【技术实现步骤摘要】
基于可行域约束的无人飞行器三维航迹自适应跟踪方法
本专利技术属于飞行器导航制导与控制
,具体涉及一种基于可行域约束的无人飞行器三维航迹自适应跟踪方法。
技术介绍
现有飞行器航迹跟踪方法中,非线性制导算法由于具有较好的稳态精度与抗风能力而得以广泛关注。然而,该算法通常仅应用在飞行器二维平面航迹的跟踪上,并且引导长度的选择过于依赖经验,致使其在实际使用过程中,跟踪性能与飞行稳定性时常无法保证,从而使得被控航迹经常出现较大的超调和震荡。
技术实现思路
针对现有的飞行器航迹跟踪方法中,具有良好性能的非线性制导算法仅应用在航向轨迹跟踪,且其引导长度的选择过于依赖经验,无法保持飞行稳定性的问题,本专利技术提供了基于可行域约束的无人飞行器三维航迹自适应跟踪方法。为实现上述技术目的,本专利技术采用的技术方案如下:基于可行域约束的无人飞行器三维航迹自适应跟踪方法,包括以下步骤:S1在飞行器的目标航迹的周围,确定飞行器的三维飞行可行域ΩF。三维飞行可行域ΩF是根据飞行器自身特性、外界环境限制、飞行任务需求以及跟踪精度要求等确定的。S2采用以引导长度为调节参数的三维非线性制导算法对目标航迹进行跟踪,当飞行器在飞行可行域之外时,采用满足要求的最小引导长度作为基准引导长度,当飞行器在飞行可行域之内时,采用满足要求的最大引导长度作为基准引导长度;基准引导长度乘以适当的安全系数后,作为最终引导长度。S3在确定最终引导长度之后,计算完成引导航迹所需的三维向心力,然后将其映射到各轴气动力增量上作为控制系统输出。在本专利技术S1中,根据飞行器自身特性、外界环境限制、飞行任务需求以及跟踪精度 ...
【技术保护点】
基于可行域约束的无人飞行器三维航迹自适应跟踪方法,其特征在于,包括以下步骤:S1在飞行器的目标航迹的周围,确定飞行器的三维飞行可行域ΩF;S2采用以引导长度为调节参数的三维非线性制导算法对目标航迹进行跟踪,当飞行器在飞行可行域之外时,采用满足要求的最小引导长度作为基准引导长度,当飞行器在飞行可行域之内时,采用满足要求的最大引导长度作为基准引导长度;基准引导长度乘以适当的安全系数后,作为最终引导长度。S3在确定最终引导长度之后,计算完成引导航迹所需的三维向心力,然后将其映射到各轴气动力增量上作为控制系统输出。
【技术特征摘要】
1.基于可行域约束的无人飞行器三维航迹自适应跟踪方法,其特征在于,包括以下步骤:S1在飞行器的目标航迹的周围,确定飞行器的三维飞行可行域ΩF;S2采用以引导长度为调节参数的三维非线性制导算法对目标航迹进行跟踪,当飞行器在飞行可行域之外时,采用满足要求的最小引导长度作为基准引导长度,当飞行器在飞行可行域之内时,采用满足要求的最大引导长度作为基准引导长度;基准引导长度乘以适当的安全系数后,作为最终引导长度。S3在确定最终引导长度之后,计算完成引导航迹所需的三维向心力,然后将其映射到各轴气动力增量上作为控制系统输出。2.根据权利要求1所述的基于可行域约束的无人飞行器三维航迹自适应跟踪方法,其特征在于,S1中,根据飞行器自身特性、外界环境限制、飞行任务需求以及跟踪精度要求,在飞行器的目标航迹的周围,确定飞行器的三维飞行可行域ΩF,方法如下:S1.1在飞行器的目标航迹的周围,根据不断更新的飞行任务数据和外界环境数据,计算出四个基本的空间可行域;(1)飞行器自身特性包括但不限于飞行速度以及续航时间,由飞行器自身特性确定空间可行域Ω1;(2)飞行任务需求包括但不限于观测设备的覆盖需求、通讯设备的链路需求、编队飞行器队型保持需求,由飞行器的飞行任务需求确定空间可行域Ω2;(3)外界环境限制包括但不限于为了规避障碍物、降低大气干扰,由外界环境限制而确定的空间可行域Ω3;(4)由跟踪精度要求确定的空间可行域Ω4;S1.2计算S1.1中四个基本的空间可行域的交集Ω0=Ω1∩Ω2∩Ω3∩Ω4;S1.3设定飞行器的最大边界曲率kbd,对四个基本的空间可行域的交集Ω0的外边界做平滑和过渡处理,使得其曲率不大于最大边界曲率kbd,从而形成飞行器的三维飞行可行域ΩF。3.根据权利要求1所述的基于可行域约束的无人飞行器三维航迹自适应跟踪方法,其特征在于,S2通过以下步骤实现:S2.1根据飞行器的当前飞行速度、最大安全姿态角、最大舵偏角、最大可用推力,确定飞行器的最大法向加速度aM;S2.2根据飞行器的最大法向加速度aM,以及飞行器当前的飞行速度V,确定飞行器的最小转弯半径Rm,S2.3根据飞行器的最小转弯半径Rm,确定飞行器最小引导圆的圆心A1,从而可以确定飞行器的最短引导航迹;最短引导航迹与目标航迹的交点即为最近引导点G1,最近引导点G1与飞行器质心O的直线距离即为最小引导长度Lm;S2.4判断当前飞行器在飞行可行域ΩF之外还是飞行可行域ΩF之内;如果飞行器在飞行可行域ΩF之外,则将最小引导长度Lm作为基准引导长度Lk;如果飞行器在飞行可行域ΩF之内,则逐渐增加飞行器的转弯半径,按照步骤S2.3的方法,确定不同转弯半径对应的飞行器的引导航迹,直到飞行器的引导航迹与飞行可行域ΩF的边界相切,此时飞行器的的转弯半径为最大转弯半径R2,接着确定最大转弯半径R2对应的飞行器最大引导圆的圆心A2,从而确定飞行器的最远引导航迹,最远引导航迹与目标航迹的交点即为最远引导点G2,飞行器质心O与最远引导点G2的直线距离即为最大引导长度LM,将最大引导长度LM作为基准引导长度Lk;即其中O是飞行器质心的位置坐标;S2.5将基准引导长度乘以设定的安全系数w,作为最终引导长度LF。4.根据权利要求3所述...
【专利技术属性】
技术研发人员:陈清阳,贾高伟,侯中喜,郭正,郭天豪,高俊,
申请(专利权)人:中国人民解放军国防科技大学,
类型:发明
国别省市:湖南,43
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