CN104155985B - 飞行器姿态运动通道间惯性耦合特性的交联影响确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞行器姿态运动通道间惯性耦合特性的交联影响确定方法，所述方法包括：确定所述飞行器的偏航、俯仰通道的角速度；并确定所述飞行器的滚动、偏航、俯仰通道的惯量，以及所述滚动通道与偏航通道之间的惯性积；根据确定出的角速度、惯量和惯性积，计算出交联等效力矩作为确定出的所述偏航、俯仰通道的角速度对所述滚动通道的角速度的耦合特性的交联影响。本发明的技术方案中，实现了对飞行器的滚动通道的惯性耦合特性的交联影响的量化，便于对飞行器在不同飞行条件和飞行阶段下的滚动通道的惯性耦合特性的交联影响的对比，有利于飞行器姿态控制器的设计与研究。

Description

飞行器姿态运动通道间惯性耦合特性的交联影响确定方法

技术领域

本发明涉及航空航天领域，尤其涉及一种飞行器姿态运动通道间惯性耦合特性的交联影响确定方法。

背景技术

飞行器在飞行过程中，其飞行姿态通常可以划分为滚动、偏航和俯仰三个姿态运动通道的角速度。对于轴对称飞行器，其三个通道之间的耦合很弱，因而可以将耦合对于轴对称飞行器的飞行姿态的影响作为随机小扰动，构建轴对称飞行器的小扰动气动力模型。目前，通常根据小扰动气动力模型，在轴对称飞行器内设置三个独立的姿态控制器，分别用于控制该飞行器俯仰通道、偏航通道和滚动通道的角速度。

然而，轴对称飞行器只是面对称飞行器的一个特例。飞行速度较高(例如超过5马赫)的飞行器通常采用面对称的气动布局，即为面对称飞行器，在其飞行过程中，其滚动、偏航和俯仰三个通道之间的耦合较强。通常通道间的耦合特性可以包括惯性耦合、运动耦合和气动耦合；目前，对于面对称飞行器的三个通道之间的惯性耦合特性往往只进行定性分析；缺乏对通道间的惯性耦合特性的交联影响的较为准确的量化分析。而基于更准确的通道间基于惯性耦合特性的交联影响的量化分析可以有助于根据量化的交联影响对飞行器进行补偿控制后，使得对飞行器的控制更为准确、可靠。

因此，有必要提供一种飞行器姿态运动通道间惯性耦合特性的交联影响确定方法，以更为准确地获悉通道间基于惯性耦合特性的交联影响。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明实施例提供了一种飞行器姿态运动通道间惯性耦合特性的交联影响确定方法，更为准确地获悉通道间基于惯性耦合特性的交联影响。

根据本发明技术方案的一个方面，提供了一种飞行器姿态运动通道间惯性耦合特性的交联影响确定方法，包括：

确定所述飞行器的偏航、俯仰通道的角速度；并

确定所述飞行器的滚动、偏航、俯仰通道的惯量，以及所述滚动通道与偏航通道之间的惯性积；

根据确定出的角速度、惯量和惯性积，计算出交联等效力矩作为确定出的所述偏航、俯仰通道的角速度对所述滚动通道的角速度的耦合特性的交联影响。

较佳地，所述根据确定出的角速度、惯量和惯性积，计算出交联等效力矩具体为：

根据如下公式4，计算出

${\tilde{M}}_{\mathrm{xc}}^1=\frac{({J_y}^2+{J_{\mathrm{xy}}}^2-J_y{J}_z)J_x}{J_x{J}_y-{J_{\mathrm{xy}}}^2}{\mathrm{\ω}}_{y1}{\mathrm{\ω}}_{z1}$ .............................(公式4)

其中，ω_y1、ω_z1分别表示所述飞行器的偏航、俯仰通道的角速度；J_x、J_y、J_z分别表示所述飞行器的滚动、偏航、俯仰三个通道的惯量；J_xy表示所述飞行器的滚动通道与偏航通道之间的惯性积。

