一种基于变结构与追踪法的无人机复合导引方法技术

本发明专利技术提供了一种基于变结构与追踪法的无人机复合导引方法，通过导引头测量飞行器与目标的视线角信号以及视线角速率信号，再通过陀螺仪测量飞行器的偏航角与偏航角速度信号，分别对比后得到追踪角误差信号与追踪角误差速率信号；再引入最终的导引加速度信号转化为侧滑角估计信号，再生成追踪速度误差信号；将误差比例、微分、积分信号进行混合得到变结构滑模信号；再设计三阶线性微分比例混合滤波器分别得到追踪角误差速率微分滤波信号与滑模滤波微分信号；再基于滑模信号与其微分信号，采用自适应方法设计干扰补偿导引加速度信号，最终叠加变结构滑模非线性与分数次幂变化导引加速度信号得到最终的导引加速度信号，实现对目标的精确导引。对目标的精确导引。对目标的精确导引。

【技术实现步骤摘要】
一种基于变结构与追踪法的无人机复合导引方法


[0001]本专利技术涉及飞行器导航、导引与制导领域，具体而言，涉及一种基于变结构与追踪法的无人机复合导引方法。

技术介绍

[0002]传统的追踪法导引由于其末段所需的过载指令较大使得飞行器过载跟踪系统需要匹配较大的大过载跟踪能力，从而造成了过载跟踪系统设计难度增大，同时也使得整个导引控制系统的可靠性下降；同时如果过载跟踪的快速性达不到要求，又会导致其导引精度急剧下降。因此上述问题往往导弹其应用范围不如比例导引、前置导引或者扩展比例导引广泛。
[0003]基于上述背景原因，本专利技术提出了一种采用自适应与变结构相复合的方法，尤其是通过追踪角误差、角误差微分信号构成滑模信号；同时通过三阶滤波微分的方式解算信号滤波微分，大大降低了其末段的所需过载，提高了追踪导引的适用范围，也进一步提高了其导引精度。因此使得本专利技术所提供方法具有很高的工程应用推广价值。
[0004]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

