【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于飞机飞行信息化，特别涉及一种空速信息失效后无人机自主应急处置方法。
技术介绍
1、无人机是利用无线电遥控设备和自备程序控制装置操纵的不载人飞机，不仅可以执行快速监视侦查、中继通信、目标引导、毁伤评估、蜂群侦查等军事作战任务，还能完成电力巡线、边境巡逻、海洋执法、灾区搜救等民用任务，发展前景广阔。无人机利用机载传感器获得实时状态参数，依靠飞行器管理计算机进行控制指令以及控制律解算，控制无人机飞行。
2、空速是最重要的状态参数和控制目标之一，表示飞行器相对于空气的速度，由空速传感器进行测量获得。若发生空速传感器故障，无人机空速信息失效，而无人机依据错误的空速信息进行飞行控制，势必造成无人机装备资产损失等严重后果。
3、由于无人机具有人机分离的特点，操作员无法通过自身观察和感受来实时综合判定无人机的状态情况，空速信息失效后难以及时有效的采取恰当的处置措施，人工应急处置成功率低，因此迫切的需要一种空速失效后无人机自主应急处置方法。
4、但是由于保密及技术壁垒等原因，国内外缺乏相关的研究。鉴于以上原因，本专利技术提出一种高可靠性的空速信息失效后的无人机自主应急处置策略，最大限度保障无人机完成飞行任务或将损失降到最小。
技术实现思路
1、为了应对空速信息失效后无人机面临的飞行风险，本专利技术提出一种高可靠性的空速信息失效后无人机自主应急处置方法。
2、为了实现上述技术效果，本专利技术通过下述技术方案实现：
3、一种空速信
4、步骤一：进行空速失效故障判断，通过飞行器管理计算机读取大气数据测量单元回报的空速数据，明确空速失效故障发生，进入应急处置；
5、步骤二：进行地速信息判断，通过飞行器管理计算机读取航姿传感器回报的地速数据进行判断，地速在无人机许用范围内，转步骤三；地速在许用范围外，转步骤五；
6、步骤三：按地速信息控制应急处置，速度信号源选择航姿传感器的地速数据；
7、步骤四：无人机姿态判断，通过飞行器管理计算机读取大气数据测量单元回报的迎角数据进行判断，迎角在无人机许用范围内，转步骤八；迎角在许用范围外，转步骤五；
8、步骤五：转速及俯仰角控制应急处置，速度开环，纵向不再进行速度闭环控制，控制模态切换为定转速、定俯仰角控制；
9、步骤六：无人机姿态判断，通过飞行器管理计算机读取大气数据测量单元回报的迎角数据进行判断，迎角在无人机许用范围内，转步骤八；迎角在许用范围外，转步骤七；
10、步骤七：人工修正，若迎角在许用范围外，无人机地面操纵员通过测控链路发送转速、俯仰角修正指令，调整无人机控制目标；
11、步骤八：应急返航，飞行器管理计算机控制无人机向应急返航航线最近的航点飞行，后按应急返航航线返航，完成应急处置。
12、进一步地，步骤一中，空速失效故障发生依据为飞行器管理计算机连续5拍收到大气数据测量单元回报数据帧中空速数据位不为有效数据，确认发生空速信息失效。
13、进一步地，步骤二中，针对如太阳能无人机等飞行速度包线小的无人机，能够安全飞行的速度范围仅在8m/s～12m/s，易受空中风场的影响；若空速失效后，按照地速进行控制，存在空速超出边界造成无人机失速的风险，因此需对地速进行分析，判断是否可用。
14、再进一步地，判断方法如下：
15、1)空速失效前的水平风速求解，求解方法如下：
16、
17、
18、
19、
20、
21、联立公式(1)-(4)，得到：
22、
23、其中：lab为气流坐标系与机体坐标系的转换矩阵；lbg为地面坐标系与集体坐标系的转换矩阵；α、β、vt分别为大气数据测量单元测得迎角、侧滑角和真空速；θ、φ、ψ分别为航姿传感器测得俯仰角、滚转角和偏航角；ve、vn分别为航姿传感器测得东向速度和北向速度；
24、2)根据空速失效前实时解算的风速信息判断失效时刻地速是否可用，若：
25、a)vw≤k0*(vmax-vmin)，地速可用；
26、b)vw>k0*(vmax-vmin)，地速不可用。
27、其中，vmax、vmin分别表示无人机当前高度下最大飞行速度和最小飞行速度；k0表示安全系数。
28、进一步地，步骤三中，速度信号源选择航姿传感器的地速数据，速度控制模态为俯仰角-速度闭环控制。
29、进一步地，步骤四中，通过大气数据测量单元测得的迎角数据判断飞行状态是否安全；若α∈[αmin+α0αmax-α0]，则飞行状态安全；反之，飞行处于不安全状态；其中，αmin、αmax和α0分别为当前状态下最小可用迎角、最大可用迎角和迎角安全余量。
30、进一步地，步骤五中，转速及俯仰角控制，爬升、下降阶段，纵向控制目标由速度切换为转速和俯仰角，控制模态由俯仰角-速度闭环控制切换为定转速、定俯仰角，速度开环控制；平飞阶段，纵向控制目标由速度切换为转速和俯仰角，控制模态由转速-速度闭环切换为定转速、定俯仰角，高度和速度开环控制。
31、再进一步地，各阶段控制目标如下：
32、a)爬升阶段：转速为最大允许转速，俯仰角给定θclimb；
33、b)平飞阶段：转速为revcruise，俯仰角给定θcruise；
34、c)下降阶段：转速为慢车转速，俯仰角给定θdescent。
35、其中，θclimb、θdescent分别为以有利速度进行定常爬升、下滑时的俯仰角；revcruise、θcruise分别为以久航速度进行定直平飞时平衡转速和俯仰角。
