固定翼无人机双机编队组队过程制导方法技术

本发明专利技术公开了一种固定翼无人机双机编队组队过程制导方法，包括以下步骤：采集长机和僚机的位置和速度信息构造相对距离函数；若相对距离函数为正，则采集长机和僚机的高度和天向速度信息，以及僚机的航向角信息，以对僚机设计快速跟踪制导指令；若相对距离函数为负，则采集长机和僚机的的航向角和侧向加速度信息，以计算长机和僚机的飞行方向和侧向加速度的偏差范围；若偏差范围超出预定范围，则采集僚机的侧向加速度和滚转角信息，以对僚机设计航向调整制导指令；若偏差范围在预定范围内，则采集长机的速度和加速度信息，以及长机和僚机的三维位置信息，并根据长机和僚机预定的编队队形的相对位置，以对僚机设计末端抵近制导指令。

【技术实现步骤摘要】
固定翼无人机双机编队组队过程制导方法
本专利技术涉及自动控制
，尤其涉及一种固定翼无人机双机编队组队过程制导方法。
技术介绍
固定翼无人机实现双机编队飞行的关键是安全、准确、快速地完成组队。组队过程中，僚机从任意地点迅速飞行到距长机相对固定的位置附近，并与长机保持相对速度差在较小范围内的编队飞行。在整个组队过程中，僚机需要根据长机的飞行位置、速度、航线等状态信息，不断的调整飞行路线，所以固定翼无人机难以实现从任意状态迅速完成双机编队的安全组队。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种固定翼无人机双机编队组队过程制导方法，能够在固定翼无人机性能允许范围内，从任意状态迅速完成双机编队的安全组队。为达到上述目的，本专利技术实施例提出的固定翼无人机双机编队组队过程制导方法包括以下步骤：采集长机和僚机的位置和速度信息，并根据所述位置和速度信息构造相对距离函数；若所述相对距离函数为正，则采集所述长机和所述僚机的高度和天向速度信息，以及所述僚机的航向角信息，以对所述僚机设计带有前向加速度保护的快速跟踪制导指令；若所述相对距离函数为负，则采集所述长机和所述僚机的的航向角和侧向加速度信息，以计算所述长机和所述僚机的飞行方向和侧向加速度的偏差范围；若所述偏差范围超出预定范围，则采集所述僚机的侧向加速度和滚转角信息，以对所述僚机设计带有前向加速度补偿和侧向角速度保护的航向调整制导指令；若所述偏差范围在预定范围内，则采集所述长机的速度和加速度信息，以及所述长机和所述僚机的三维位置信息，并根据所述长机和所述僚机预定的编队队形的相对位置，预测所述僚机下一时刻预期到达的位置，以对所述僚机设计带有前向和侧向加速度保护的末端抵近制导指令。根据本专利技术实施例的固定翼无人机双机编队组队过程制导方法，首先通过采集长机和僚机的相对位置、航向和速度信息，并根据长机和僚机的位置关系将双机编队组队过程分为三个阶段，然后对应每个阶段分别生成相应具有加速度保护的制导指令，以控制僚机快速安全地飞行到预定队形位置，由此，能够保障固定翼无人机在性能允许范围内，从任意状态迅速完成双机编队的安全组队。另外，根据本专利技术上述实例提出的固定翼无人机双机编队组队过程制导方法还可以具有如下附加的技术特征：具体地，所述相对距离函数为：其中，参数k根据不同无人机的飞行性能来调整无人机切入航向调整阶段的最近距离，Latz为长机的纬度坐标，Lonz为长机的经度坐标，Latl为僚机的纬度坐标，Lonl为僚机的经度坐标，Vz为长机飞行速度，Vl为僚机飞行速度。具体地，根据所述长机和所述僚机的航向角和侧向加速度信息，构造相对航向角和侧向加速度状态的联合不等式组来计算所述偏差范围。具体地，所述联合不等式组为：其中，为长机的航向角，为僚机的航向角，Ayz为长机的侧向加速度，Ayl为僚机的侧向加速度。具体地，根据所述长机和所述僚机预定的编队队形的相对距离De和方位角预测所述僚机下一时刻预期到达的位置。具体地，所述快速跟踪阶段的僚机机体坐标系三轴加速度指令(Ax，Ay，Az)为：前向加速度：侧向加速度：天向加速度：其中，Sat表示饱和函数，KV、KD、KV、KH均为制导指令参数。具体地，所述航向调整阶段僚机机体坐标系下的三维加速度制导指令(Ax，Ay，Az)为：前向加速度：其中，Dz(x,y)表示死区函数，即：侧向加速度：其中，当|Φ|>arctan(Ay/9.8)时，Ay＝0天向加速度：其中，kv、ka、kay、均为制导指令参数。具体地，所述僚机下一时刻预期到达的位置信息为[Late(t+Δt)，Lone(t+Δt)，He(t+Δt)]：其中，Ds＝De+∫VzΔt，具体地，所述末端抵近阶段僚机机体坐标系下的三维加速度制导指令(Ax，Ay，Az)为：前向加速度：侧向加速度：其中，当|Φ|>arctan(Ay/9.8)时，天向加速度：其中，kx、kAx、kvy、ky、kAy、kvz均为制导指令参数。附图说明图1为本专利技术实施例的固定翼无人机双机编队组队过程制导方法的流程图；图2为本专利技术一个实施例的固定翼无人机双机编队组队过程制导方法的快速跟踪制导示意图；图3为本专利技术一个实施例的固定翼无人机双机编队组队过程制导方法的航向调整制导示意图；图4为本专利技术一个实施例的固定翼无人机双机编队组队过程制导方法的末端抵近制导示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术实施例的固定翼无人机双机编队组队过程制导方法包括以下步骤：S1，采集长机和僚机的位置和速度信息，并根据位置和速度信息构造相对距离函数。在本专利技术的一个实施例中，长机和僚机可通过自身的控制系统实时获取自身的位置和速度信息，另外，长机和僚机还可通过自身的控制系统获取其他飞行状态信息，例如，还可获取高度、加速度和航向角等飞行状态信息，并且长机可通过通信系统将自身的飞行状态信息传递至僚机控制系统。其中，长机和僚机的位置信息可包括长机和僚机所在位置的经纬度坐标，例如，长机和僚机的经纬度坐标可分别设为(Latz，Lonz)，(Latl，Lonl)，飞行速度可分别设为Vz，Vl，则僚机控制系统根据长机和僚机的位置和速度信息构造的相对距离函数为：其中，参数k可根据不同无人机的飞行性能来调整无人机切入航向调整阶段的最近距离。S2，若相对距离函数为正，则采集长机和僚机的高度和天向加速度信息，以及僚机的航向角信息，以对僚机设计带有前向速度保护的快速跟踪制导指令。具体地，可判断相对距离函数Df是否大于0，若相对距离函数Df大于0，则表示相对距离函数Df为正，即表征当前飞行速度下，长机和僚机的位置需要进行快速跟踪制导。长机和僚机可通过自身的控制系统获取各自当前时刻高度信息Hz，Hl和天向速度信息以及僚机的航向角信息进一步地，如图2所示，僚机控制系统可根据长机和僚机的高度信息Hz，Hl和天向速度信息以及僚机的航向角信息设计快速跟踪阶段的僚机机体坐标系三轴加速度制导指令(Ax，Ay，Az)，前向加速度：侧向加速度天向加速度其中，KV、KD、KV、KH均为制导指令参数，Sat表示饱和函数，对前向加速度指令进行饱和限幅，避免加速度指令导致无人机关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固定翼无人机双机编队组队过程制导方法，其特征在于，包括以下步骤：/n采集长机和僚机的位置和速度信息，并根据所述位置和速度信息构造相对距离函数；/n若所述相对距离函数为正，则采集所述长机和所述僚机的高度和天向速度信息，以及所述僚机的航向角信息，以对所述僚机设计带有前向加速度保护的快速跟踪制导指令；/n若所述相对距离函数为负，则采集所述长机和所述僚机的的航向角和侧向加速度信息，以计算所述长机和所述僚机的飞行方向和侧向加速度的偏差范围；/n若所述偏差范围超出预定范围，则采集所述僚机的侧向加速度和滚转角信息，以对所述僚机设计带有前向加速度补偿和侧向角速度保护的航向调整制导指令；/n若所述偏差范围在预定范围内，则采集所述长机的速度和加速度信息，以及所述长机和所述僚机的三维位置信息，并根据所述长机和所述僚机预定的编队队形的相对位置，预测所述僚机下一时刻预期到达的位置，以对所述僚机设计带有前向和侧向加速度保护的末端抵近制导指令。/n