进一步，所述飞行器姿态运动通道间惯性耦合特性的交联影响确定方法，还包括：

将根据如下公式5计算出的交联等效力矩作为确定出的所述俯仰通道的角速度对所述滚动通道的角速度的耦合特性的交联影响；

${\tilde{M}}_{\mathrm{xc}}^2=\frac{(J_z-J_x-J_y)J_{\mathrm{xy}}{J}_x}{J_x{J}_y-{J_{\mathrm{xy}}}^2}{\mathrm{\ω}}_{x1}{\mathrm{\ω}}_{z1}$ .............................(公式5)

其中，ω_x1表示所述飞行器的滚动通道的角速度。

进一步，所述飞行器姿态运动通道间惯性耦合特性的交联影响确定方法，还包括：

将根据如下公式6计算出的交联等效力矩作为确定出的偏航通道的力矩对所述滚动通道的角速度的耦合特性的交联影响；

${\tilde{M}}_{\mathrm{xc}}^3=\frac{J_x{J}_{\mathrm{xy}}{M}_{y1}}{J_x{J}_y-{J_{\mathrm{xy}}}^2}$ ................................(公式6)

其中，M_y1表示所述飞行器的偏航通道的力矩。

进一步，所述飞行器姿态运动通道间惯性耦合特性的交联影响确定方法，还包括：

根据计算出的确定出综合因素对所述滚动通道的角速度的耦合特性的交联影响。

根据本发明技术方案的另一个方面，还提供了一种飞行器姿态运动通道间惯性耦合特性的交联影响确定方法，包括：

确定所述飞行器的滚动、俯仰通道的角速度；并

确定所述飞行器的滚动、偏航、俯仰通道的惯量，以及所述滚动通道与偏航通道之间的惯性积；

根据确定出的角速度、惯量和惯性积，计算出交联等效力矩作为确定出的所述滚动、俯仰通道的角速度对所述偏航通道的角速度的耦合特性的交联影响。

较佳地，所述根据确定出的角速度、惯量和惯性积，计算出交联等效力矩具体为：

根据如下公式9计算出

${\tilde{M}}_{\mathrm{yc}}^1=\frac{(J_x-J_z-{J_x}^2-{J_{\mathrm{xy}}}^2)J_y}{J_x{J}_y-{J_{\mathrm{xy}}}^2}{\mathrm{\ω}}_{x1}{\mathrm{\ω}}_{z1}$ .............................(公式9)

其中，ω_x1、ω_z1分别表示所述飞行器的滚动、俯仰通道的角速度；J_x、J_y、J_z分别表示所述飞行器的滚动、偏航、俯仰三个通道的惯量；J_xy表示所述飞行器的滚动通道与偏航通道之间的惯性积。

进一步，所述飞行器姿态运动通道间惯性耦合特性的交联影响确定方法，还包括：

将根据如下公式10计算出的交联等效力矩作为确定出的所述俯仰通道的角速度对所述偏航通道的角速度的耦合特性的交联影响；

${\tilde{M}}_{\mathrm{yc}}^2=\frac{(J_x+J_y-J_z)J_{\mathrm{xy}}{J}_y}{J_x{J}_y-{J_{\mathrm{xy}}}^2}{\mathrm{\ω}}_{y1}{\mathrm{\ω}}_{z1}$ .............................(公式10)

其中，ω_y1表示所述飞行器的偏航通道的角速度。

进一步，所述飞行器姿态运动通道间惯性耦合特性的交联影响确定方法，还包括：

将根据如下公式11计算出的交联等效力矩作为确定出的滚动通道的力矩对所述偏航通道的角速度的耦合特性的交联影响；

${\tilde{M}}_{\mathrm{yc}}^3=\frac{J_{\mathrm{xy}}{J}_y{M}_{x1}}{J_x{J}_y-{J_{\mathrm{xy}}}^2}$ ................................(公式11)

