RU2749990C1 - Method for correcting the formed configuration of the route of an unmanned gliding aircraft - Google Patents
Method for correcting the formed configuration of the route of an unmanned gliding aircraft Download PDFInfo
- Publication number
- RU2749990C1 RU2749990C1 RU2019132473A RU2019132473A RU2749990C1 RU 2749990 C1 RU2749990 C1 RU 2749990C1 RU 2019132473 A RU2019132473 A RU 2019132473A RU 2019132473 A RU2019132473 A RU 2019132473A RU 2749990 C1 RU2749990 C1 RU 2749990C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- route
- uav
- angles
- values
- correcting
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C19/00—Aircraft control not otherwise provided for
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C39/00—Aircraft not otherwise provided for
- B64C39/02—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
- G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
- G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
- G05D1/08—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
Abstract
Description
Изобретение относится к области наведения беспилотных планирующих летательных аппаратов (БПЛА) и может быть использовано при эксплуатации таких летательных аппаратов.The invention relates to the field of guidance of unmanned gliding vehicles (UAVs) and can be used in the operation of such aircraft.
Наиболее близким к данному изобретению является «Способ управления беспилотным планирующим летательным аппаратом» (RU 2654238, 2018), базирующийся на следующих основных положениях:Closest to this invention is the "Method of control of an unmanned gliding aircraft" (RU 2654238, 2018), based on the following basic provisions:
1. БПЛА обладает возможностью автономного управления величиной и направлением аэродинамической подъемной силы путем целенаправленного изменения угла аэродинамического крена ϕ и угла атаки α.1. The UAV has the ability to autonomously control the magnitude and direction of the aerodynamic lift by purposefully changing the angle of aerodynamic roll ϕ and the angle of attack α.
2. Движение БПЛА по маршруту, заданному совокупностью опорных точек Mj (j = 1, …, N), осуществляется последовательным наведением на эти точки.2. The movement of the UAV along the route specified by the set of reference points M j (j = 1, ..., N) is carried out by sequential guidance to these points.
Маршрут БПЛА выбирается на карте земной поверхности в местах, где по каким-либо причинам требуется изменение направления движения БПЛА, и задается опорными точками маршрута в виде совокупности геодезических координат Bj, Lj. В соответствии с общей протяженностью маршрута определяются начальные условия (начальные значения скорости V0 и высоты H0), в функции удаленности от начальной точки вычисляются высоты промежуточных опорных точек Hj.The UAV route is selected on the map of the earth's surface in places where, for some reason, a change in the direction of the UAV movement is required, and is set by the control points of the route in the form of a set of geodetic coordinates B j , L j . In accordance with the total length of the route, the initial conditions are determined (the initial values of the speed V 0 and the height H 0 ), as a function of the distance from the starting point, the heights of the intermediate control points H j are calculated.
Перед полетом сформированный маршрут и соответствующая ему опорная траектория проверяются на возможность реализации, т.е. на удовлетворение всем техническим ограничениям, и прежде всего, по поперечным перегрузкам. Контроль реализуемости заданных опорных траекторий летательных аппаратов осуществляется методом компьютерного моделирования полета. Моделированием полета БПЛА с управлением по методу, описанному в аналоге, можно осуществить контроль реализуемости заданного маршрута, но только до той опорной точки, в которой обнаружится невыполнение ограничений. Наведение на следующую опорную точку срывается и требуется изменить заданный маршрут и проверить его снова на реализуемость. Как корректировать маршрут способ-аналог не определяет. Если на маршруте несколько проблемных опорных точек, процесс контроля реализуемости маршрута затягивается, поскольку его коррекцию приходится осуществлять «методом проб и ошибок».Before the flight, the formed route and the corresponding reference trajectory are checked for the possibility of implementation, i.e. to meet all technical constraints, and above all, on transverse overloads. The control over the feasibility of the given reference trajectories of the aircraft is carried out by the method of computer flight simulation. By simulating a UAV flight with control according to the method described in the analogue, it is possible to control the feasibility of a given route, but only up to the reference point at which it is found that the constraints are not met. Pointing to the next reference point fails and you need to change the specified route and check it again for feasibility. The analog method does not determine how to correct the route. If there are several problematic control points on the route, the process of monitoring the feasibility of the route is delayed, since its correction has to be carried out by “trial and error”.
