[发明专利]飞行器平飞跟踪直线和圆弧路径的侧向制导指令生成方法

说明书

本发明涉及飞行器平飞时跟踪直线和圆弧路径的侧向制导指令生成方法，使飞行器的飞行路径逐渐趋向收敛到预先设定要经过的直线或圆弧路径，控制飞行器与预先设定的直线路径或/和圆弧路径的垂直距离越来越短，同时控制飞行器的飞行方向收敛到直线方向或/和圆弧切线方向上。本发明的方法，容易控制，而不要求飞行器在特定的时间飞过某一个点，从而能够很好的满足小型飞行器在巡航平飞时易受风等外界环境干扰的前提下，有效跟随预设路径的要求，为小型飞行器巡航平飞时完成预设任务提供了技术支持，提高系统的可靠性和准确性。

技术领域

本发明属于飞行器导航制导和控制的技术领域，具体涉及一种飞行器平飞时跟踪直线和圆弧路径的侧向制导指令生成方法。

背景技术

小型无人飞行器因体积小、造价成本低、地勤保障要求低，广泛应用与军事与民用领域，例如远程监视、侦查和打击等军事领域，以及航拍、植保、快递运输、灾难救援和测绘等民事领域，具有广阔的军用和民用前景。

随着小型无人飞行器使用用途的不断扩展，特别是无人飞行器自主化程度要求的不断提高，设计先进的导航、制导和控制方法是飞行器自主飞行的前提。小型飞行器的起飞、空中巡航和降落等飞行任务中，主要的飞行时间集中在空中巡航飞行。然而由于小型飞行器体积小、重量轻、飞行速度慢的特点，当环境中存在风干扰时，风的速度可能与飞行速度在同一量级，要使小型飞行器在风中灵活地按照预定航线飞行，传统的机器人控制领域中的轨迹跟踪方法很难应用，因为传统的轨迹跟踪算法中要求在确定的时间到达确定的地点，而这在由于环境风速未知变化而导致小型飞行器实际飞行速度极易变化的情况下难以精确实现。

小型飞行器在巡航平飞航线管理过程中，需要使飞行器经过设定的飞行路径点，这些一系列的路径点(位置和方向)连接在一起通常可以分解为一系列的直线路径和弧形路径的组合。因此针对小型飞行器在风干扰下巡航飞行的特殊使用环境，如何使飞行器经过设定的路径点，实现生成跟踪直线和圆弧路径的侧向制导指令方法是亟待研究解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明改变传统的轨迹跟踪算法中要求在确定的时间到达确定的地点的做法，有效避免了由于环境风速未知变化而导致小型飞行器实际飞行速度容易变化的情况下难以精确实现的问题。

实现本发明目的所采用的技术方案具体如下：

飞行器平飞跟踪直线和圆弧路径的侧向制导指令生成方法，其特征在于使飞行器的飞行路径逐渐趋向收敛到预先设定要经过的直线或圆弧路径，控制飞行器与预先设定的直线路径或/和圆弧路径的垂直距离越来越短，同时控制飞行器的飞行方向收敛到直线方向或/和圆弧切线方向上。

进一步地，其具体步骤包括：

S1步骤、分别设计飞行器跟踪直线和圆弧路径的侧向制导指令生成算法；

S2步骤、设定飞行器的期望路径，根据具体飞行任务要求设定期望路径；

S3步骤、飞行器测量自身的飞行姿态、速度和地理位置，通过导航系统测量自身的飞行姿态、速度和地理位置三维坐标信息；

S4步骤、信息比对后实时生成期望指令航线角，将飞行器自身位置信息与期望路径比对，按S1步骤设计的跟踪直线和圆弧路径的侧向制导指令生成算法，实时生成期望指令航线角(飞行速度与正北方向的夹角，图1中的χ)，其中航线角为飞行器速度方向与正北方向的夹角；

S5步骤、导引飞行器到期望路径，通过生成的期望指令航线角导引飞行器到期望路径上，有效实现飞行器按期望路径跟随的目的。

更进一步地，所述S1步骤设计的跟踪直线和圆弧路径的侧向制导指令生成算法具体为一种航向指令的连续平滑矢量场方法，并通过李雅普诺夫稳定性定理证明算法的稳定性。

优选地，所述S2步骤的导航系统包括惯性传感器器件和卫星接收机。