[发明专利]一种适用于飞行器在线禁飞区规避制导方法

权利要求书

1.一种适用于飞行器在线禁飞区规避制导方法，其特征在于：其步骤如下：

步骤一，通过飞行器的探测系统或地面信息接收系统，获得飞行器前方可能威胁飞行安全的有效禁飞区圆心的具体经纬度，以及威胁半径，由此得到有效禁飞区的位置和大小；

步骤二，进一步分析有效禁飞圆的分布情况，将有重叠的、或者禁飞圆之间距离较近，飞行器根本无法从中间穿越的多个禁飞圆合并为一个禁飞圆，并重新确定新生成的禁飞圆的圆心位置和半径；新生成的禁飞圆定义为能够覆盖所有可合并的禁飞圆区域的最小圆，以此确定新生成的禁飞圆的圆心位置和半径；禁飞区I和II区域有重叠，故需要合并，且禁飞区I、II和禁飞区III虽然没有重叠，但他们之间距离太近，为不可飞路径，因此，需要将禁飞区I、II和III合并为一个禁飞区IV，合并后的禁飞区直径长度为禁飞区I和禁飞区III边界最远点C和D的大圆弧长度，圆心P位于CD大圆弧的中心；

步骤三，依据有效禁飞区的位置、目标位置及飞行器实际飞行状态和转弯半径，设计最优指标，确定从飞行器当前位置到目标点的可行路径，可行路径1为燃料消耗最小的可行路径，可行路径2为航程最大的可行路径；然而，由此得到的可行路径仅仅提供飞行器绕过各禁飞区的方向；可行路径1表明，飞行器需要从禁飞区I的下方绕过，需要从禁飞区II的上方绕过；则在选择实际的虚拟路径点时，对于禁飞区I，则从禁飞区I的边界下方1千米远处选定第1个实际虚拟路径点A；其中，点A距离禁飞区边界的距离根据飞行器能力适当增大或缩小；同样地，对于禁飞区II，可行路径1从禁飞区II的边界上方1千米远处选定第2个实际虚拟路径点B；其中，B点距离禁飞区边界的距离根据飞行器能力适当增大或缩小；为了制导设计方便，当所有和禁飞区相关的虚拟路径点设计完成后，将目标点也作为最后一个虚拟路径点加入到序列中；燃料消耗最小指标时的虚拟路径点序列为{A、B、T}；

步骤四，根据飞行器的当前飞行状态和虚拟路径点序列，计算改进比例导引律的导引系数；传统的比例导引关系为：其中，为飞行器的航向偏角，θ为飞行器与虚拟路径点的视线角；比例导引系数为满足N≥2的常数；改进比例导引关系为下标1表示与虚拟路径点序列中的第一个虚拟路径点相关的参数，下标2表示与第二个虚拟路径点相关的参数；当序列中只有一个虚拟路径点时，也即只剩下目标点时，则采用传统的比例导引方法，并设置比例系数为常数；该导引关系不仅考虑了当前虚拟路径点与飞行器的相对关系，还考虑了下一个虚拟路径点与飞行器的关系，这样使飞行器具有一定的先知能力，飞行轨迹更加平滑；此外，改进的比例导引法中，比例导引系数根据当前飞行状态实时计算，比例导引系数N₁随着距离虚拟路径点的减小而减小，比例导引系数N₂随着距离虚拟路径点的减小而增大，这与实际需求一致，其具体计算公式给定为：

上述公式中的t_{go_1}和t_{go_2}分别表示飞行器从当前位置飞到第一个虚拟路径点和第二个虚拟路径点所需的时间，由于飞行器飞行过程中速度是非线性变化的，实际的飞信时间很难预估，根据当前飞行速度及相对第一、第二个虚拟路径点的距离关系进行预估，其计算公式如下：

其中，S₁和S₂为飞行器距离第一个虚拟路径点和第二个虚拟路径点之间的大圆弧距离，由公知公式计算得到，V为飞行器的当前速度；

步骤五，依据归一化后的简化飞行器的动力学关系式中，L为飞行器的升力，σ为控制量倾斜角，γ为飞行器当前的航迹倾角；将飞行器航向偏角的动力学关系和改进的比例导引律结合起来，由此得到侧向需用力大小为：

步骤六，设计纵向剖面跟踪律为：式中，Δh和Δγ为高度误差和航迹倾角误差，k₁和k₂为常值系数，通过多次仿真测试或经验给定；在实际飞行中，根据飞行器当前的高度误差和航迹倾角误差，由纵向剖面跟踪律得到需用的航迹倾角角速度；依据简化的飞行器的动力学关系即得到需用的纵向力大小为：

步骤七，根据步骤六和步骤七得到的侧向力Lsinσ和纵向力Lcosσ，由此，根据得到所需的升力L，依据升力和攻角的关系反解出控制量攻角α的大小，式中，ρ为大气密度，S为飞行器有效面积，α为飞行攻角，C_l(α)为升力系数，在高度、速度一定的情况下，该升力系数仅由攻角确定；根据得到控制量倾斜角的大小和符号，由此就完成了飞行器在线禁飞区规避制导问题。