基于虚拟目标的固定翼无人机飞行编队试验方法技术

本发明专利技术提供基于虚拟目标的固定翼无人机飞行编队试验方法，属于无人机飞行控制技术领域，解决了现有飞行编队试验风险高的问题；本发明专利技术中，通过设置单个或多个虚拟目标的飞行参数，建立虚拟目标运动模型，计算虚拟目标与真实无人机间距离等相关参数，来解算出真实无人机和虚拟无人机的编队状态指令和对应的控制指令，并将虚拟无人机的控制指令输入至虚拟目标的对应模型中，将真实无人机的控制指令发送至真实无人机的作动器，从而控制真实无人机在编队飞行过程中的速度

【技术实现步骤摘要】
基于虚拟目标的固定翼无人机飞行编队试验方法


[0001]本专利技术属于无人机飞行控制
，应用于无人机编队飞行中，具体为基于虚拟目标的固定翼无人机飞行编队试验方法
。

技术介绍

[0002]随着无人机技术的快速发展，无人机编队飞行逐渐成为了重点关注的方向，无人机编队飞行能够完成单无人机不能完成的飞行任务
。
[0003]现有技术中，相较于旋翼无人机的编队飞行，固定翼无人机的编队飞行技术成熟度较低，编队飞行试验风险大，尤其是固定翼无人机进行近距离的编队飞行试验，风险将上升至极大水平，达到单固定翼无人机飞行试验风险的数倍甚至数十倍
。
[0004]如何发展固定翼无人机的编队飞行技术，首要解决的问题便是降低固定翼无人机的编队飞行试验风险，从而节约飞行试验成本，获得技术的提升后，提高固定翼无人机编队飞行的效率
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是降低固定翼无人机的编队飞行试验风险，因此提出了一种基于虚拟目标理念的固定翼无人机飞行编队试验方法；本专利技术的方法通过设置单个或多个虚拟目标，降低飞行试验风险，节约固定翼无人机编队飞行试验成本，提高固定翼无人机编队飞行效率
。
[0006]本专利技术采用了以下技术方案来实现目的：一种基于虚拟目标的固定翼无人机飞行编队试验方法，所述方法包括如下步骤：
S1、
设置虚拟目标，初始化虚拟目标信息；
S2、
建立虚拟目标的运动模型和动力学模型，将虚拟目标作为对应的虚拟无人机，解算出虚拟目标的运动状态信息；
S3、
获取真实无人机的传感信息和虚拟无人机的运动状态信息，通过协同控制算法，解算出真实无人机和虚拟无人机的编队状态指令；
S4、
依据真实无人机和虚拟无人机的编队状态指令，解算出对应的控制指令；将虚拟无人机的控制指令输入至虚拟目标的运动模型和动力学模型中，实时仿真解算虚拟目标在飞行编队中的运动状态信息；
S5、
将真实无人机的控制指令发送至真实无人机中对应的作动器，控制真实无人机与虚拟无人机的编队飞行过程，得到试验结果
。
[0007]具体的，步骤
S1
中，虚拟目标信息包括虚拟目标数量
、
虚拟目标位置
、
虚拟目标速度和虚拟目标姿态，在初始化过程中设置各类信息的初始状态
。
[0008]具体的，步骤
S2
中，虚拟目标的运动状态信息为解算过程中实时更新的虚拟目标位置
、
虚拟目标速度和虚拟目标姿态
。
[0009]具体的，步骤
S3
中，解算的编队状态指令包括速度指令和制导指令
。
[0010]具体的，步骤
S4
中，依据真实无人机和虚拟无人机的速度指令和制导指令，解算出对应的控制指令；依据虚拟无人机对应的控制指令，实时仿真解算并更新虚拟无人机的位置
、
速度和姿态信息；步骤
S5
中，真实无人机的控制指令包括舵控制指令和油门指令
。
[0011]综上所述，由于采用了本技术方案，本专利技术的有益效果如下：本专利技术的方法，在固定翼无人机的飞行编队试验中，基于虚拟目标的理念，通过设置单个或多个虚拟目标的飞行参数，建立虚拟目标运动模型；再通过虚拟目标与固定翼无人机之间相关参数的计算，来控制无人机的速度，同时保持无人机与虚拟目标之间的距离
。
[0012]在应用本专利技术的方法后，固定翼无人机的飞行编队试验风险大幅下降；同时由飞行试验结果证明，本专利技术的方法节约了固定翼无人机编队飞行的试验成本，提高了固定翼无人机编队飞行的效率
。
附图说明
[0013]图1为本专利技术方法的整体流程示意图；图2为飞行试验中相对侧偏距的数据结果图；图3为飞行试验中相对高度的数据结果图；图4为飞行试验中相对速度的数据结果图；图5为飞行试验中相对距离的数据结果图
。
具体实施方式
[0014]为使本专利技术实施例的目的
、
技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例
。
通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以按各种不同的配置来布置和设计
。
[0015]因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例
。
基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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
