[发明专利]基于变尺度空间邻域评估的无人机模型验证方法

权利要求书

1.一种基于变尺度空间邻域评估的无人机模型验证方法，其特征是，针对机动飞行区域、平滑飞行区域、任务飞行区域三个特征指令区域，针对包括飞行速度、飞行高速、飞行姿态特征的不同飞行状态，在机动飞行轨迹区域、平稳飞行轨迹区域、任务飞行轨迹区域具有不同特征要求的空间邻域内，进行变尺度空间邻域评估，分别得到随尺度变化而改变的定量评价指标，其中：

机动飞行区域，是指无人机的参考指令机动性较大，包含飞行速度、飞行高度、飞行姿态短时间内的较大改变，具体包括：爬升飞行指令、加速飞行指令、转弯避障飞行指令、转向飞行指令，这些机动飞行指令以参考指令的变换率体现，采用指令信号对时间的导数大小进行机动性判断；

平滑飞行区域，是指无人机的参考指令机动性较小，包括保持原有飞行速度、飞行高度、飞行姿态的飞行，指令包括：巡航飞行指令、悬停飞行指令，该特征飞行指令区域，指令特点为变化率低，采用指令信号对时间的导数大小进行机动性判断；

任务飞行区域，是指无人机执行设计任务的指令区域，该特征飞行指令区域，在指令设计之初被设计人员标定。

2.如权利要求1所述的基于变尺度空间邻域评估的无人机模型验证方法，其特征是，进一步地细化步骤包括：

①数据采集，将待验证数学模型和作为标准的实际无人机实物设置在相同的工作环境中，采用相同的无人干预闭环验证结构以保证无人机工作在合理的轨迹范围内，并设置相同的参考指令以及闭环控制器参数，得到随时间改变的待验证数据和标准数据；

②参考指令特征分区，依据无人机飞行特点和任务需求，将验证数据和飞行数在时间域内据按照指令特征进行分区，具体细化为机动飞行轨迹区域、平稳飞行轨迹区域和任务飞行轨迹区域；

③特征区域内数据采样，待验证模型输出和实际飞行数据同时在时间域内按照划分的多指令特征分区进行时间截取，在截取的不同特征区域内，进行等时间间隔采样；

④统一尺度偏差求取，将待验证模型数据和实际飞行标准数据，在统一尺度范围内，进行偏差求取，作为变尺度邻域偏差计算的基础；

⑤变尺度邻域偏差计算，定义变尺度下空间邻域验证偏差值，并对偏差值进行变尺度邻域递推计算，获得灵活多尺度的待验证模型多邻域值评价；

⑥给出评价决策图及定量评价指标，清晰展示多尺度下的待验证模型定量验证结论。

3.如权利要求1所述的基于变尺度空间邻域评估的无人机模型验证方法，其特征是，具体步骤如下：

步骤①数据采集，在相同的闭环验证结构中，采集得到的随时间改变的待验证数据和标准数据作为后续计算步骤的原始数据基础；

步骤②参考指令特征分区，按照机动飞行区域、平滑飞行区域、任务飞行区域划分无人机飞行参考指令，使得模型使用者可以对不同飞行区域给出不同的评价指标；

机动飞行区域，截取该区域第i个待验证模型实时反馈输出状态为x_i,1(t),t～(t_v,t_v)，其中，t为仿真或飞行时长，实际无人机飞行的实时数据为其中，该机动飞行轨迹区域截取的时间段为从时刻t_v到t_v为机动参考指令起始时间，为机动参考指令终止时间；

平滑飞行区域，截取该区域第i个待验证模型实时反馈输出状态为实际无人机飞行的实时数据为其中，该平滑飞行轨迹区域截取的时间段为从时刻t_s到t_s为平滑参考指令起始时间，为平滑参考指令终止时间；

任务飞行区域，截取该区域第i个待验证模型实时反馈输出状态为实际无人机飞行的实时数据为其中，该任务飞行轨迹区域截取的时间段为从时刻t_a到t_a为任务参考指令起始时间，为任务参考指令终止时间；

采用表示第m个特征指令区域起始时刻，表示第m个特征指令区域终止时刻；

步骤③特征区域内数据采样，在待验证无人机模型输出及实际飞行数据输出分别在截取的三个关键区域进行等时间间隔采样，采样点分别为机动飞行区域N_v个采样点，平滑飞行区域N_s个采样点，任务飞行区域N_a个采样点；

步骤④统一尺度偏差求取，分别在机动飞行区域、平滑飞行区域和任务飞行区域进行区域采样点取值差值x_e,l(t)的求取，其中l＝v,s,a分别表示三个特征区域，具体求取公式如下：

步骤⑤变尺度邻域偏差计算，取S_k,l为特征区域l的尺度值，S_k,l＝k,k＝1,2,...,N_l，该值将根据特征区域l内的采样点个数N_l进行从1至采样点数N_l的循环遍历取邻域值，其中，l＝v,s,a分别表示三个特征区域，定义变尺度下空间邻域验证偏差值为：

步骤⑥给出评价决策图及定量评价指标，提供图形形式的决策指导图，该图横坐标为选取的变尺度S_k,l＝k,k＝1,2,...,N_l，纵坐标为变尺度下空间邻域验证偏差值，在不同特征指令区域，体现评分值随尺度变化的取值情况，决策者可以根据实际模型使用环境侧重，选取合适的变尺度空间，对待验证模型进行客观评价，评价指标取为综合考虑三个特征指令飞行轨迹区域的变尺度下空间邻域验证偏差值其中，α_l,l＝v,s,a为每个特征指令飞行轨迹时间域内的参考系数，由模型使用者设定。