【技术特征摘要】
1.一种固定翼无人机双机编队组队过程制导方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集长机和僚机的位置和速度信息，并根据所述位置和速度信息构造相对距离函数；
若所述相对距离函数为正，则采集所述长机和所述僚机的高度和天向速度信息，以及所述僚机的航向角信息，以对所述僚机设计带有前向加速度保护的快速跟踪制导指令；
若所述相对距离函数为负，则采集所述长机和所述僚机的的航向角和侧向加速度信息，以计算所述长机和所述僚机的飞行方向和侧向加速度的偏差范围；
若所述偏差范围超出预定范围，则采集所述僚机的侧向加速度和滚转角信息，以对所述僚机设计带有前向加速度补偿和侧向角速度保护的航向调整制导指令；
若所述偏差范围在预定范围内，则采集所述长机的速度和加速度信息，以及所述长机和所述僚机的三维位置信息，并根据所述长机和所述僚机预定的编队队形的相对位置，预测所述僚机下一时刻预期到达的位置，以对所述僚机设计带有前向和侧向加速度保护的末端抵近制导指令。


2.根据权利要求1所述的固定翼无人机双机编队组队过程制导方法，其特征在于，所述相对距离函数为：



其中，参数k根据不同无人机的飞行性能来调整无人机切入航向调整阶段的最近距离，Latz为长机的纬度坐标，Lonz为长机的经度坐标，Latl为僚机的纬度坐标，Lonl为僚机的经度坐标，Vz为长机飞行速度，Vl为僚机飞行速度。


3.根据权利要求2所述的固定翼无人机双机编队组队过程制导方法，其特征在于，根据所述长机和所述僚机的航向角和侧向加速度信息，构造相对航向角和侧向加速度状态的联合不等式组来计算所述偏差范围。


4.根据权利要求3所述的固定翼无人机双机编队组队过程制导方法，其特征在于，所述联合不等式组为：



其中，为长机的航向角，为僚机的航向角，Ayz为长机的侧向加速度，Ayl为僚机的侧向加速度。


5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨艺，姚雪莲，贝绍轶，张兰春，杨银忠，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32