针对当时空中无线电监测依赖于悬停或沿预设轨道飞翔的监测办法，不能充分利用空中渠道机动灵活的才能，无法取得最佳丈量方位和丈量值的问题，剖析了空中无线电监测使命和监测进程，在现有空中电磁频谱测向定位办法的基础上，提出一种多旋翼无人机自主途径规划办法，根据监测使命实时进行无线电监测，将循环迭代的监测成果作为自主途径规划的根据，研讨包含无人机飞翔的高度、方向、转向判据和转向视点的操控办法，并规划了无人机途径规划流程。
关键词:无人机；空中频谱监测；使命规划；途径规划
引言
基于无人空中渠道的无线电监测从20世纪90年代末就开端有相关测验。到现在为止，无人空中监测首要选用升空悬停监测和预先规划轨道监测两种办法。升空悬停监测仅仅单纯地提升了接收机和天线的高度，扩展了监测规模，进步了某些参数的丈量精度，可观测的内容与地上监测站大体一致。预先规划轨道监测需求在无人渠道升空前，由操作人员依据既定丈量使命、监测区域地势、地物、地貌以及丈量经验，预先设定飞翔道路。可是空间电磁环境十分杂乱，固定的飞翔道路不能有针对性的施行监测使命，无法满意寻觅无线电信号最佳丈量时机和丈量方位的准确丈量需求。
现有的无人机主动途径规划都是用于完结既定使命、躲避地上和空中障碍物的途径规划办法，比较于预先规划飞翔轨道，主动途径规划的环境适应性更好，可以在愈加杂乱的动态环境下完结既定使命，但现在这些途径规划算法的规划准则与无线电监测无关，对进步空中无线电监测功能没有任何协助，但这种适应环境改变的反馈式途径规划思维是值得学习的。依据监测参数的不同，空中无线电监测的办法、最佳方位都不相同，因而本文测验设计一种新的空中无线电监测办法，在空中无线电监测中引入主动途径规划的思维，使途径规划准则与无线电监测直接相关，即依据前一阶段监测剖析的成果规划下一阶段无人机的飞翔途径，在飞翔过程中接连监测，循环迭代监测成果批改航线，以期继续取得最佳丈量方位和丈量值，满意无线电准确丈量的需求。
1空中频谱监测的相关测验
2008年开端进行空中无线电监测的讨论，提出了空中无线电监测对无人机的要求，对无线电监测对飞翔高度、续航时刻以及操控方法等无人机研制急需解决的关键问题进行了剖析。
2012年成都九华圆通公司使用无人直升机搭载无线电监测测向设备，实现了空中监测渠道与地上监测设备构成的立体监测。提高了在杂乱地理环境下的电磁环境监测才干。2014年西华大学研制出依据多旋翼机器人的空中无线电监测体系，选用比幅法丈量辐射源方向，并选用交叉定位法取得信号源方位，测向定位差错为200米。随后浙江省无线电监测站、宁波市无线电监测站、成都华日通讯、上海创远仪器别离试验和制作了依据旋翼无人机的空中无线电监测体系，使用形式均选用多旋翼无人机装载无线电监测设备，经过遥控方法遍及选用预先规划轨道或实时地上操控。
2015年西华大学研制的用于无线电监测的空中智能机器人是国内首个使用自主途径规划的有用空中无线电监测体系，选用监测得到的场强散布成果引导无人机自主途径规划，但没有揭露更多其自主途径规划性能指标。
国外空中无线电监测使用方面，除一个用于查找播送天线体系故障的无人机频谱监测使用外，其他查到的空中无线电监测体系都用于军事，尽管没有揭露阐明其军事使用的无人机监测体系操控方法，但从其可以主动定位盯梢方针等描绘中猜想其无人机体系应该装载有自主和人工两种操控形式。
空中渠道在国内现有的悬停监测或沿预设轨道飞翔监测方法中仅起到升空接纳的作用，而依据丈量使命和空中实时丈量成果进行飞翔轨道规划的无线电丈量方法还刚起步，如何充分使用机动性、通视性等空中渠道优势取得最佳丈量时机和方位是当时研讨的一个难点。
2空中监测使命
无人空中无线电监测是指把监测设备装载在无人空中渠道进行的无线电监测方法。空中监测使命首要包含丈量指定区域电磁频谱环境、无线电信号参数，对信号源进行实时监测和测向定位，并依此生成区域电磁态势。常见的可用于空中无线电监测的无人渠道有固定翼、单旋翼、多旋翼无人机以及气球、飞艇等。无人渠道的挑选对完结快速、高精度无线电信号丈量和测向使命具有决定性含义。多旋翼无人机是一种较为抱负的空中丈量渠道，其操控简洁，可实现半自主式和全自主式操控，可以完结悬停、小半径直角转向等飞翔动作，既满意空中飞翔机动灵活的要求，也可以供给空中监测设备的载荷需求。