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于变结构与追踪法的无人机复合导引方法，进而克服了由于相关技术缺陷导致的导引精度不高与适用范围不广的问题。
[0006]根据本专利技术的一个方面，提供一种基于变结构与追踪法的无人机复合导引方法，包括以下六个步骤：
[0007]步骤S10，在无人机上安装雷达导引头，实时测量无人机与目标的视线角信号与视线角速率信号；再在无人机上安装角度陀螺仪测量无人机的偏航角信号；安装角速率陀螺仪，测量无人机的偏航角速率信号；然后将偏航角信号与视线角信号进行对比得到追踪角误差信号，并进行积分得到追踪角误差积分信号；将偏航角速率信号与视线角速率信号进行对比，得到追踪角误差速率信号。
[0008]步骤S20，设置综合导引加速度信号初始值为0，然后根据综合导引加速度信号进行转换得到侧滑角估算信号；然后根据所示的追踪角误差信号与侧滑角估算信号进行比较，得到追踪速度误差信号，并进行积分，得到追踪速度误差积分信号。
[0009]步骤S30，根据所述的追踪角误差速率信号，设计三阶线性微分比例混合滤波器，得到追踪角误差速率微分滤波信号；然后根据所述的追踪角误差信号、追踪速度误差信号、追踪角误差速率信号、追踪角误差速率微分滤波信号、追踪角误差积分信号、追踪速度误差积分信号进行线性组合，得到追踪误差变结构滑模信号；再通过三阶线性微分比例混合滤波器，得到追踪误差变结构滑模滤波微分信号。
[0010]步骤S40，根据所述的追踪误差变结构滑模信号，进行非线性变化，得到非线性变
结构导引加速度信号；根据所述的追踪误差变结构滑模信号，进行分数次幂变化，得到分数次幂变结构导引加速度信号。
[0011]步骤S50，根据所述的追踪误差变结构滑模信号与非线性变结构导引加速度信号、分数次幂变结构导引加速度信号，采用自适应方法，分别设计滑模一次干扰自适应补偿系数增长速率信号、滑模微分干扰自适应补偿系数增长速率信号、滑模常数干扰自适应补偿系数增长速率信号，然后进行积分分别得到滑模一次干扰自适应补偿系数信号、滑模微分干扰自适应补偿系数信号、滑模常数干扰自适应补偿系数信号。
[0012]步骤S60，根据所述的滑模一次干扰自适应补偿系数信号、滑模微分干扰自适应补偿系数信号、滑模常数干扰自适应补偿系数信号与追踪误差变结构滑模信号、追踪误差变结构滑模滤波微分信号进行组合得到干扰补偿导引加速度信号；然后叠加所述的非线性变结构导引加速度信号、分数次幂变结构导引加速度信号以及追踪误差变结构滑模信号组成最终的综合导引加速度信号，然后转换为侧向过载期望指令，输送给飞行器侧向过载跟踪控制系统，即可实现飞行器对目标的变结构与追踪复合导引。
[0013]在本专利技术的一种示例实施例中，在无人机上安装雷达导引头，实时测量无人机与目标的视线角信号与视线角速率信号；再在无人机上安装角度陀螺仪测量无人机的偏航角信号；安装角速率陀螺仪，测量无人机的偏航角速率信号；然后将偏航角信号与视线角信号进行对比得到追踪角误差信号，并进行积分得到追踪角误差积分信号；将偏航角速率信号与视线角速率信号进行对比，得到追踪角误差速率信号包括：
[0014]e1＝ψ
‑
q；
[0015]s2＝∫e1dt；
[0016]e
1d
＝ω
z
‑
q
d
；
[0017]其中q为视线角信号，q
d
为视线角速率信号；ψ为偏航角信号；ω
z
为偏航角速率信号；e1为追踪角误差信号，s2为追踪角误差积分信号；e
1d
为追踪角误差速率信号；
[0018]在本专利技术的一种示例实施例中，设置综合导引加速度信号初始值为0，然后根据综合导引加速度信号进行转换得到侧滑角估算信号；然后根据所示的追踪角误差信号与侧滑角估算信号进行比较，得到追踪速度误差信号，并进行积分，得到追踪速度误差积分信号包括：
[0019]λ＝k1a
d
；
[0020]e2＝e1‑
λ；
[0021]s3＝∫e2dt；
[0022]其中a
d
为综合导引加速度信号；λ为侧滑角估算信号；e2为追踪速度误差信号；s3为追踪速度误差积分信号；k1为常值转换参数。
[0023]在本专利技术的一种示例实施例中，根据所述的追踪角误差速率信号，设计三阶线性微分比例混合滤波器，得到追踪角误差速率微分滤波信号；然后根据所述的追踪角误差信号、追踪速度误差信号、追踪角误差速率信号、追踪角误差速率微分滤波信号、追踪角误差积分信号、追踪速度误差积分信号进行线性组合，得到追踪误差变结构滑模信号；再通过三阶线性微分比例混合滤波器，得到追踪误差变结构滑模滤波微分信号包括：
[0024][0025]s1＝c1e1+c2e2+c3e
1d
+c4e
2d
+c5s2+c6s3；
[0026][0027]其中s为三阶线性微分比例混合滤波器传递函数的微分算子，T1、T2、T3、T4、T5为三阶线性微分比例混合滤波器的传递函数的常值时间参数；e
2d
为追踪角误差速率微分滤波信号；s1为追踪误差变结构滑模信号；c1、c2、c3、c4、c5、c6为常值滑模参数；s
1d
为追踪误差变结构滑模滤波微分信号；
[0028]在本专利技术的一种示例实施例中，根据所述的追踪误差变结构滑模信号，进行非线性变化，得到非线性变结构导引加速度信号；根据所述的追踪误差变结构滑模信号，进行分数次幂变化，得到分数次幂变结构导引加速度信号包括：
[0029][0030][0031]其中ε1、ε2为常值变换参数；a1为非线性变结构导引加速度信号、a2为分数次幂变结构导引加速度信号。
[0032本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于变结构与追踪法的无人机复合导引方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S10，在无人机上安装雷达导引头，实时测量无人机与目标的视线角信号与视线角速率信号；再在无人机上安装角度陀螺仪测量无人机的偏航角信号；安装角速率陀螺仪，测量无人机的偏航角速率信号；然后将偏航角信号与视线角信号进行对比得到追踪角误差信号，并进行积分得到追踪角误差积分信号；将偏航角速率信号与视线角速率信号进行对比，得到追踪角误差速率信号如下：e1＝ψ
‑
q；s2＝∫e1dt；e
1d
＝ω
z
‑
q
d
；其中q为视线角信号，q
d
为视线角速率信号；ψ为偏航角信号；ω
z
为偏航角速率信号；e1为追踪角误差信号，s2为追踪角误差积分信号；e
1d
为追踪角误差速率信号；步骤S20，设置综合导引加速度信号初始值为0，然后根据综合导引加速度信号进行转换得到侧滑角估算信号；然后根据所示的追踪角误差信号与侧滑角估算信号进行比较，得到追踪速度误差信号，并进行积分，得到追踪速度误差积分信号如下：λ＝k1a
d
；e2＝e1‑
λ；s3＝∫e2dt；其中a
d
为综合导引加速度信号；λ为侧滑角估算信号；e2为追踪速度误差信号；s3为追踪速度误差积分信号；k1为常值转换参数；步骤S30，根据所述的追踪角误差速率信号，设计三阶线性微分比例混合滤波器，得到追踪角误差速率微分滤波信号；然后根据所述的追踪角误差信号、追踪速度误差信号、追踪角误差速率信号、追踪角误差速率微分滤波信号、追踪角误差积分信号、追踪速度误差积分信号进行线性组合，得到追踪误差变结构滑模信号；再通过三阶线性微分比例混合滤波器，得到追踪误差变结构滑模滤波微分信号如下：s1＝c1e1+c2e2+c3e
1d
+c4e
2d
+c5s2+c6s3；其中s为三阶线性微分比例混合滤波器传递函数的微分算子，T1、T2、T3、T4、T5为三阶线性微分比例混合滤波器的传递函数的常值时间参数；e
2d
为追踪角误差速率微分滤波信号；s1为追踪误差变结构滑模信号；c1、c2、c3、c4、c5、c6为常值滑模参数；s
1d
为追踪误差变结构滑模滤波微分信号；步骤S40，根据所述的追踪误差变结构滑模信号，进行非线性变化，得到非线性变结构导引加速度信号；根据所述的追踪误差变结构滑模...

【专利技术属性】
技术研发人员：马国欣，田康，孙宏波，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：