[發明專利]一種基于運動平臺的側向跑道運動預估及補償方法

有效

• 申請號: 201410181873.7
• 申請日: 2014-04-27
• 公開（公告）號: CN103984353A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 周大鵬;桂敬玲;張揚;王家興
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司沈陽飛機設計研究所
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 高原

技術領域

本發明是一種基于運動平臺的跑道側向運動預估及補償方法，屬于控制律設計技術領域。

背景技術

與一般的飛機著陸情況相比較，基于運動平臺飛機的著陸環境更加惡劣，主要體現在尾部存在著復雜的氣流擾動和海浪引起甲板運動導致理想著陸點的變化，這些將給著陸精度、安全性帶來較大的不利影響。例如甲板突然升高，可能導致飛機提前撞擊甲板甚至撞上運動平臺尾部；或者甲板突然降低，可能使飛機著陸鉤無法掛上阻攔索而被迫進行甲板逃逸復飛。因此，需要在著陸導引系統中引入甲板運動補償器(DMC)，以補償甲板運動導致的著陸點位置的變化。在使用基于運動平臺的全自動著陸系統時，跑道運動補償須在飛機與運動平臺上跑道嚙合前12～13秒啟動。

運動平臺搖蕩運動中的縱蕩、橫蕩、橫搖和艏搖都可能導致理想著陸點發生側向運動。此外，運動平臺航行運動方向與其斜角甲板中心線間存在的夾角也會對理想著陸點的側向運動產生影響。因此，必須對上述運動平臺運動進行補償，以使下滑中的飛機能夠準確跟蹤理想下滑道，消除由運動平臺運動導致的飛機側向著陸偏差。而上述運動平臺的四種搖蕩運動和航行運動則是橫航向甲板運動補償器設計過程中的主要考慮因素。

另一方面，運動平臺上的雷達在測量飛機側向參數時，其參考系原點固聯于理想著陸點；x軸與斜角甲板中心線同向，并水平指向運動平臺前方；xy平面為測量基準平面，始終保持水平。因此，運動平臺在進行航行運動和搖蕩運動(主要是艏搖)時，雷達所測飛機橫航向參數將包含有因雷達參考系與運動平臺甲板軸不重合而產生的誤差，帶有穩態誤差的雷達測量結果也會導致飛機側向著陸偏差。

上述兩種運動平臺運動導致的側向著陸偏差都可以通過橫航向DMC予以消除。

發明內容

本方法的目的：

跑道運動預報及補償技術的目的是采用跑道運動預報技術消除相位滯后，將跑道預報信息補償至飛機基于運動平臺的全自動著陸系統，來有效地抑制超調并消除延遲，實現飛機對甲板運動的精確跟蹤，提高飛機著陸的準確性和安全性。

本發明的技術方案：

一種基于運動平臺的側向跑道運動預估及補償方法，其特征在于，包括如下步驟：

第一，運動平臺運動定義

飛機的著陸環境為運動中的運動平臺甲板，這是飛機有別于陸基飛機的一個主要特點。運動平臺的運動包括兩部分：一部分是它沿一定航向的航行，而且該航向與其斜角甲板中心線方向存在夾角另一部分是海浪擾動引起的運動平臺搖蕩運動，包括垂蕩(又名升沉)、縱蕩和橫蕩三種平移，以及艏搖、縱搖和橫搖三種轉動，這六種運動的定義如圖1所示。

第二，甲板運動補償結構設計。

運動平臺運動導致的側向著陸偏差可以通過橫航向DMC予以消除，此種甲板運動補償的結構如圖2所示。圖2中DMC將運動平臺航行和搖蕩帶來的飛機橫航向參數測量誤差通過甲板運動補償器I加到飛機側向位置偏差信號中，消除雷達參考系與運動平臺甲板軸不重合導致的誤差；同時，通過甲板運動補償器II，將這兩類運動平臺運動進行相位超前，將得到的預測信號化為滾轉角補償信號△φ_c，控制飛機減小側偏。

圖中符號定義如下：

ψ_s——運動平臺體坐標系中運動平臺的艏搖角；

V_s——運動平臺勻速直線航行的速度；

y₀——DMC啟動時飛機相對于著艦甲板中心線的側向偏差；

x——飛機機距理想著艦點的縱向水平距離(即飛機在著艦甲板中心線方向上距理想著艦點的距離)；

——運動平臺航行運動方向與其斜角甲板中心線間存在的夾角。

第三，計算補償器。

甲板運動補償指令：

橫航向DMC仍應滿足公式：