一种基于非线性滑模与前置的飞行器复合导引方法技术

本发明专利技术公开了一种基于非线性滑模与前置的飞行器复合导引方法，属于飞行器飞行制导技术领域，首先，在于采用导引头设备测量飞行器的视线角，采用陀螺仪测量飞行器的偏航角。然后采用一阶滤波器构造视线角近似微分信号，然后与视线角信号组成一类非线性滑模信号。同时设置前置条件获取前置角，分别与视线角与偏航角进行比较得到前置误差信号与视线姿态误差信号，再分别积分得到积分信号，然后组成一类基于误差的非线性滑模信号。最终对基于视线角与基于误差的两类非线性滑模信号进行非线性重组，得到最终的非线性滑模与前置综合导引信号，输送给姿态角稳定系统实现精确导引。该方法的优点是导引精度高且鲁棒性好，适应性强。

【技术实现步骤摘要】
一种基于非线性滑模与前置的飞行器复合导引方法
本专利技术属于飞行器飞行制导领域，尤其是涉及一种基于非线性滑模与前置导引的飞行器复合制导方法。
技术介绍
飞行器的导引方法在早期有比例导引、前置导引、平行导引、追踪导引等等。其中前置导引由于具有很好的命中精度直至今天仍然有很广泛的应用。而比例导引由于控制方式简单，而且与过载控制体制的飞行器非常好匹配，从而也具有比较广泛的应用。而随着测量技术与计算机技术的发展，目前的导引方法越来越多地引入了较多的现代控制技术进行复合。非线性滑模方法由于具有很好的鲁棒性而被控制领域的工程师所喜爱，在很多工业控制领域都有很好的应用。基于上述
技术介绍
，本专利技术通过将前置导引与比例导引进行复合，同时采用非线性滑模方法将两类导引方式进行信号综合，实现了对目标的高精度导引。该方法具有物理意义明确、实现方式简单、对目标适应性好、精度高的优点，具有很高的工程应用价值。需要说明的是，在上述
技术介绍
部分专利技术的信息仅用于加强对本专利技术的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于非线性滑模与前置的飞行器复合导引方法，进而至少在一定程度上克服传统导引方法的鲁棒性不强与适应性不强的问题。本专利技术提供了一种基于非线性滑模与前置的飞行器复合导引方法，包括以下步骤：步骤S10：采用导引头测量飞行器与目标之间的视线角信息，同时采用陀螺仪测量飞行器偏航角信息；步骤S20：根据所述的视线角信号，构造一阶滤波微分器，求取视线角的近似微分信号；步骤S30：根据所述的视线角信号与偏航角信号以及前置条件，求取前置角，同时根据信号之间的比较，得到前置误差信号与视线姿态误差信号；步骤S40：根据所述的视线角信号、视线角近似微分信号构建基于视线角的非线性滑模信号；步骤S50：根据所述的前置角误差信号、视线姿态误差信号构建基于误差角的非线性滑模信号；步骤S60：根据所述的基于视线角与误差角的非线性滑模信号，进行非线性叠加，组成最终的非线性滑模与前置综合导引律，输送给飞行器偏航通道姿态稳定系统，实现对预定目标的精确制导。在本专利技术的一种示例实施例中，根据所述的视线角信号，构造一阶滤波微分器，求取视线角的近似微分信号包括：其中q为视线角信号，为差分信号，表示的第n个数据，yd为视线角微分增速信号，T1为数据间的时间间隔参数，T2为一阶滤波器的时间常数，其详细设计见后文实施。为一阶滤波器的输出信号，也是所求的视线角信号的近似微分信号。在本专利技术的一种示例实施例中，根据所述的视线角信号与偏航角信号以及前置条件，求取前置角，同时根据信号之间的比较，得到前置误差信号与视线姿态误差信号包括：a2|q|≤|ψ|≤a1|q|；e0＝ψ-ψ0；e1＝q-ψ；其中a1、a2为前置参数，为常值，详见后文案例实施。ψ0为前置角，也就是t0时刻的偏航角ψ值。t0是飞行器首次满足a2|q|≤|ψ|≤a1|q|的时刻。q为视线角信息，ψ为飞行器的偏航角。e0为前置角误差信号，e1为视线姿态误差信号。在本专利技术的一种示例实施例中，根据所述的视线角信号、视线角近似微分信号构建基于视线角的非线性滑模信号包括：其中q为视线角信号、为视线角近似微分信号，s1为基于视线角的非线性滑模信号，c1、c2、c3为常值参数，其详细设计见后文案例实施。在本专利技术的一种示例实施例中，根据所述的前置角误差信号、视线姿态误差信号构建基于误差角的非线性滑模信号包括：d0＝∫e0dt；d1＝∫e1dt；s2＝s21+s22；其中e0为前置角误差信号，d0为前置角误差积分信号，dt为对时间信号积分。e1为视线姿态误差信号，d1为视线姿态误差积分信号，s2为基于误差角的非线性滑模信号，c4、c5、c6、c7、c8、c9为常值参数，其详细设计见后文案例实施。在本专利技术的一种示例实施例中，根据所述的基于视线角与误差角的非线性滑模信号，进行非线性叠加，组成最终的非线性滑模与前置综合导引律包括：其中s1为基于视线角的非线性滑模信号，s2为基于误差角的非线性滑模信号，ψd为非线性滑模与前置综合导引信号，k1、k2、ε1、ε2为常值参数，其详细设置见后文案例实施。在此基础上，将ψd提供给飞行器的姿态稳定跟踪系统，使得飞行器偏航角跟踪前置综合导引信号，即可实现对目标的精确制导。