[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于飛行參數(shù)計(jì)算風(fēng)速及風(fēng)向的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711064897.4
• 申請(qǐng)日: 2017-11-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108152529A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹世坤;李銳;馮文梁;李濤;陳斌
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01P5/00
• 分類(lèi)號(hào): G01P5/00;G01P13/02
• 代理公司: 成飛(集團(tuán))公司專(zhuān)利中心 51121
• 代理人: 梁義東

本發(fā)明涉及風(fēng)力和風(fēng)向的檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及基于飛行參數(shù)計(jì)算風(fēng)速及風(fēng)向的方法，根據(jù)風(fēng)速、空速和地速之間的矢量關(guān)系計(jì)算出風(fēng)速，在風(fēng)速求解過(guò)程中需要用到空速、地速、姿態(tài)角和氣動(dòng)角等飛行參數(shù)。空速通過(guò)機(jī)載空速管測(cè)量得到的靜壓、動(dòng)壓和靜溫應(yīng)用流體力學(xué)原理解算得出，地速由無(wú)人機(jī)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)解算得出，氣動(dòng)角可由機(jī)載角度傳感器直接測(cè)量。采用的方法是矢量三角形法，即根據(jù)無(wú)人機(jī)質(zhì)心處的風(fēng)速矢量、無(wú)人機(jī)對(duì)地的固有速度矢量與無(wú)人機(jī)對(duì)空氣的相對(duì)速度矢量構(gòu)成矢量三角形關(guān)系求解風(fēng)速。該方法使用方便靈活、可大區(qū)域連續(xù)測(cè)量，估計(jì)頻率相對(duì)較高，能夠解算出小尺度變化的三維風(fēng)場(chǎng)信息，從而為無(wú)人機(jī)的飛行控制提供高精度的實(shí)時(shí)風(fēng)場(chǎng)參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)力和風(fēng)向的檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及基于飛行參數(shù)計(jì)算風(fēng)速及風(fēng)向的方法。

技術(shù)背景

目前無(wú)人機(jī)無(wú)論在軍用領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用，而在無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中風(fēng)場(chǎng)參數(shù)(風(fēng)速大小、風(fēng)向)會(huì)影響到飛機(jī)起降性能、巡航性能以及飛行控制等，因此在無(wú)人機(jī)飛行階段能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量出風(fēng)場(chǎng)參數(shù)，能夠?qū)o(wú)人機(jī)的飛行性能提高以及飛行航跡控制有利，確保無(wú)人機(jī)飛行安全。風(fēng)速是空間矢量，用傳統(tǒng)的測(cè)量裝置(比如氣球、風(fēng)速儀)直接測(cè)量風(fēng)速存在測(cè)量結(jié)果空間離散、測(cè)量精度低等條件限制，機(jī)載風(fēng)速測(cè)量技術(shù)能夠不受一般條件限制，在測(cè)風(fēng)速方面更具優(yōu)勢(shì)。

目前機(jī)載測(cè)量風(fēng)速的手段主要有水平空速歸零法、航位推算法、矢量三角形法等。水平空速歸零法利用無(wú)人機(jī)可以在水平面很小的半徑范圍內(nèi)盤(pán)旋飛行的特點(diǎn)，盤(pán)旋飛行一圈，相對(duì)空氣而言，飛機(jī)回到了同一點(diǎn)，水平空速矢量之和為零，平均水平風(fēng)速等于飛機(jī)平均水平地速。該方法最大的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量設(shè)備簡(jiǎn)單、測(cè)風(fēng)速精度較高，誤差小于1m/s，但是測(cè)風(fēng)速方法繁瑣，僅適合于常規(guī)場(chǎng)合下的定點(diǎn)測(cè)風(fēng)速，不適合長(zhǎng)航時(shí)、大區(qū)域執(zhí)行偵察任務(wù)的無(wú)人機(jī)測(cè)風(fēng)速。航位推算法其基本思想是根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)、牽連運(yùn)動(dòng)及絕對(duì)運(yùn)動(dòng)三種運(yùn)動(dòng)的矢量合成關(guān)系，通過(guò)測(cè)量的無(wú)人機(jī)絕對(duì)運(yùn)動(dòng)位置及航位推算得到的無(wú)人機(jī)相對(duì)于大氣云團(tuán)的相對(duì)位置，對(duì)作為牽連運(yùn)動(dòng)的風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行解算。航位推算法只適用于低成本配置的無(wú)人機(jī)測(cè)風(fēng)速，僅需較少的傳感器測(cè)量元件，但其解算頻率相對(duì)較低，測(cè)風(fēng)速精度較差，獲得的風(fēng)場(chǎng)信息不夠全面。