Задачей предлагаемого изобретения является внесение в процесс контроля реализуемости маршрута БПЛА изменений, которые позволят провести коррекцию формируемого маршрута БПЛА при невыполнении технических ограничений в опорных точках.The objective of the present invention is to introduce changes into the process of monitoring the feasibility of the UAV route, which will make it possible to correct the formed UAV route if the technical constraints at the reference points are not met.
Технический результат достигается тем, что маршрут БПЛА задают опорными точками в виде совокупности геодезических координат, при формировании маршрута БПЛА в опорных точках определяют величины углов поворота и, если при сравнении с допустимыми значениями заблаговременно установленных и заданных таблично в функции дальности полета углов обнаруживают различие, обуславливающее нарушение заданных технических ограничений на управляющие параметры БПЛА, то по правилам сферической тригонометрии итерационно смещают проблемную опорную точку на малые расстояния с уменьшением величины угла поворота маршрута до допустимого значения.The technical result is achieved by the fact that the UAV route is set by reference points in the form of a set of geodetic coordinates, when the UAV route is formed at the reference points, the values of the turning angles are determined and, if, when compared with the permissible values of the angles set in advance and specified in the table as a function of the flight range, a difference is found that causes violation of the specified technical constraints on the control parameters of the UAV, then, according to the rules of spherical trigonometry, the problematic reference point is iteratively shifted over short distances with a decrease in the angle of rotation of the route to an acceptable value.
Коррекция формируемой конфигурации маршрута БПЛА включает в себя следующие операции:Correction of the formed configuration of the UAV route includes the following operations:
1. Заблаговременно, на этапе баллистического проектирования БПЛА с помощью многократного моделирования типовых траекторий (с начальными условиями - заданными значениями высоты и скорости , ) при экстремальных значениях управляющих поперечных перегрузок определяется зависимость допустимых углов поворота траектории от удаленности БПЛА от начальной точки траектории. Составляются таблицы вида (таблица 1):1. In advance, at the stage of ballistic design of the UAV by means of multiple modeling of typical trajectories (with initial conditions - given values of altitude and speed , ) at extreme values of the control transverse overloads, the dependence of the permissible trajectory rotation angles on the distance of the UAV from the starting point of the trajectory is determined. Tables of the form are compiled (table 1):
Зависимость допустимого угла поворота траектории γдоп от удаленности БПЛА от начальной точки траектории при =30000 м и =4500 м/сDependence of the permissible angle of rotation of the trajectory γ add on the distance of the UAV from the initial point of the trajectory at = 30,000 m and = 4500 m / s
2. При формировании конкретного маршрута БПЛА на сфере среднего радиуса Земли (фиг. 1) по формулам сферической тригонометрии определяются углы γi между звеньями формируемого маршрута БПЛА. Используя зависимость (1), определяются проблемные опорные точки, в которых имеет место неравенство2. When forming a specific UAV route on the sphere of the Earth's average radius (Fig. 1), using the formulas of spherical trigonometry, the angles γ i between the links of the UAV route being formed are determined. Using dependence (1), problematic reference points are determined at which the inequality
и, следовательно, в полете в опорной точке Sj(Bj, Lj, Hj) не может выполняться ограничение по поперечным перегрузкам.and, therefore, in flight at the reference point S j (B j , L j , H j ), the lateral overload constraint cannot be satisfied.
3. Осуществляется коррекция положения проблемных опорных точек маршрута по алгоритму, обеспечивающему уменьшение углов γi(D) до допустимых значений.3. Correction of the position of problem control points of the route is carried out according to the algorithm, which ensures the reduction of angles γ i (D) to acceptable values.
Суть предлагаемого способа коррекции первоначально заданной конфигурации маршрута БПЛА заключается в создании зависимости (1) и ее использовании для выявления проблемных опорных точек маршрута и в создании алгоритма изменения координат отдельных опорных точек до значений, обеспечивающих выполнение в полете ограничений по поперечным перегрузкам.The essence of the proposed method for correcting the initially specified configuration of the UAV route is to create dependence (1) and use it to identify problem control points of the route and to create an algorithm for changing the coordinates of individual control points to values that ensure the fulfillment of lateral overload constraints in flight.