36、进一步地，步骤六中，按照步骤四给出的方法进行飞行状态判断，若迎角在许用范围外，无人机地面操纵员通过测控链路发送转速、俯仰角修正指令，调整无人机控制目标。
37、进一步地，步骤七中，若步骤六判定飞行处于不安全状态，且迎角偏大，则：
38、a)爬升、下滑阶段：无人机地面操纵员通过测控链路发送“俯仰角减”指令，调整俯仰角控制目标，提高飞行速度；
39、b)平飞阶段：无人机地面操纵员通过测控链路发送“转速加”指令，调整转速控制目标，提高飞行速度。
40、进一步地，若步骤六判定飞行处于不安全状态，且迎角偏小，则：
41、a)爬升、下滑阶段：无人机地面操纵员通过测控链路发送“俯仰角加”指令，调整俯仰角控制目标，降低飞行速度；
42、b)平飞阶段：无人机地面操纵员通过测控链路发送“转速减”指令，调整转速控制目标，降低飞行速度。
43、进一步地，步骤八中，设计了应急返航航线，若无人机发生空速信息失效，则沿应急返航航线应急返航。应急返航航线是当无人机发生故障需要返航时，考虑避开诱发二次灾害的重要目标而本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种空速信息失效后无人机自主应急处置方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种空速信息失效后无人机自主应急处置方法，其特征在于：步骤一中，空速失效故障发生依据为飞行器管理计算机连续5拍收到大气数据测量单元回报数据帧中空速数据位不为有效数据，确认发生空速信息失效。
3.根据权利要求1所述的一种空速信息失效后无人机自主应急处置方法，其特征在于：步骤二中，针对飞行速度包线小的无人机，若空速失效后，按照地速进行控制，存在空速超出边界造成无人机失速的风险，因此需对地速进行分析，判断是否可用。
4.根据权利要求3所述的一种空速信息失效后无人机自主应急处置方法，其特征在于：判断方法如下：
5.根据权利要求1所述的一种空速信息失效后无人机自主应急处置方法，其特征在于：步骤三中，速度信号源选择航姿传感器的地速数据，速度控制模态为俯仰角-速度闭环控制。
6.根据权利要求1所述的一种空速信息失效后无人机自主应急处置方法，其特征在于：步骤四中，通过大气数据测量单元测得的迎角数据判断飞行状态是否安全；若α∈[αmin+α0αmax-α0
7.根据权利要求1所述的一种空速信息失效后无人机自主应急处置方法，其特征在于：步骤五中，转速及俯仰角控制，爬升、下降阶段，纵向控制目标由速度切换为转速和俯仰角，控制模态由俯仰角-速度闭环控制切换为定转速、定俯仰角，速度开环控制；平飞阶段，纵向控制目标由速度切换为转速和俯仰角，控制模态由转速-速度闭环切换为定转速、定俯仰角，高度和速度开环控制。
8.根据权利要求7所述的一种空速信息失效后无人机自主应急处置方法，其特征在于：各阶段控制目标如下：
9.根据权利要求1所述的一种空速信息失效后无人机自主应急处置方法，其特征在于：步骤六中，按照步骤四给出的方法进行飞行状态判断，若迎角在许用范围外，无人机地面操纵员通过测控链路发送转速、俯仰角修正指令，调整无人机控制目标。
10.根据权利要求1所述的一种空速信息失效后无人机自主应急处置方法，其特征在于：步骤七中，若步骤六判定飞行处于不安全状态，且迎角偏大，则：
11.根据权利要求1所述的一种空速信息失效后无人机自主应急处置方法，其特征在于：若步骤六判定飞行处于不安全状态，且迎角偏小，则：
12.根据权利要求1所述的一种空速信息失效后无人机自主应急处置方法，其特征在于：步骤八中，设计了应急返航航线，若无人机发生空速信息失效，则沿应急返航航线应急返航。
...【技术特征摘要】
1.一种空速信息失效后无人机自主应急处置方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种空速信息失效后无人机自主应急处置方法，其特征在于：步骤一中，空速失效故障发生依据为飞行器管理计算机连续5拍收到大气数据测量单元回报数据帧中空速数据位不为有效数据，确认发生空速信息失效。
3.根据权利要求1所述的一种空速信息失效后无人机自主应急处置方法，其特征在于：步骤二中，针对飞行速度包线小的无人机，若空速失效后，按照地速进行控制，存在空速超出边界造成无人机失速的风险，因此需对地速进行分析，判断是否可用。
4.根据权利要求3所述的一种空速信息失效后无人机自主应急处置方法，其特征在于：判断方法如下：
5.根据权利要求1所述的一种空速信息失效后无人机自主应急处置方法，其特征在于：步骤三中，速度信号源选择航姿传感器的地速数据，速度控制模态为俯仰角-速度闭环控制。
6.根据权利要求1所述的一种空速信息失效后无人机自主应急处置方法，其特征在于：步骤四中，通过大气数据测量单元测得的迎角数据判断飞行状态是否安全；若α∈[αmin+α0αmax-α0]，则飞行状态安全；反之，飞行处于不安全状态；其中，αmin、αmax和α0分别为当前状态下最小可用迎角、最大可用迎角和迎角安全余量。
7.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄楚云，冒森，肖良华，张斌，陈斌，冯宇鹏，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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