。
[0016]实施例一种基于虚拟目标的固定翼无人机飞行编队试验方法，所述方法的流程示意图可同步参看图1，本实施例将按照步骤顺序对方法的内容进行详细说明，并对各步骤计算式内容进行讲解
。
[0017]S1、
设置虚拟目标，初始化虚拟目标信息；虚拟目标信息包括虚拟目标数量
、
虚拟目标位置
、
虚拟目标速度和虚拟目标姿态，在初始化过程中设置各类信息的初始状态
。
[0018]依据最终编队飞行无人机总数量和此次编队飞行试验的真实无人机数量，设置虚拟目标数量；在多次试验的每一次试验过程中，真实无人机数量随着试验成熟度的增加而对应增加；虚拟目标信息的初始化依据编队飞行任务进行设置，当编队飞行任务在无人机飞行的平飞段执行时，则虚拟目标速度设为恒定不变的平飞速度，为速度指令，且速度倾角为
0、
速度偏角为平飞方向，虚拟目标
位置则对应真实无人机平飞初始位置设置
。
[0019]S2、
建立虚拟目标的运动模型和动力学模型，将虚拟目标作为对应的虚拟无人机，解算出虚拟目标的运动状态信息；其中，虚拟目标的运动状态信息为解算过程中实时更新的虚拟目标位置
、
虚拟目标速度和虚拟目标姿态
。
[0020]此步骤中，首先建立单个或多个虚拟目标的运动模型和动力学模型；本实施例在此处的编队飞行仅关注虚拟目标的位置信息，因此建立的运动模型为虚拟目标的三自由度运动学模型，如下式：同时建立虚拟目标的动力学模型，如下式：在上述两个模型中，将虚拟目标作为对应的虚拟无人机；其中，为第个虚拟无人机在地面坐标系中的位置变化率；表示第个虚拟无人机的速度，表示第个虚拟无人机的速度变化率，
、
分别表示第个虚拟无人机的速度倾角和速度偏航角，
、
分别表示第个虚拟无人机的速度倾角变化率和速度偏航角变化率；分别为第个虚拟无人机的轴向过载和法向过载，为第个虚拟无人机的滚转角；为重力系数；补充说明：本实施例中所有计算式中上方带有导数标记点的参数字母为对应原参数字母的微分，表征变化率或增益，为本领本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于虚拟目标的固定翼无人机飞行编队试验方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
S1、
设置虚拟目标，初始化虚拟目标信息；
S2、
建立虚拟目标的运动模型和动力学模型，将虚拟目标作为对应的虚拟无人机，解算出虚拟目标的运动状态信息；
S3、
获取真实无人机的传感信息和虚拟无人机的运动状态信息，通过协同控制算法，解算出真实无人机和虚拟无人机的编队状态指令；
S4、
依据真实无人机和虚拟无人机的编队状态指令，解算出对应的控制指令；将虚拟无人机的控制指令输入至虚拟目标的运动模型和动力学模型中，实时仿真解算虚拟目标在飞行编队中的运动状态信息；
S5、
将真实无人机的控制指令发送至真实无人机中对应的作动器，控制真实无人机与虚拟无人机的编队飞行过程，得到试验结果
。2.
根据权利要求1所述的基于虚拟目标的固定翼无人机飞行编队试验方法，其特征在于：步骤
S1
中，虚拟目标信息包括虚拟目标数量
、
虚拟目标位置
、
虚拟目标速度和虚拟目标姿态，在初始化过程中设置各类信息的初始状态
。3.
根据权利要求2所述的基于虚拟目标的固定翼无人机飞行编队试验方法，其特征在于：步骤
S2
中，虚拟目标的运动状态信息为解算过程中实时更新的虚拟目标位置
、
虚拟目标速度和虚拟目标姿态
。4.
根据权利要求3所述的基于虚拟目标的固定翼无人机飞行编队试验方法，其特征在于：步骤
S3
中，解算出的编队状态指令包括速度指令和制导指令
。5.
根据权利要求4所述的基于虚拟目标的固定翼无人机飞行编队试验方法，其特征在于：步骤
S4
中，依据真实无人机和虚拟无人机的速度指令和制导指令，解算出对应的控制指令；依据虚拟无人机对应的控制指令，实时仿真解算并更新虚拟无人机的位置
、
速度和姿态信息；步骤
S5
中，真实无人机的控制指令包括舵控制指令和油门指令
。6.
根据权利要求1所述的基于虚拟目标的固定翼无人机飞行编队试验方法，其特征在于，步骤
S1
的具体内容为：依据最终编队飞行无人机总数量和此次编队飞行试验的真实无人机数量，设置虚拟目标数量；在多次试验的每一次试验过程中，真实无人机数量随着试验成熟度的增加而对应增加；虚拟目标信息的初始化依据编队飞行任务进行设置，当编队飞行任务在无人机飞行的平飞段执行时，则虚拟目标速度设为恒定不变的平飞速度，为速度指令，且速度倾角为
0、
速度偏角为平飞方向，虚拟目标位置则对应真实无人机平飞初始位置设置
。7.
根据权利要求6所述的基于虚拟目标的固定翼无人机飞行编队试验方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘滔，程艳青，陈志刚，卢德勇，徐明兴，钱炜祺，侯金鑫，赵暾，郑凤麒，周铸，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：