Алгоритм изменения координат проблемной опорной точки включает:The algorithm for changing the coordinates of the problem GCP includes:
1. Решение по формулам сферической тригонометрии сферических треугольников PMj-1Mj и PMjMj+1 (фиг. 1) с определением угла γi как угла между сторонами треугольников с общей вершиной Mj. Все необходимые данные для определения сторон и углов указанных треугольников имеются - это координаты Bj, Lj точек Mj-1, Mj и Mj+1. Преобразования геодезических координат в сферические известны, но здесь не приводятся. Алгоритм решения данной задачи включает:1. Solution by the formulas of spherical trigonometry of spherical triangles PM j-1 M j and PM j M j + 1 (Fig. 1) with the definition of the angle γ i as the angle between the sides of triangles with a common vertex M j . All the necessary data to determine the sides and angles of these triangles are available - these are the coordinates B j , L j of the points M j-1 , M j and M j + 1 . Transformations of geodetic coordinates to spherical coordinates are known, but not presented here. The algorithm for solving this problem includes:
а) из треугольника PMj-1Mj определяются углы α1 и β1 (фиг. 2);a) the angles α 1 and β 1 are determined from the triangle PM j-1 M j (Fig. 2);
б) определяется внешний к углу β1 угол λ = π - β1;b) the external angle to the angle β 1 is determined λ = π - β 1 ;
в) из треугольника PMjMj+1 определяется угол β2;c) the angle β 2 is determined from the triangle PM j M j + 1 ;
г) определяется угол γj=β2 - λ.d) the angle γ j = β 2 - λ is determined.
2. Итерационную процедуру по смещению точки Mj вдоль нормали к линии Mj-1 Mj+1 на малые расстояния с целью изменения (уменьшения) величины угла γi до допустимого значения2. An iterative procedure for displacing the point M j along the normal to the line M j-1 M j + 1 at small distances in order to change (decrease) the value of the angle γ i to an acceptable value
определяемого по таблице 1.determined according to table 1.
Итерационная процедура при допущении, что звено маршрута Mj-1M'j=Mj-1Mj=const, включает:The iterative procedure, assuming that the link of the route M j-1 M ' j = M j-1 M j = const, includes:
а) изменение угла α2 на малый угол , его увеличение в случае, если Bj > Bj-1, и уменьшение в обратном случае;a) changing the angle α 2 by a small angle , its increase if B j > B j-1 , and decrease in the opposite case;
б) определение стороны PM'j сферического треугольника PMj-1M'j по теореме косинусов сторон:b) determination of the side PM ' j of the spherical triangle PM j-1 M' j by the theorem of cosines of the sides:
где Фj - угловая мера звена Mj-1Mj, величина которого определяется из треугольника PM'jMj+1 по теореме синусов:where Ф j is the angular measure of the link M j-1 M j , the value of which is determined from the triangle PM ' j M j + 1 by the theorem of sines:
sinФj=sin(Lj-Lj-1)⋅cos Bj-1/sinβ1;sinФ j = sin (L j -L j-1 ) ⋅cos B j-1 / sinβ 1 ;
в) определение угла ΔL'j=Lj - L'j из выражения для косинуса стороны Mj-1M'j сферического треугольника PMj-1M'j:c) determining the angle ΔL ' j = L j - L' j from the expression for the cosine of the side M j-1 M ' j of the spherical triangle PM j-1 M' j :
г) определение координат точки M'j:d) determining the coordinates of the point M ' j :
из выражения (4) следуетexpression (4) implies
д) далее все расчеты п.п. 1, 2 проводятся циклично до выполнения условия (3).e) further all calculations of p.p. 1, 2 are carried out cyclically until condition (3) is satisfied.