其中，M_x1表示所述飞行器的滚动通道的力矩。

进一步，所述飞行器姿态运动通道间惯性耦合特性的交联影响确定方法，还包括：

根据计算出的确定出综合因素对所述偏航通道的角速度的耦合特性的交联影响。

根据本发明技术方案的另一个方面，还提供了一种飞行器姿态运动通道间惯性耦合特性的交联影响确定方法，包括：

确定所述飞行器的滚动、偏航通道的角速度；并

确定所述飞行器的滚动、偏航通道的惯量；

根据确定出的角速度、惯量，计算出交联等效力矩作为确定出的所述滚动、偏航通道的角速度对所述俯仰通道的角速度的耦合特性的交联影响。

较佳地，所述根据确定出的角速度、惯量，计算出交联等效力矩具体为：

根据如下公式14，计算出

${\tilde{M}}_{\mathrm{zc}}^1=(J_x-J_y){\mathrm{\ω}}_{x1}{\mathrm{\ω}}_{y1}$ .............................(公式14)

其中，ω_x1、ω_y1分别表示所述飞行器的滚动、偏航通道的角速度；J_x、J_y、分别表示所述飞行器的滚动、偏航通道的惯量。

本发明的技术方案中，对于飞行器的一个姿态运动通道，可以将其它通道的角速度、力矩对该通道的惯性耦合特性的交联影响，量化为该通道的各交联等效力矩；从而可以确定出综合因素对该通道的角速度的惯性耦合特性的交联影响，更为准确地获悉通道间基于惯性耦合特性的交联影响。从而可以有助于根据量化的交联影响对飞行器进行补偿控制后，使得对飞行器的控制更为准确、可靠。

附图说明

图1为本发明实施例的飞行器滚动通道的角速度的惯性耦合特性的交联影响确定方法的流程示意图；

图2为本发明实施例的飞行器偏航通道的角速度的惯性耦合特性的交联影响确定方法的流程示意图；

图3为本发明实施例的飞行器俯仰通道的角速度的惯性耦合特性的交联影响确定方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

本申请使用的“模块”、“系统”等术语旨在包括与计算机相关的实体，例如但不限于硬件、固件、软硬件组合、软件或者执行中的软件。例如，模块可以是，但并不仅限于：处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行程序、执行的线程、程序和/或计算机。举例来说，计算设备上运行的应用程序和此计算设备都可以是模块。一个或多个模块可以位于执行中的一个进程和/或线程内。

本发明的发明人考虑到，假设飞行器关于纵向平面对称，即关于机体坐标系中的平面X₁OY₁对称；其中，坐标原点O为飞行器的质心，滚动通道(x通道)主轴X₁轴在飞行器对称面内并平行于飞行器的设计轴线指向飞行器头部；俯仰通道(z通道)主轴Z₁轴垂直于飞行器对称面指向飞行器的右方；偏航通道(y通道)主轴Y₁轴在飞行器对称面内，与X₁轴垂直并指向飞行器下方。该面对称飞行器的滚动、偏航、俯仰三个通道的耦合的角速度 的微分方程可由如下公式(1)表示：

$\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_{x1}=\frac{{J_y}^2+{J_{\mathrm{xy}}}^2-J_y{J}_z}{J_x{J}_y-{J_{\mathrm{xy}}}^2}{\mathrm{\ω}}_{y1}{\mathrm{\ω}}_{z1}+\frac{(J_z-J_x-J_y)J_{\mathrm{xy}}}{J_x{J}_y-{J_{\mathrm{xy}}}^2}{\mathrm{\ω}}_{x1}{\mathrm{\ω}}_{z1}+\frac{J_y{M}_{x1}+J_{\mathrm{xy}}{M}_{y1}}{J_x{J}_y-{J_{\mathrm{xy}}}^2}\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_{y1}=\frac{J_x{J}_z-{J_x}^2-{J_{\mathrm{xy}}}^2}{J_x{J}_y-{J_{\mathrm{xy}}}^2}{\mathrm{\ω}}_{x1}{\mathrm{\ω}}_{z1}+\frac{(J_x+J_y-J_z)J_{\mathrm{xy}}}{J_x{J}_y-{J_{\mathrm{xt}}}^2}{\mathrm{\ω}}_{y1}{\mathrm{\ω}}_{z1}+\frac{J_{\mathrm{xy}}{M}_{x1}+J_x{M}_{y1}}{J_x{J}_y-{J_{\mathrm{xy}}}^2}\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_{z1}=\frac{J_x-J_y}{J_z}{\mathrm{\ω}}_{x1}{\mathrm{\ω}}_{y1}+\frac{J_{\mathrm{xy}}}{J_z}({{\mathrm{\ω}}_{x1}}^2-{{\mathrm{\ω}}_{y1}}^2)+\frac{M_{21}}{J_z}\end{array}$ ……(公式1)

