【技术实现步骤摘要】
基于希尔伯特黄时间网格重构的飞行跟踪控制信号发生装置及方法
本专利技术涉及航空飞行器飞行控制
，特别是一种基于希尔伯特黄时间网格重构的飞行跟踪控制信号发生装置及方法。
技术介绍
随着社会的不断发展和科技的进步，我国人民对航空飞行器的需求与日俱增。2018年7月，民航局发布《关于通用航空分类管理的指导意见》，意见指出到2020年，初步建成通航监管体系和服务保障体系；同年9月，民航局发布《低空飞行服务保障体系建设总体方案》，提出到2022年，初步建成由全国低空飞行服务国家信息管理系统、区域低空飞行服务区域信息处理系统和飞行服务站组成的低空飞行服务保障体系。在现行的通航监管体系下，为了保证飞行的安全性，空中交通管制机构(Airtrafficcontrol，ATC)需要不断地发出飞行状态指令，控制航空飞行器相互之间的距离和状态。然而，随着我国低空空域的不断放开和航空飞行器的逐年增加，航空飞行器对自动飞行跟踪控制提出了更高的要求，特别是在控制的时效性方面，传统的经典控制方法并不能完全满足航空飞行器快速自动跟踪控制...
【技术保护点】
1.基于希尔伯特黄时间网格重构的飞行跟踪控制信号发生装置，其特征在于：包括飞行器飞行高度跟踪误差测量传感器11、飞行器航迹倾角测量传感器12、飞行器速度测量传感器13、飞行器中控MCU14、飞行器参数及跟踪状态输入单元15、飞行状态显示单元16和控制信号输出单元17；/n所述飞行器飞行高度跟踪误差测量传感器11用于测量飞行器当前飞行高度与ATC设定跟踪误差，并通过数据总线传输至飞行器中控MCU14；/n所述飞行器航迹倾角测量传感器12用于测量飞行器当前航迹倾角，并通过数据总线传输至飞行器中控MCU14；/n所述飞行器速度测量传感器13用于测量飞行器当前飞行速度，并通过数据总...
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
1.基于希尔伯特黄时间网格重构的飞行跟踪控制信号发生装置，其特征在于：包括飞行器飞行高度跟踪误差测量传感器11、飞行器航迹倾角测量传感器12、飞行器速度测量传感器13、飞行器中控MCU14、飞行器参数及跟踪状态输入单元15、飞行状态显示单元16和控制信号输出单元17；
所述飞行器飞行高度跟踪误差测量传感器11用于测量飞行器当前飞行高度与ATC设定跟踪误差，并通过数据总线传输至飞行器中控MCU14；
所述飞行器航迹倾角测量传感器12用于测量飞行器当前航迹倾角，并通过数据总线传输至飞行器中控MCU14；
所述飞行器速度测量传感器13用于测量飞行器当前飞行速度，并通过数据总线传输至飞行器中控MCU14；
所述飞行器参数及跟踪状态输入单元15用于设定飞行器动力学模型参数以及相应的性能参数约束函数同时接收ATC飞行高度、航迹倾角、飞行速度状态跟踪指令，并通过数据总线传输至飞行器中控MCU14；
所述飞行状态显示单元16用于实时显示飞行器飞行高度跟踪误差、飞行器飞行速度和飞行器航迹倾角；
所述飞行器中控MCU12用于根据ATC发送的飞行高度、航迹倾角、飞行速度状态跟踪指令以及当前的飞行器高度跟踪误差、飞行器飞行速度和飞行器航迹倾角，采用希尔伯特黄时间网格重构动态优化算法得到使飞行器在最短时间内到达指定跟踪状态的最优控制策略；
所述控制信号输出单元17用于将飞行器中控MCU12自动执行内部希尔伯特黄时间网格重构动态优化算法得到的最优控制策略转化为控制信号并通过数据总线输出给控制器。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述飞行器中控MCU包括数据采集模块21、初始化模块22、模型求解模块23、优化运算模块24、时间网格重构判断模块25、希尔伯特黄时间网格重构模块26、参数更新模块27和控制策略输出模块28；
所述数据采集模块21用于获取飞行器飞行高度、航迹倾角和飞行速度的数据信号，并将获取的数据信号输入到初始化模块22，所述初始化模块22将设置的飞行器动力学模型参数和数据信号输入到模型求解模块23中，所述模型求解模块23将获取的飞行器状态变量信息和目标函数值输入到所述优化运算模块24中；
所述优化运算模块24通过收敛性判断将得到的时间网格T(k)和控制策略u(k)输出至时间网格重构判断模块25；