影响空中无线电监测精度的首要因素是天线方向和监测间隔，所以在监测过程中不断优化二者才干取得更精确的信号参数。空中无线电监测可划分为三个阶段：一是发现信号阶段，此阶段旋翼机在某预先规划的飞翔轨道升空飞翔，实时丈量空间频谱，发现待测信号；二是定位信号源阶段，发现方针后使用旋翼机载监测设备进行测向，经过初始测向成果断定“当时最佳丈量方位”，在规则的丈量时刻内使用“当时最佳丈量方位批改算法”进行迭代运算，实时规划丈量途径，寻觅当时最佳丈量方位；三是取得最优丈量参数，归纳信号场强、频谱和信号源方位等参数生成区域电磁态势。本文着重对发现信号后的第二阶段旋翼机途径规划进行讨论。
3依据丈量使命寻觅最佳丈量途径
针对监测使命需求预先规划多旋翼无人机飞翔高度和预先飞翔轨道，依据地域的巨细和地势地貌，断定旋翼机升空高度，依据监测区域地势地貌断定预先飞翔轨道。
在发现信号后，依据第一阶段监测过程中测得的信号源方向，实时断定转向视点，不断迭代调整飞翔方向，达到最佳监测作用。假定监测使命是获取半径120km区域内信号源的频谱占用度、场强散布、方位等信息。
依据丈量使命的描绘，在未知辐射源散布规则的前提下，需求丈量节点针对某一个辐射源丈量并逐次迫临，丈量不同参数，需求的丈量方法不同，例如丈量电磁环境的场强散布需求在尽量多的方位静止地测出所在方位的场强值，这样依据传达模型预测出的电磁环境场强散布才愈加精确；而丈量辐射源方位，则需求在运动中丈量辐射源的方向，再依据丈量的成果挑选恰当的方位转向恰当的方向，逐渐迫临辐射源所在方位的上空，以期取得更精确的方位丈量成果。
3.1多旋翼无人机飞翔高度规划
多旋翼无人机飞翔与的鸿沟连线构成一个与地球相切的圆锥面，切线在地球外表围成的丈量规模是一个球冠的上外表。
3.2初始飞翔方向规划
穿插定位精度受监测节点运动方向与信号源方向夹角、测向精度、监测节点运动速度、监测定位时刻等要素影响，信号源方向及其相反方向是测向穿插定位的盲区，空中平台的初始飞翔方向首先要扫除这两个方向。
实践丈量过程中，测向差错会跟着丈量节点与信号源的间隔拉大而则增大，所以初始飞翔方向信号源方向初值夹角小于90°，否则会由于间隔增大而导致差错增加，如图1：
3.3转向方位和转向视点规划
多旋翼无人机的转向方位和转向方向由转向前的一切丈量成果迭代决议。转向前的丈量成果存在两种状况：丈量成果收敛、丈量成果发散。如图3-3，测向穿插定位的丈量成果是一个四边形含糊区域，在测向精度一定的状况下，四边形面积缩小，即丈量成果收敛，表明信号源定位的成果比较稳定，是可信的定位成果，阐明当时运动方向是较好的丈量方位和运动方向；丈量成果发散，代表当时运动方向是较差的丈量方位和运动方向，不能测得信号源方位。丈量成果收敛时，持续丈量直到在这个飞翔方向上到达抱负的丈量长度；丈量成果发散时，立即中止这个方向上的丈量，根据最终测得的信号源方向从头寻觅初始飞翔方向。
从图3中暗影区域的构成能发现用来交汇的两个方向夹角越小，含糊区域在垂直于飞翔方向的方向上越延伸，夹角越大，含糊区域在飞翔方向上越延伸，并且对于测向穿插定位来说，两头测向成果相交的夹角要远大于测向成果的含糊角，测向成果相交的含糊区域能够近似看作平行四边形，多个高度持平的平行四边形明显边长最小的矩形面积最小，因而当且仅当两方向线彼此正交时，含糊区域最小。所以发作转向的方位应该是测向成果与测向初始值彼此正交的方位。
其次，要判别转向视点，如图4所示，当转向角为向信号源方向90°时，跟着丈量的进行，旋翼机会逐步逼近信号源，一起处理了无线电丈量和抵近信号源的问题，所以应取转向方向为信号源方向90°。
综上所述，基于任务的多旋翼无人机路径规划流程如图5所示：
4结语
本文以充分利用旋翼无人机特性，提出了根据丈量任务的途径规划办法，该办法将主动途径规划的思维与频谱监测结合，对进步空中无线电监测的精确度有协助，使空中无线电监测能够习惯更加杂乱的动态丈量环境，并减小频谱监测无人机操作者的操作难度，使旋翼机能够在最佳方位得到抱负的丈量成果。但本文提出的途径规划办法还仅仅一个开始设想，没有进行什物或仿真实验验证，经过实验验证本文所提出的无人机途径规划办法也是本文主要后续作业。
今日荐文的作者为装甲兵工程学院专家刘玉军，张行知，陈坤和装甲兵学院专家蔡猛等。本篇节选自论文《基于监测任务的多旋翼无人机路径规划》，发表于《中国电子科学研究院学报》第12卷第1期。