公式1中，ω_x1、ω_y1、ω_z1分别表示飞行器的滚动、偏航、俯仰三个通道的角速度；J_x、J_y、J_z分别表示飞行器的滚动、偏航、俯仰三个通道的惯量；J_xy表示飞行器的滚动通道与偏航通道之间的惯性积；M_x1、M_y1、M_z1分别表示飞行器的滚动、偏航、俯仰三个通道的力矩。

公式1中包含 $\frac{({J_y}^2+{J_{\mathrm{xy}}}^2-J_y{J}_z)J_x}{J_x{J}_y-{J_{\mathrm{xy}}}^2}{\mathrm{\ω}}_{y1}{\mathrm{\ω}}_{z1},\frac{(J_z-J_x-J_y)J_{\mathrm{xy}}{J}_x}{J_x{J}_t-{J_{\mathrm{xy}}}^2}{\mathrm{\ω}}_{x1}{\mathrm{\ω}}_{z1},\frac{J_x{J}_{\mathrm{xy}}{M}_{y1}}{J_x{J}_y-{J_{\mathrm{xy}}}^2}$ 等惯性交联项。惯性交联项表示：飞行器的滚动、偏航和俯仰三个通道中的一个通道的耦合的角速度受到其它两个通道的角速度和力矩的影响。

本发明的发明人考虑到，若将飞行器增加一个对称面，即飞行器关于其水平平面(即机体坐标系中的X₁OZ₁平面)或者关于其横截平面(即机体坐标系中的Y₁OZ₁平面)对称，则上述公式1中的惯性积J_xy为0，于是公式1可以简化为如下公式2：

$\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_{x1}=\frac{J_y-J_z}{J_x}{\mathrm{\ω}}_{y1}{\mathrm{\ω}}_{z1}+\frac{M_{x1}}{J_x}\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_{y1}=\frac{J_z-J_x}{J_y}{\mathrm{\ω}}_{x1}{\mathrm{\ω}}_{z1}+\frac{M_{y1}}{J_y}\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_{z1}=\frac{J_x-J_y}{J_z}{\mathrm{\ω}}_{x1}{\mathrm{\ω}}_{y1}+\frac{M_{z1}}{J_z}\end{array}$ .............................(公式2)

由公式2可得，由惯性积引起的惯性交联项被消除；剩余的惯性交联项来自惯量差。

本发明的发明人进一步考虑到，若假设飞行器的质量分布关于三个通道主轴都对称，则三个通道主轴的转动惯量相等，可以将公式2简化为如下公式3：

$\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_{x1}=\frac{M_{x1}}{J_x}\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_{y1}=\frac{M_{y1}}{J_y}\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_{z1}=\frac{M_{z1}}{J_z}\end{array}$ .............................(公式3)

公式3中惯性交联项已全部消除。

由上述分析可得，由于飞行器的质量分布的不对称，导致上述公式1或2中的惯性积和惯量差的存在，从而造成飞行器的一个通道的角速度或者力矩将引发其它通道的角速度的变化。

因此，本发明的发明人考虑到，对于飞行器的一个姿态运动通道，可以根据飞行器的其他通道的角速度、惯量和力矩，量化出其它通道的角速度对该通道的惯性耦合特性的交联影响，更为准确地获悉通道间基于惯性耦合特性的交联影响。从而可以有助于根据量化的交联影响对飞行器进行补偿控制后，使得对飞行器的控制更为准确、可靠。

