[發明專利]一種航空器自動近地防撞系統自適應飛行軌跡預測方法

有效

• 申請號: 201711313139.1
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN109901387B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 孫萍;尹超;劉爽
• 申請（專利權）人: 上海航空電器有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 上海世圓知識產權代理有限公司 31320
• 代理人: 顧俊超

1.一種航空器自動近地防撞系統自適應飛行軌跡預測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟A，從飛行管理系統采集所需飛行狀態及位置信息數據，并作為步驟B的狀態輸入量y_r(0)；

步驟B，根據既定的規避機動基礎控制律對狀態輸入量進行解算得出基礎輸出u_r；步驟C，利用基于泛函神經網絡的干擾觀測器對航空器模型的未建模動態不確定及外部干擾進行逼近得到補償輸出u_c，同時采用魯棒增益自適應調整的RC環節輔助控制得到補償輸出u_a；

步驟D，將u＝u_r+u_c+u_a作為飛行模型輸入量，解算第i步長的狀態和位置信息y(i),i＝1,2,…,n；

步驟D解算得到的狀態量y(i)將作為單個預測周期內第i+1步長的步驟B的狀態輸入量y_r(i)，循環迭代至單個預測周期結束；并且，步驟D的所有輸出量即為單個預測周期內的飛行預測軌跡；

所述步驟A中的飛行狀態機位置信息數據包括了衛星定位系統或者慣性導航設備所提供的經度、緯度、航跡傾角、地速數據；大氣數據計算機所提供的氣壓高度、真空速以及溫度數據；以及航向姿態計算設備所提供的姿態角及姿態角速率數據；

所述步驟B中的既定規避機動動作為橫滾改平和以定過載值拉起，其中，當航空器的滾轉角小于或等于90°時，橫滾該平和拉起作為一個復合機動同時執行；當滾轉角大于90°時，則先將航空器橫滾改至水平位置，接著以定過載拉起；所述步驟C中的基于泛函神經網絡干擾觀測器對復合干擾D的逼近方法如下：

Y_d＝ρ(W^TΛ(X))＝D-ε，||ε||≤κ_ε

其中，是FLANN的權值矩陣，X是FLANN的輸入向量，Λ(X)＝(Λ₁(X)Λ₂(X)…Λ_N(X))^T∈R^N是一組正交的基函數矩陣，取Sigmoid函數sig(·)作為輸出的非線性變換函數ρ(*)，D為復合干擾，ε表示FLANN逼近實際復合干擾的誤差，κ_ε0為未知的誤差上界值；所述步驟D中航空器飛行模型是以航空器為質點，分析其所受力及力矩關系，建立了如下六自由度十二狀態的全量模型，其中，

姿態運動方程組：

其中，φ為滾轉角，θ為俯仰角，ψ為偏航角；p為滾轉角速率，q為俯仰角速率，r為偏航角速率；

力方程組：

其中，u、v、w分別表示在機體軸系X、Y、Z軸上的飛行速度分解量；F_x、F_y、F_z分別表示在機體軸系X、Y、Z軸上的合外力，g為重力加速度，m為航空器質量；力矩方程組：

其中，L、M、N分別表示機體軸系X、Y、Z軸上的合外力矩；I_x、I_y、I_z分別表示在機體軸系X、Y、Z軸的轉動慣量；

導航方程組：

其中，為航跡速度；為高度變化率；

所述步驟C中當FLANN的輸出最接近復合干擾D時的權值即為FLANN的最有權值矩陣，此時的泛函神經網絡的輸出就是最有輸出，然而，此時的干擾觀測器的輸出u_c與復合干擾D之間還存在一個有界誤差，因此，采用自適應RC項調整消除誤差。