[发明专利]一种可装订任意航迹点的飞行器航迹规划方法及装置

说明书

本发明公开了一种可装订任意航迹点的飞行器航迹规划方法及装置。该方法包括装订航迹点位置，并计算航迹点位置的射向射程和侧偏；根据射向射程和侧偏计算航迹点的航迹指令斜率；基于航迹指令斜率计算相邻航迹点区间的航迹曲线指令以及航迹斜率指令，并组成当前航向机动飞行任务对应飞行段的航迹指令；基于航迹指令确定飞行任务所需航迹角指令以及侧偏指令；根据航迹角指令以及侧偏指令生成飞行器航迹指令跟踪控制信号，飞行器航迹指令跟踪控制信号用于飞行器执行机构控制飞行器飞行。本发明实现了保证了航程尽可能短、航迹光滑、不存在尖点或折角，使得飞行器以尽可能短的航程途径经过各预期航迹点或附近，且飞行器姿态角不会有短周期的明显振荡。

技术领域

本申请涉及飞行控制技术领域，具体而言，涉及一种可装订任意航迹点的飞行器航迹规划方法及装置。

背景技术

飞行器航迹规划是指在综合考虑飞行器燃料限制、到达时间、飞行器自身力学性能以及控制可实现性等因素的前提下，为飞行器规划出一条最优或者是最满意的飞行航迹，以保证圆满完成飞行任务。

在飞行器航迹规划中，飞行时间与飞行器的燃料密切相关，在满足其他约束条件的情况下，规划的航迹航程越短越好；飞行器的自身力学性能包括飞行器本身的机动性能，舵面的操纵性能等等；控制可实现性约束在航迹规划中同样非常重要，如果飞行器控制系统无法跟踪规划的航迹或者跟踪误差超出容许值，所规划的航迹对该飞行器而言则是无法实现的。

飞行器航迹规划由于约束条件的复杂性和任务的风险代价而成为飞行器飞行任务规划中的难题，目前国内外学者大多采用图论将复杂的环境用几何图形构建的模型来进行研究，但基于几何图形的路径存在折角或在路径中有不可飞的尖角，飞行器本身的机动性能和操纵性能限制往往使得航迹跟踪误差大，由于折角处的偏航角指令不连续，在规划航迹的尖点或折角处飞行器姿态振荡较大，对于安装了高精度成像仪器如摄像机等设备的飞行器而言，这种姿态振荡抖动是非常不利的。

发明内容

为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种可装订任意航迹点的飞行器航迹规划方法及装置。本申请通过将装订的任意航迹点位置转化为飞行坐标系下的航迹点位置的射向射程和侧偏坐标后，基于三次样条插值计算方法，生成从最近航迹点与最远航迹点之间的三次样条曲线规划出飞行器应当飞行的轨迹曲线，这种轨迹曲线具有曲线本身光滑无折点，其斜率也光滑无折点，其斜率的变化率也是连续的，对应于飞行器飞行参数，也就是飞行位置曲线光滑，飞行姿态曲线光滑，飞行姿态角速度曲线也连续，因此在飞行器的控制系统控制飞行器跟踪这种航迹曲线时，飞行器的姿态不会产生抖动，飞行曲线不会有折角转弯现象，有利于飞行器上的成像设备工作。此外为解决从当前飞行状态向沿航迹点的机动飞行状态的转变，本发明还提出了指令过渡的实施方法，以使得飞行器精准跟踪航迹指令。本发明还提出了飞行器进行航迹指令跟踪控制的执行机构指令信号的计算方法。

第一方面，本申请实施例提供了一种可装订任意航迹点的飞行器航迹规划方法，所述方法包括：

基于当前航向机动飞行任务在飞行器中装订各航迹点位置，并计算各所述航迹点位置相对所述飞行器初始位置的射向射程和侧偏；

根据所述射向射程和侧偏计算生成三次样条航迹曲线所需的各所述航迹点的航迹指令斜率；

基于所述航迹指令斜率计算各个相邻航迹点区间的航迹曲线指令以及航迹斜率指令，并组成所述当前航向机动飞行任务对应飞行段的航迹指令；

基于所述航迹指令确定所述飞行段以及所述飞行段的前后飞行过程的航迹角指令以及侧偏指令；

根据所述航迹角指令以及侧偏指令生成飞行器航迹指令跟踪控制信号，所述飞行器航迹指令跟踪控制信号用于飞行器执行机构控制所述飞行器飞行。

优选的，所述基于当前航向机动飞行任务在飞行器中装订各航迹点位置，包括：

基于当前航向机动飞行任务确定飞行器预期经过的各航迹点位置，所述航迹点位置包含经度、纬度以及海拔高度；