下面结合附图详细说明本发明的技术方案。

本发明实施例的飞行器姿态运动通道间惯性耦合特性的交联影响确定方法包括：飞行器滚动、偏航和俯仰三个姿态运动通道的角速度的惯性耦合特性的交联影响确定方法。

其中，飞行器滚动通道的角速度的惯性耦合特性的交联影响确定方法，其流程示意图如图1所示，包括如下步骤：

S101：确定出飞行器的偏航、俯仰通道的角速度。

具体地，技术人员根据飞行器的惯性平台的测量数据，确定出飞行器的偏航、俯仰通道的角速度ω_y1、ω_z1。

S102：确定出飞行器的滚动、偏航、俯仰通道的惯量，以及滚动通道与偏航通道之间的惯性积。

具体地，技术人员根据飞行器的惯性平台的测量数据，确定出飞行器的滚动、偏航、俯仰通道的惯量J_x、J_y、J_z；并确定出滚动通道与偏航通道之间的惯性积J_xy。

S103：根据步骤S101确定出的角速度，步骤S102确定出的惯量和惯性积，计算出交联等效力矩作为确定出的偏航、俯仰通道的角速度对滚动通道的角速度的耦合特性的交联影响。

具体地，技术人员根据步骤S101中确定出的飞行器的偏航、俯仰通道的角速度ω_y1、ω_z1，步骤S102中确定出的惯量J_x、J_y、J_z和惯性积J_xy，以及如下公式4计算出飞行器的滚动通道的交联等效力矩

${\tilde{M}}_{\mathrm{xc}}^1=\frac{({J_y}^2+{J_{\mathrm{xy}}}^2-J_y{J}_z)J_x}{J_x{J}_y-{J_{\mathrm{xy}}}^2}{\mathrm{\ω}}_{y1}{\mathrm{\ω}}_{z1}$ .............................(公式4)

公式4的中的下标x表示飞行器的滚动通道，下标c表示惯性交联。

公式4体现了，偏航、俯仰通道的角速度对滚动通道的角速度的惯性耦合特性的交联影响具体是由惯量差J_y-J_z和惯性积J_xy共同引起的。若惯量差J_y-J_z和惯性积J_xy都等于0，则为0。从而实现了对飞行器的滚动通道的惯性耦合特性的交联影响的量化，便于对飞行器在不同飞行条件和飞行阶段下的滚动通道的惯性耦合特性的交联影响的对比，有利于飞行器姿态控制器的设计与研究。

事实上，技术人员还可以根据上述步骤S101确定出的角速度，上述步骤S102确定出的惯量和惯性积，以及如下公式5，计算出交联等效力矩作为确定出的俯仰通道的角速度对滚动通道的角速度的耦合特性的交联影响：

${\tilde{M}}_{\mathrm{xc}}^2=\frac{(J_z-J_x-J_y)J_{\mathrm{xy}}{J}_x}{J_x{J}_y-{J_{\mathrm{xy}}}^2}{\mathrm{\ω}}_{x1}{\mathrm{\ω}}_{z1}$ .............................(公式5)

公式5的体现了，飞行器的俯仰通道的角速度对滚动通道的角速度的惯性耦合特性的交联影响具体是由惯性积J_xy引起的。若惯性积J_xy等于0，则为0。

事实上，技术人员还可以根据飞行器的惯性平台的测量数据，确定出飞行器的偏航通道的力矩M_y1；并且根据上述步骤S102确定出的惯量和惯性积，以及如下公式6，计算出的交联等效力矩作为确定出的偏航通道的力矩对滚动通道的角速度的耦合特性的交联影响：

${\tilde{M}}_{\mathrm{xc}}^3=\frac{J_x{J}_{\mathrm{xy}}{M}_{y1}}{J_x{J}_y-{J_{\mathrm{xy}}}^2}$ ................................(公式6)

公式6的体现了，偏航通道的力矩M_y1对滚动通道的角速度的惯性耦合特性的交联影响具体是由惯性积J_xy引起的；若惯性积J_xy等于0，则等于0。

此外，技术人员还可以根据确定出的飞行器的滚动通道的力矩M_x1，以及上述步骤S102确定出的惯量和惯性积，以及如下公式7，计算出飞行器的滚动通道的主轴等效力矩

${\tilde{M}}_x=\frac{J_x{J}_y{M}_{x1}}{J_x{J}_y-{J_{\mathrm{xy}}}^2}$ ................................(公式7)

公式7中的体现了，飞行器的惯性积J_xy对滚动通道的力矩M_x1产生角加速度效果的影响。

在实际操作中，技术人员可以根据上述计算出的确定出综合因素对飞行器的滚动通道的角速度的耦合特性的交联影响。具体地，飞行器的滚动通道的耦合的角速度的微分方程可由如下公式(8)表示：