Алгоритм, представленный в п.п. 1, 2, помимо того, что он обеспечивает формирование маршрута БПЛА, может быть включен в бортовой алгоритм контроля реализуемости каждого очередного поворота траектории, устраняя воздействия возмущений движения БПЛА.The algorithm presented in p. 1, 2, in addition to the fact that it provides the formation of the UAV route, it can be included in the onboard algorithm for monitoring the feasibility of each next turn of the trajectory, eliminating the effects of disturbances in the UAV movement.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019132473A RU2749990C1 (en) | 2020-04-03 | 2020-04-03 | Method for correcting the formed configuration of the route of an unmanned gliding aircraft |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019132473A RU2749990C1 (en) | 2020-04-03 | 2020-04-03 | Method for correcting the formed configuration of the route of an unmanned gliding aircraft |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2749990C1 true RU2749990C1 (en) | 2021-06-21 |
Family
ID=76504948
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019132473A RU2749990C1 (en) | 2020-04-03 | 2020-04-03 | Method for correcting the formed configuration of the route of an unmanned gliding aircraft |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2749990C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2804765C1 (en) * | 2023-02-13 | 2023-10-05 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт химии и механики" (ФГУП "ЦНИИХМ") | Method of payload delivery to airborne object |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5375059A (en) * | 1990-02-05 | 1994-12-20 | Caterpillar Inc. | Vehicle position determination system and method |
EA001027B1 (en) * | 1997-08-01 | 2000-08-28 | Машиностроительное Конструкторское Бюро «Факел» | Method for air-ballistic control of air-dynamic projectile |
RU2537818C1 (en) * | 2013-07-16 | 2015-01-10 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") | Method for spacecraft flight path correction and device for its implementation |
RU2661269C2 (en) * | 2015-08-04 | 2018-07-13 | Акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" | Method for trajectory control of unmanned aerial vehicle to fly around urban territories in vertical plane |
US20190100310A1 (en) * | 2017-09-29 | 2019-04-04 | Deere & Company | Using unmanned aerial vehicles (uavs or drones) in forestry machine-connectivity applications |
-
2020
- 2020-04-03 RU RU2019132473A patent/RU2749990C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5375059A (en) * | 1990-02-05 | 1994-12-20 | Caterpillar Inc. | Vehicle position determination system and method |
EA001027B1 (en) * | 1997-08-01 | 2000-08-28 | Машиностроительное Конструкторское Бюро «Факел» | Method for air-ballistic control of air-dynamic projectile |
RU2537818C1 (en) * | 2013-07-16 | 2015-01-10 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") | Method for spacecraft flight path correction and device for its implementation |
RU2661269C2 (en) * | 2015-08-04 | 2018-07-13 | Акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" | Method for trajectory control of unmanned aerial vehicle to fly around urban territories in vertical plane |
US20190100310A1 (en) * | 2017-09-29 | 2019-04-04 | Deere & Company | Using unmanned aerial vehicles (uavs or drones) in forestry machine-connectivity applications |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2804765C1 (en) * | 2023-02-13 | 2023-10-05 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт химии и механики" (ФГУП "ЦНИИХМ") | Method of payload delivery to airborne object |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11079239B2 (en) | Method for directly planning reentry trajectory in height-velocity profile | |
US9524647B2 (en) | Autonomous Nap-Of-the-Earth (ANOE) flight path planning for manned and unmanned rotorcraft | |
US8639397B2 (en) | Computation-time-optimized route planning for aircraft | |
CN105867421B (en) | A kind of unmanned plane paths planning method based on PH curve | |
CN104246641A (en) | Safe emergency landing of a UAV | |
EP3470786B1 (en) | A computer-implemented method and a system for generating a 3d path to a landing location for an aerial vehicle | |
Cetin et al. | Fuzzy logic based approach to design of autonomous landing system for unmanned aerial vehicles | |
Warren et al. | An Automated Emergency Landing System for Fixed‐Wing Aircraft: Planning and Control | |
Malaek et al. | Dynamic based cost functions for TF/TA flights | |
Lee et al. | Path planner based on bidirectional spline-RRT* for fixed-wing UAVs | |
Kügler et al. | Autoland for a novel UAV as a state-machine-based extension to a modular automatic flight guidance and control system | |
RU2749990C1 (en) | Method for correcting the formed configuration of the route of an unmanned gliding aircraft | |
Váňa et al. | Any-time trajectory planning for safe emergency landing | |
CN110793522A (en) | Flight path planning method based on ant colony algorithm | |
Harbick et al. | Planar spline trajectory following for an autonomous helicopter | |
Eng et al. | Automating human thought processes for a UAV forced landing | |
Lee et al. | Guidance and control for autonomous emergency landing of the rotorcraft using the incremental backstepping controller in 3-dimensional terrain environments | |
CN113342044B (en) | Ground track design method for tail end energy management section of reusable carrier | |
Chen et al. | Research of path planning method based on the improved Voronoi diagram | |
Marcu | Fuzzy logic approach in real-time UAV control | |
Swihart et al. | Design, integration and flight test of an autonomous ground collision avoidance system | |
Wu et al. | Adaptive path following control for miniature unmanned aerial vehicle confined to three-dimensional Dubins path: From take-off to landing | |
RU2797956C1 (en) | Method for forming bypass and overcoming hazardous zones by unmanned aerial vehicle | |
Krawczyk et al. | Aircraft model for the automatic taxi directional control design | |
Khachumov et al. | The problems of route and motion planning for an autonomous flight vehicle in uncertain environment |