現(xiàn)有技術(shù)中也存在相關(guān)測(cè)量風(fēng)速風(fēng)向的發(fā)明，如專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?016108132493，申請(qǐng)日為2016.09.10，名稱(chēng)為一種基于超聲共振原理的風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量方法的發(fā)明申請(qǐng)，其技術(shù)方案是通過(guò)超聲在共振腔內(nèi)的發(fā)射和接受來(lái)準(zhǔn)確計(jì)算風(fēng)速風(fēng)向；如專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?009102600860，申請(qǐng)日為2009.12.24，名稱(chēng)為一種測(cè)風(fēng)儀和測(cè)量風(fēng)速風(fēng)向的方法的發(fā)明申請(qǐng)，其公開(kāi)了一種測(cè)量風(fēng)速風(fēng)向的方法，同樣采用超聲波對(duì)風(fēng)速風(fēng)向進(jìn)行測(cè)量。又如專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01010102257X，申請(qǐng)日為2010.1.27，名稱(chēng)為高空駐空飛行器風(fēng)速風(fēng)向?qū)崟r(shí)測(cè)量方法與裝置的發(fā)明申請(qǐng)，該方法由測(cè)量裝置和風(fēng)速風(fēng)向提取算法構(gòu)成，能可靠地提取風(fēng)速風(fēng)向信息。相比以上專(zhuān)利，本專(zhuān)利更著重于風(fēng)速風(fēng)向的計(jì)算方法，本方法適用于大型無(wú)人機(jī)科研試飛、定型試飛等階段，不采用超聲波進(jìn)行風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量，不需要在無(wú)人機(jī)上加裝其他任何測(cè)量設(shè)備，而是根據(jù)無(wú)人機(jī)自身所攜帶的各種傳感器及組合導(dǎo)航系統(tǒng)提供的飛行參數(shù)，在無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中實(shí)時(shí)快速地計(jì)算出當(dāng)?shù)仫L(fēng)速風(fēng)向，能夠?yàn)闊o(wú)人機(jī)的飛行控制提供較高精度的實(shí)時(shí)風(fēng)場(chǎng)參數(shù)，進(jìn)而讓地面監(jiān)控人員能夠?qū)崟r(shí)了解無(wú)人機(jī)各階段飛行狀態(tài)，并做出相應(yīng)的控制，從而保證無(wú)人機(jī)飛行安全。目前經(jīng)某型無(wú)人機(jī)多次試飛試驗(yàn)應(yīng)用驗(yàn)證，本方法測(cè)風(fēng)性能準(zhǔn)確可靠。

發(fā)明內(nèi)容

為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)人機(jī)機(jī)載傳感器無(wú)法直接測(cè)量出無(wú)人機(jī)在起飛、爬升、巡航、下滑、著陸等飛行階段中當(dāng)?shù)貙?shí)時(shí)風(fēng)速與風(fēng)向的技術(shù)空白，本發(fā)明提供一種基于飛行參數(shù)計(jì)算風(fēng)速及風(fēng)向的方法。

一種基于飛行參數(shù)計(jì)算風(fēng)速及風(fēng)向的方法，其特征在于：根據(jù)風(fēng)速、空速和地速之間的矢量關(guān)系計(jì)算出風(fēng)速，在風(fēng)速求解過(guò)程中需要用到空速、地速、姿態(tài)角和氣動(dòng)角等飛行參數(shù)。空速通過(guò)機(jī)載空速管測(cè)量得到的靜壓、動(dòng)壓和靜溫應(yīng)用流體力學(xué)原理解算得出，地速由無(wú)人機(jī)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)解算得出，氣動(dòng)角可由機(jī)載角度傳感器直接測(cè)量。