所述时间网格重构判断模块25对时间网格T(k)进行网格重构判断，将满足网格重构标准的时间网格T(k)输入到希尔伯特黄时间网格重构模块26，所述希尔伯特黄时间网格重构模块26对时间网格T(k)进行时间网格重构，得到新的时间网格和对应的控制策略并输入到参数更新模块27，所述参数更新模块27根据新的时间网格和对应的控制策略更新控制策略初始值u(0)及其对应的初始时间网格为T(0)，并将更新后的参数输入到模型求解模块23中；
所述时间网格重构判断模块25对时间网格T(k)进行网格重构判断，将不满足网格重构标准的时间网格T(k)输入到控制策略输出模块28；所述控制策略输出模块28将经过时间网格重构后得到的控制策略转化为控制信号输出至飞行器控制器。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述数据采集模块包括ATC设定飞行器飞行高度、航迹倾角、飞行速度状态跟踪指令采集、飞行器动力学模型参数以及性能参数约束函数采集、当前飞行器飞行高度跟踪误差采集、当前飞行器航迹倾角采集、当前飞行器飞行速度采集；并将采集到的信号分别输入到初始化模块22中。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述优化运算模块包括寻优方向求解、寻优步长求解、寻优修正、NLP收敛性判断；所述寻优方向求解用于构造飞行器控制策略向量空间中的寻优方向；所述寻优步长求解用于构造飞行器控制策略向量空间中的步长α(k-1)；所述寻优修正用于校正对应的目标函数值；所述NLP收敛性判断用于判断本次迭代的目标函数值的收敛性。
5.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述希尔伯特黄时间网格重构动态优化算法的具体步骤如下：
步骤B1：数据采集模块21读取录入的飞行器动力学模型参数以及相应的性能参数约束函数值，同时采集ATC设定的飞行状态跟踪指令与当前时刻的飞行器飞行高度值、航迹倾角值、飞行速度值；
步骤B2：初始化模块22开始运行，设置初始时间网格分段数N、控制策略初始猜测值u(0)及其对应的初始时间网格为T(0)，设定优化计算精度tol，将迭代次数k置零；
步骤B3：通过模型求解模块23获取第k次迭代飞行器的状态变量信息x(k)(t)和目标函数值J(k)；
步骤B4：优化运算模块24运行，进行优化求解收敛性判断，如果本次迭代得到的目标函数值J(k)与上一次迭代的目标函数值J(k-1)的绝对值之差小于设定的优化计算精度tol，则判断收敛性满足，将本次迭代得到的时间网格T(k)和控制策略u(k)输出至时间网格重构判断模块25，跳过步骤B5执行步骤B6；如果收敛性不满足，则继续执行步骤B5；
步骤B5：用本次迭代得到的控制策略u(k)和目标函数值J(k)值覆盖上一次迭代得到的控制策略u(k-1)和目标函数值J(k-1)，并将迭代次数k加1，跳转至步骤B3；
步骤B6：时间网格重构判断模块25对步骤B4得到的时间网格T(k)进行网格重构判断；判断方法为：如果时间网格T(k)的每一个时间网格均相等，即满足：
其中，Ti(k)表示时间网格T(k)的第i个时间结点，表示时间网格T(k)的第一个时间结点，表示时间网格T(k)的最后一个时间结点，N表示时间网格分段数，此时，时间网格T(k)满足网格重构标准，执行步骤B7；否则，跳过步骤B7和B8，直接执行步骤B9；
步骤B7：采用希尔伯特黄时间网格重构模块26对步骤B6得到的时间网格T(k)进行时间网格重构，得到新的时间网格和对应的控制策略
步骤B8：参数更新模块27根据步骤B7中得到的新的时间网格和对应的控制策略更新控制策略初始值u(0)及其对应的初始时间网格为T(0)，转向步骤B3；
步骤B9：控制策略输出模块28执行，将时间网格重构后得到的控制策略转化为控制信号输出至飞行器控制器。
6.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述模型求解模块23，采用四级五阶龙格库塔方法，求解公式为：
K1＝F[u(k),x(k)(ti),ti]
K2＝F[u(k),x(k)(ti)+K1h/2,ti+h/2]
K3＝F[u(k),x(k)(ti)+K2h/2,ti+h/2]
K4＝F[u(k),x(k)(ti)+K3h,ti+h]
技术研发人员：刘平，吴过，张治涛，陈禹同，伍习波，刘兴高，
申请(专利权)人：浙江大学，重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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