${\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_{x1}=({\tilde{M}}_{\mathrm{xc}}^1+{\tilde{M}}_{\mathrm{xc}}^2+{\tilde{M}}_{\mathrm{xc}}^3+{\tilde{M}}_x)/J_x$ ................................(公式8)

公式8体现出综合因素对飞行器的滚动通道的角速度的惯性耦合特性的交联影响。

例如，根据公式8，可以量化出其它通道的角速度、惯量和力矩等，对滚动通道的角速度的交联影响的大小；可以计算得到飞行器的滚动通道的各交联等效力矩随时间变化的曲线，可以将滚动通道的交联等效力矩与主轴等效力矩进行对比，可以在滚动通道不同的交联等效力矩之间进行对比等等。从而有利于实现对该飞行器在不同飞行条件和飞行阶段下的惯性耦合特性进行综合量化对比，有利于飞行器姿态控制器的设计与研究。

本发明实施例中，飞行器偏航通道的角速度的惯性耦合特性的交联影响确定方法，其流程示意图如图2所示，包括如下步骤：

S201：确定出飞行器的滚动、俯仰通道的角速度。

具体地，技术人员根据飞行器的惯性平台的测量数据，确定出飞行器的滚动、俯仰通道的角速度ω_x1、ω_z1。

S202：确定出飞行器的滚动、偏航、俯仰通道的惯量，以及滚动通道与偏航通道之间的惯性积。

具体地，技术人员根据飞行器的惯性平台的测量数据，确定出飞行器的滚动、偏航、俯仰通道的惯量J_x、J_y、J_z；并确定出滚动通道与偏航通道之间的惯性积J_xy。

S203：根据步骤S201确定出的角速度，步骤S202确定出的惯量和惯性积，计算出交联等效力矩作为确定出的滚动、俯仰通道的角速度对偏航通道的角速度的耦合特性的交联影响。

具体地，技术人员根据步骤S201中确定出的飞行器的滚动、俯仰通道的角速度ω_x1、ω_z1，步骤S202中确定出的惯量J_x、J_y、J_z和惯性积J_xy。以及如下公式9计算出飞行器的偏航通道的交联等效力矩

${\tilde{M}}_{\mathrm{yc}}^1=\frac{(J_x-J_z-{J_x}^2-{J_{\mathrm{xy}}}^2)J_y}{J_x{J}_y-{J_{\mathrm{xy}}}^2}{\mathrm{\ω}}_{x1}{\mathrm{\ω}}_{z1}$ .............................(公式9)

公式9的中的下标y表示飞行器的偏航通道，下标c表示惯性交联。

公式9体现了，滚动、俯仰通道的角速度对偏航通道的角速度的惯性耦合特性的交联影响具体是由惯量差J_x-J_z和惯性积J_xy共同引起的。从而实现了对飞行器的偏航通道的惯性耦合特性的交联影响的量化，便于对飞行器在不同飞行条件(或飞行阶段)下的偏航通道的惯性耦合特性的交联影响的对比，有利于飞行器姿态控制器的设计与研究。

事实上，技术人员还可以根据上述步骤S201确定出的角速度，上述步骤S202确定出的惯量和惯性积，以及如下公式10，计算出交联等效力矩作为确定出的俯仰通道的角速度对偏航通道的角速度的耦合特性的交联影响：

${\tilde{M}}_{\mathrm{yc}}^2=\frac{(J_x-J_y-J_z)J_{\mathrm{xy}}{J}_y}{J_x{J}_y-{J_{\mathrm{xy}}}^2}{\mathrm{\ω}}_{y1}{\mathrm{\ω}}_{z1}$ .............................(公式10)

公式10的体现了，飞行器的俯仰通道的角速度对偏航通道的角速度的惯性耦合特性的交联影响具体是由惯性积J_xy引起的。若惯性积J_xy等于0，则为0。

事实上，技术人员根据飞行器的惯性平台的测量数据，确定出飞行器的滚动通道的力矩M_x1；并且根据上述步骤S202确定出的惯量和惯性积，以及如下公式11，计算出的交联等效力矩作为确定出的滚动通道的力矩对偏航通道的角速度的耦合特性的交联影响：