有益效果本专利技术提供一种基于非线性滑模与前置的飞行器复合导引方法，其独特之处在于采用了一类新型的非线性滑模对前置角误差、姿态角误差以及视线角与视线角微分信号进行重组，使得得到的导引律具有滑模控制的鲁棒性好的优点。同时，非线性滑模的独特构成方式，使得其信号有界性控制与参数选取比较简单，而且由于非线性滑模提供了强大的适应能力，使得导引律对不同的目标位置、目标速度等，都有很好的命中精度，而制导参数无需调整。因而使得本专利技术所提供方法具有很高的工程应用价值。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术提供的一种基于非线性滑模与前置的飞行器复合导引方法的设计实施流程图；图2是本专利技术实施例所提供方法的飞行器视线角信号曲线(单位：度)；图3是本专利技术实施例所提供方法的飞行器偏航角信号曲线(单位：度)；图4是本专利技术实施例所提供方法的飞行器视线角近似微分信号(无单位)；图5是本专利技术实施例所提供方法的飞行器前置角信号曲线(单位：度)；图6是本专利技术实施例所提供方法的飞行器前置误差信号曲线(单位：度)；图7是本专利技术实施例所提供方法的飞行器视线姿态误差信号曲线(单位：度)；图8是本专利技术实施例所提供方法的非线性滑模与前置综合导引信号曲线(无单位)；图9本专利技术实施例所提供方法的飞行器偏航舵偏角曲线(单位：度)；图10是本专利技术实施例所提供方法的飞行器侧滑角曲线(单位：度)；图11本专利技术实施例所提供方法的飞行器与目标运动轨迹(单位：米)；图12本专利技术实施例所提供方法的器目距离曲线(单位：米)；图13本专利技术实施例所提供方法对新目标(4400，1，650)制导时的飞行器与目标运动轨迹(单位：米)；图14本专利技术实施例所提供方法对新目标(4400，1，650)制导时的脱靶量(单位：米)。具体实施方式现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于非线性滑模与前置的飞行器复合导引方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S10：采用导引头测量飞行器与目标之间的视线角信息，同时采用陀螺仪测量飞行器偏航角信息；/n步骤S20：根据所述的视线角信号，构造一阶滤波微分器，求取视线角的近似微分信号；/n步骤S30：根据所述的视线角信号与偏航角信号以及前置条件，求取前置角，同时根据信号之间的比较，得到前置误差信号与视线姿态误差信号；/n步骤S40：根据所述的视线角信号、视线角近似微分信号构建基于视线角的非线性滑模信号；/n步骤S50：根据所述的前置角误差信号、视线姿态误差信号构建基于误差角的非线性滑模信号；/n步骤S60：根据所述的基于视线角与误差角的非线性滑模信号，进行非线性叠加，组成最终的非线性滑模与前置综合导引律，输送给飞行器偏航通道姿态稳定系统，实现对预定目标的精确制导。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于非线性滑模与前置的飞行器复合导引方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S10：采用导引头测量飞行器与目标之间的视线角信息，同时采用陀螺仪测量飞行器偏航角信息；
步骤S20：根据所述的视线角信号，构造一阶滤波微分器，求取视线角的近似微分信号；
步骤S30：根据所述的视线角信号与偏航角信号以及前置条件，求取前置角，同时根据信号之间的比较，得到前置误差信号与视线姿态误差信号；
步骤S40：根据所述的视线角信号、视线角近似微分信号构建基于视线角的非线性滑模信号；
步骤S50：根据所述的前置角误差信号、视线姿态误差信号构建基于误差角的非线性滑模信号；
步骤S60：根据所述的基于视线角与误差角的非线性滑模信号，进行非线性叠加，组成最终的非线性滑模与前置综合导引律，输送给飞行器偏航通道姿态稳定系统，实现对预定目标的精确制导。


2.根据权利要求1所述的所述的一种基于非线性滑模与前置的飞行器复合导引方法，其特征在于，根据所述的视线角信号，构造一阶滤波微分器，求取视线角的近似微分信号包括：









其中q为视线角信号，为差分信号，表示的第n个数据，yd为视线角微分增速信号，T1为数据间的时间间隔参数，T2为一阶滤波器的时间常数。为一阶滤波器的输出信号，也是所求的视线角信号的近似微分信号。


3.根据权利要求1所述的所述的一种基于非线性滑模与前置的飞行器复合导引方法，其特征在于，根据所述的视线角信号与偏航角信号以及前置条件，求取前置角，同时根据信号之间的比较，得到前置误差信号与视线姿态误差信号包括：
a2|q|≤|ψ|≤a1|q|；
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【专利技术属性】
技术研发人员：宋磊，赵颖杰，雷军委，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31