件，构建多目标优化模型；

41、求解模块，用于对多目标优化模型进行求解，得到各阶段的最优飞行时间范围以及无人机俯冲角的最优角度范围。

42、一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述的无人机定点投放发射方法。

43、一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的无人机定点投放发射方法。

44、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

45、为了对定点投放进行更加全面的研究，本发明将无人机定点投放发射分为三个阶段，具体为物资平飞阶段、物资俯冲阶段以及物资下落阶段，其中物资平飞阶段和物资俯冲阶段为物资发射之前的运动过程，物资下落阶段为物资被无人机发射后的运动过程。在每个阶段内构建关于时间与水平位移的基本方程，以最小化各阶段时间之和以及最小化无人机俯冲角为多目标函数，以各阶段水平位移之和为约束条件，构建多目标优化模型。本发明给出了给出无人机发射距离与各阶段时间以及俯冲角度等因素之间的关系。最终对多目标优化模型进行求解，得到各阶段的最优飞行时间范围以及无人机俯冲角的最优角度范围，给出了更为准确的发射策略。