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| 一种无人机下滑道切入制导方法 | |
许甫; 肖歆昕; 李文皓 ; 张琛; 王立鹏
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| 2024-08-20 | |
| Rights Holder | 中国科学院力学研究所 |
| Abstract | 本发明提供了一种无人机下滑道切入制导方法，其根据飞机当前与下滑道之间的相对位置关系生成与飞机当前速度以及下滑道均相切的圆弧，无人机根据生成的圆弧实时计算飞机当前位置所处圆弧切线的倾角，无人机以倾角制导方式沿圆弧切入下滑道，当飞机当前倾角接近下滑道倾角时，切换制导策略，改为以倾角+高度的制导策略飞行。本发明构思合理，即使在切下滑道时的位置及速度均有较大程度的不确定性的情况下，也可平缓、稳定切入下滑道，制导策略的切换不会带来姿态的较大改变，过渡平缓，在大飞行包线的无人机上也有良好表现，适用于所有类型的无人机使用。 |
| Application Date | 2023-10-11 |
| Application Number | CN202311313273.7 |
| Patent Number | CN117270566B |
| Claim | 1.一种无人机下滑道切入制导方法，其特征在于；根据飞机当前与下滑道之间的相对位置关系生成与飞机当前速度以及下滑道均相切的圆弧，无人机根据生成的圆弧实时计算飞机当前位置所处圆弧切线的倾角，无人机以倾角制导方式沿圆弧切入下滑道，当飞机当前倾角接近下滑道倾角时，切换制导策略，改为以倾角+高度的制导策略飞行； 所述飞机当前位置所处圆弧切线的倾角的具体计算过程为： (1.1)当飞机初始位置在下滑道下方时进行圆弧轨迹计算 当切下滑道初始时刻无人机位于下滑道下方，此时飞机以0倾角状态平飞，以飞机该时刻位置u为坐标原点，速度水平方向为x轴，垂直方向为y轴建立直角坐标系；设定下滑道与y轴的交点为s，与x轴交点为d，圆弧的圆心为o，半径设为R； 圆弧段的半径R以及不同飞行距离xd对应的倾角给定μcmd的计算方式如下； 其中，μxh为下滑道倾角； (1.2)当飞机初始位置在下滑道上方时进行圆弧轨迹计算 当切下滑道初始时刻无人机位于下滑道上方，此时无人机首先要转为倾角μ1状态飞行，μ1要远大于下滑道倾角μxh，以便无人机可以较快切入下滑道；以无人机倾角μ1状态飞行开始时刻位置u为坐标原点，水平方向为x轴，垂直方向为y轴建立直角坐标系；下滑道与y轴的交点为d，下滑道与飞机速度方向的交点为k，圆弧段对应的圆心为o，半径为R，半径o与y轴水平方向的交点为m； 圆弧段的半径R以及不同飞行距离xd对应的倾角给定μcmd的计算方式如下： 飞机速度在坐标系中对应的方程为： y＝-x·tan(μ1)； 下滑道在坐标系中对应的方程为： y＝-x·tan(μxh)-ud； 两个方程的交点k及对应坐标(xk,yk)为： -x·tan(μ1)＝-x·tan(μxh)-ud； 根据交点k的坐标(xk,yk)求倾角给定μcmd： om＝R·sin(μ1)； 所述倾角制导是在无人机从当前位置飞行至下滑道轨迹的过渡过程中使用，在飞机当前倾角μ与下滑道倾角μxh偏差小于预设小量a，即认为无人机已成功通过生成的圆弧切入下滑道，此时无人机转为高度+倾角方式跟踪下滑道，完成后续飞行； 所述倾角制导的计算公式为： θcmd＝Kpμ·(μcmd-μ)+Kdμ·μdot； 其中，θcmd为倾角制导的输出结果，即无人机俯仰角给定，μcmd为第一节中根据圆弧段求得的倾角给定，μ为无人机当前倾角，μdot为倾角变化率；Kpμ与Kdμ分别为倾角偏差与倾角变化率前的系数项； 所述倾角+高度的制导策略仅在原有倾角制导策略上加入高度制导，倾角制导仍占主导地位，且以圆弧段切入下滑道时刻，下滑道高度给定Hcmd与飞机当前高度H相等，故制导策略切换仍可保证飞行姿态平缓过渡； 所述倾角+高度的制导策略的计算公式为： θcmd＝Kpμ·(μcmd-μ)+Kdμ·μdot+KpH·(Hcmd-H)+KdH·Hdot； 其中，θcmd为倾角制导的输出结果，即无人机俯仰角给定，μcmd为倾角给定，此时μxh为定值下滑道倾角，即μcmd＝μxh，μ为无人机当前倾角，μdot为倾角变化率；Kpμ与Kdμ分别为倾角偏差(μcmd-μ)与倾角变化率μdot前的系数项，Hcmd为下滑道高度给定，H为无人机当前高度，Hdot为无人机当前高度变化率，KpH与KdH分别为高度偏差(Hcmd-H)与高度变化率Hdot前的系数。 |
| Language | 中文 |
| Classification | 发明授权 |
| Status | 有效 |
| Note | 授权 |
| Country | 中国 |
| Agency | 北京和信华成知识产权代理事务所(普通合伙) |
| Document Type | 专利 |
| Identifier | http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/97353 |
| Collection | 宽域飞行工程科学与应用中心 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 许甫,肖歆昕,李文皓,等. 一种无人机下滑道切入制导方法. CN117270566B[P]. 2024-08-20. |
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