[發(fā)明專利]一種無(wú)人機(jī)著陸下滑初始段的引導(dǎo)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310032069.8
• 申請(qǐng)日: 2013-01-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103116359A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王勇;郝現(xiàn)偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05D1/10
• 分類(lèi)號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 姜榮麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無(wú)人機(jī)著陸下滑初始段的引導(dǎo)方法，屬于無(wú)人機(jī)飛行控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)

著陸過(guò)程是無(wú)人機(jī)整個(gè)自主飛行過(guò)程中最為復(fù)雜的環(huán)節(jié)，圖1給出了無(wú)人機(jī)的整個(gè)著陸過(guò)程。無(wú)人機(jī)完成航線飛行后，進(jìn)入調(diào)整段飛行。當(dāng)進(jìn)入著陸窗口后，無(wú)人機(jī)進(jìn)入下滑段飛行；當(dāng)高度小于規(guī)定值時(shí)，進(jìn)入拉平段飛行；接地后進(jìn)入著陸滑跑段。

無(wú)人機(jī)進(jìn)入調(diào)整段飛行后，飛控計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)判斷當(dāng)前狀態(tài)是否進(jìn)入了著陸窗口。當(dāng)進(jìn)入著陸窗口時(shí)，無(wú)人機(jī)沿期望著陸軌跡著陸，期望著陸軌跡高度Hg是待飛距離D_togo的函數(shù)，待飛距離是指無(wú)人機(jī)距理想著陸點(diǎn)的水平距離，圖2給出了待飛距離D_togo和高度差的定義，無(wú)人機(jī)距著陸窗口中心點(diǎn)O處的高度差可用于判斷無(wú)人機(jī)是否進(jìn)入著陸窗口。如果無(wú)人機(jī)由于干擾等原因沒(méi)有進(jìn)入著陸窗口，無(wú)人機(jī)需要重新進(jìn)入調(diào)整段進(jìn)行調(diào)整飛行，使無(wú)人機(jī)進(jìn)入著陸窗口，從而進(jìn)入后續(xù)著陸飛行階段。

調(diào)整段的航段一般為水平直線，著陸窗口一般是垂直于調(diào)整段的航段的矩形平面，調(diào)整段的航段在著陸窗口與之相交，著陸窗口大小以其高度和寬度表示。著陸下滑期望軌跡為一條相對(duì)跑道平面具有一定傾角的直線，其起始點(diǎn)為著陸窗口的中心O點(diǎn)，末點(diǎn)為處于拉平開(kāi)始高度處。

無(wú)人機(jī)進(jìn)入著陸窗口后，采用一定的引導(dǎo)方法引導(dǎo)無(wú)人機(jī)跟蹤著陸下滑期望軌跡，通常采用無(wú)人機(jī)高度與著陸下滑期望軌跡高度之差實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)，將該引導(dǎo)信號(hào)輸入給飛行控制系統(tǒng)，由飛行控制系統(tǒng)實(shí)施控制消除無(wú)人機(jī)高度與著陸下滑期望軌跡高度之差。飛行控制系統(tǒng)由內(nèi)外兩個(gè)回路組成，控制框圖如圖3所示。內(nèi)回路為姿態(tài)控制回路，是由無(wú)人機(jī)的俯仰角反饋θ、俯仰角速率ω_z反饋構(gòu)成，用于得到升降舵舵偏角δ_z指令。外回路為高度h反饋控制回路，用于得到內(nèi)回路所需要的俯仰角給定指令θ_g。圖3中Kp、Ki和Kd為升降舵回路控制律參數(shù)，Δh為著陸下滑期望軌跡高度Hg(D_togo)與實(shí)際高度h的差值，進(jìn)入著陸窗口后，當(dāng)存在高度差時(shí)，高度差通過(guò)外回路控制律解算得到俯仰角給定指令，再經(jīng)過(guò)內(nèi)回路控制律解算得到升降舵舵偏角指令，控制無(wú)人機(jī)消除高度差。通常外回路比例通道具有限幅環(huán)節(jié)，防止過(guò)大的高度偏差產(chǎn)生過(guò)大的俯仰角給定指令，致使升降舵舵偏角過(guò)大，導(dǎo)致飛行危險(xiǎn)。當(dāng)過(guò)大的高度差使俯仰角給定值達(dá)到限幅值時(shí)，此時(shí)無(wú)人機(jī)放棄了著陸下滑期望軌跡跟蹤控制，僅進(jìn)行俯仰角控制。此時(shí)，若存在順風(fēng)或逆風(fēng)干擾，將導(dǎo)致無(wú)人機(jī)著陸接地點(diǎn)散布過(guò)大。

進(jìn)入著陸窗口時(shí)較大的高度偏差直接作為引導(dǎo)信號(hào)輸入給飛行控制系統(tǒng)，可能致使無(wú)人機(jī)放棄著陸下滑期望軌跡的跟蹤控制，達(dá)不到接地指標(biāo)要求。因此，如何使無(wú)人機(jī)在進(jìn)入著陸窗口后存在較大的高度偏差時(shí)仍能沿期望下滑軌跡著陸，這對(duì)于自主飛行的無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)是非常關(guān)鍵的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種無(wú)人機(jī)著陸下滑初始段的引導(dǎo)方法。根據(jù)無(wú)人機(jī)進(jìn)入著陸窗口后的高度偏差生成一個(gè)新高度給定指令Hg_real（其中，該新高度指令Hg_real是著陸下滑期望軌跡高度Hg(D_togo)、實(shí)時(shí)高度偏差Δh和時(shí)間t的函數(shù)），采用新高度給定指令Hg_real與無(wú)人機(jī)高度h之差為引導(dǎo)信號(hào)輸入給飛行控制系統(tǒng)，引導(dǎo)無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)著陸下滑期望軌跡的跟蹤控制。

本發(fā)明的著陸下滑初始段的引導(dǎo)方法通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟一：計(jì)算無(wú)人機(jī)進(jìn)入著陸窗口時(shí)的高度差

ΔH‾=h0-Hg(0)]]>

其中，h₀為無(wú)人機(jī)進(jìn)入著陸窗口時(shí)刻的實(shí)際高度；Hg(0)為無(wú)人機(jī)進(jìn)入著陸窗口時(shí)刻D_togo為0時(shí)的著陸下滑期望軌跡高度；

步驟二：根據(jù)生成新高度給定指令Hg_real：