[發明專利]一種估計平流層飛艇飛行性能參數的方法和系統

有效

• 申請號: 201610035229.8
• 申請日: 2016-01-19
• 公開（公告）號: CN105718727B
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 周江華;王帆;苗景剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電研究院
• 主分類號: G06F17/15
• 分類號: G06F17/15;G06F17/16
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李相雨

本發明涉及一種估計平流層飛艇飛行性能參數的方法和系統，包括：使飛艇進入穩定盤旋飛行狀態；獲取飛艇的地速、姿態信息和位置信息；根據飛艇的地速、姿態信息和位置信息，估計所述飛艇的飛行性能參數。本發明提供的估計平流層飛艇飛行性能參數的方法和系統，可在高空稀薄大氣環境下，利用飛艇內的導航系統給出的地速、位置、姿態角信息，計算出準確的水平風速、風向、空速、穩態盤旋半徑、盤旋周期、盤旋角速率、側滑角和攻角等飛行性能參數；且本發明過程簡單、易于實現，只需固定主槳轉速和偏航控制量，飛艇即可進入盤旋飛行狀態，盤旋飛行使飛艇處于固定高度，風速和風向固定，使飛艇處于恒定風場下，減小了估計飛艇飛行性能參數的誤差。

技術領域

本發明涉及航空測控技術領域，特別涉及一種估計平流層飛艇飛行性能參數的方法和系統。

背景技術

近年來在區域大氣環境監測、防災減災、高分辨率實時監視、預警和導彈防御、反恐、區域通信等需求的驅動下，平流層飛艇引起了各國的普遍重視，美國、日本、俄羅斯、韓國、歐盟、中國等主要國家陸續啟動了相關的研究計劃，開始了較深入的研究開發工作。一些國家已經開始著手進行平流層飛艇樣機的研制和飛行試驗。

飛行試驗是檢驗飛行性能指標是否滿足要求、飛艇總體設計是否合理的重要依據。當前平流層飛艇尚處在探索階段，開展一次試驗飛行的周期較長，成本和代價也很大，因此往往希望能通過一次飛行試驗評估出盡可能多的飛行特性參數。然而，現階段從飛行試驗中，獲取平流層飛艇的飛行性能參數或飛行特性參數，存在幾個根本性的困難：首先，相對風速或真風速無法測量。由于平流層環境的特殊性，目前還無法實時獲取飛行時的相對風速信息(空速、攻角、側滑角)或者真風速信息。這些信息對基礎飛行特性參數的辨識至關重要，因為平流層飛艇的動力學特性與其相對于大氣的移動速度相關，而非與相對地面的移動速度相關。其次，平流層飛艇處于風場環境。平流層風場并不恒定，風速/風向隨高度的變化而變化，僅當高度變化很小時，才能近似看作恒定風場。由于平流層飛艇體積龐大，運動速度低，其動力學特性受風的影響很大。和低空飛艇可選擇無風環境開展飛行試驗不同，平流層飛艇的飛行試驗無法隔離風的影響。在風速不可測的情況下，加劇了參數估計的困難。其三，平流層試驗飛艇自身存在的一些不足，加劇了飛行工況保持的難度。例如，由于俯仰姿態調節困難，平流層飛艇保持定高飛行比較困難，一旦飛艇推力或空速發生變化，高度就會發生飄移，而高度飄移又往往導致艇體壓力變化，產生充放氣效應，使得飛艇的質量參數也發生改變。然而，保持特定的飛行工況，是通過試驗方法辨識飛行特性參數的關鍵。

以風速估計為例，來說明通過試驗方法評估飛行性能參數的困境。曾有人認為，可用下述方法提取風速：首先讓飛艇處于無動力飄飛狀態，此時導航系統，如GPS給出的地速即為風速。由于平流層風場具有較好的時間穩定性，在之后的飛行性能評估試驗時，可認為風速保持不變。但實際上，平流層風場隨高度分層變化，一旦動力開啟，由于俯仰姿態調節的困難，幾乎不可能使得飛艇保持在零攻角飛行狀態，飛行高度會發生飄移，而高度變化一旦和充放氣耦合，高度飄移很容易就會超過200m。此時，新高度上的風場已經不是之前飄飛時的風場。

數學上，平流層飛艇飛行特性參數的試驗辨識問題，可歸結為：在風場和空速未知的前提下，如何進行試驗設計和辨識算法設計，使得僅利用相對于地面的移動軌跡、速度、姿態等其他信息，就可評估出所期望的飛行特性參數。目前在平流層及以上高度，還沒有已見文獻的方法能直接為平流層飛艇提供評價飛行性能所需要的實時水平風速風向、空速、穩態盤旋半徑、盤旋周期、盤旋角速率、側滑角和攻角信息。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是如何準確估計平流層飛艇的飛行性能參數。

為此目的，本發明提出了一種估計平流層飛艇飛行性能參數的方法，包括：

使所述飛艇進入穩定盤旋飛行狀態；

獲取所述飛艇的地速、姿態信息和位置信息；

根據所述飛艇的地速、姿態信息和位置信息，估計所述飛艇的飛行性能參數。