${\tilde{M}}_{\mathrm{yc}}^3=\frac{J_{\mathrm{xy}}{J}_y{M}_{x1}}{J_x{J}_y-{J_{\mathrm{xy}}}^2}$ ................................(公式11)

公式11的体现了，滚动通道的力矩M_x1对偏航通道的角速度的惯性耦合特性的交联影响具体是由惯性积J_xy引起的；若惯性积J_xy等于0，则等于0。

此外，技术人员还可以根据确定出的飞行器的偏航通道的力矩M_y1，以及上述步骤S202确定出的惯量和惯性积，以及如下公式12，计算出飞行器的偏航通道的主轴等效力矩

${\tilde{M}}_y=\frac{J_x{J}_y{M}_{y1}}{J_x{J}_y-{J_{\mathrm{xy}}}^2}$ ................................(公式12)

公式12中的体现了，飞行器的惯性积J_xy对偏航通道的力矩M_y1产生角加速度效果的影响。

在实际操作中，技术人员可以根据上述计算出的确定出综合因素对飞行器的偏航通道的角速度的耦合特性的交联影响。具体地，飞行器的偏航通道的耦合的角速度的微分方程可由如下公式(13)表示：

${\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_{y1}=({\tilde{M}}_{\mathrm{yc}}^1+{\tilde{M}}_{\mathrm{yc}}^2+{\tilde{M}}_{\mathrm{yc}}^3+{\tilde{M}}_y)/J_y$ ...................................(公式13)

公式13体现出综合因素对飞行器的偏航通道的角速度的惯性耦合特性的交联影响。

本发明实施例中，飞行器俯仰通道的角速度的惯性耦合特性的交联影响确定方法，其流程示意图如图3所示，包括如下步骤：

S301：确定出飞行器的滚动、偏航通道的角速度。

具体地，技术人员根据飞行器的惯性平台的测量数据，确定出飞行器的滚动、偏航通道的角速度ω_x1、ω_y1。

S302：确定出飞行器的滚动、偏航通道的惯量。

具体地，技术人员根据飞行器的惯性平台的测量数据，确定出飞行器的滚动、偏航通道的惯量J_x、J_y。

S303：根据步骤S301确定出的角速度，步骤S302确定出的惯量，计算出交联等效力矩作为确定出的滚动、偏航通道的角速度对俯仰通道的角速度的耦合特性的交联影响。

具体地，技术人员根据步骤S301中确定出的飞行器的滚动、偏航通道的角速度ω_x1、ω_y1，步骤S302中确定出的惯量J_x、J_y，以及如下公式14计算出飞行器的俯仰通道的交联等效力矩

${\tilde{M}}_{\mathrm{zc}}^1=(J_x-J_y){\mathrm{\ω}}_{x1}{\mathrm{\ω}}_{y1}$ .............................(公式14)

公式14的中的下标z表示飞行器的偏航通道，下标c表示惯性交联。

公式14体现了，滚动、偏航通道的角速度对俯仰通道的角速度的惯性耦合特性的交联影响具体是由惯量差J_x-J_y引起的。若惯量差J_x-J_y等于0，则为0。

事实上，技术人员还可以技术人员根据飞行器的惯性平台的测量数据，计算出飞行器的滚动、偏航通道之间的惯性积J_xy；根据计算出的惯性积J_xy、上述步骤S301确定出的角速度，以及如下公式15，计算出交联等效力矩作为确定出的滚动、偏航通道的角速度对俯仰通道的角速度的耦合特性的交联影响：

${\tilde{M}}_{\mathrm{zc}}^2=J_{\mathrm{xy}}({{\mathrm{\ω}}_{x1}}^2-{{\mathrm{\ω}}_{y1}}^2)$ .............................(公式15)

公式15的体现了，飞行器的滚动、偏航通道的角速度对俯仰通道的角速度的惯性耦合特性的交联影响具体是由惯性积J_xy引起的。若惯性积J_xy等于0，则为0。

此外，技术人员还可以根据飞行器的惯性平台的测量数据，确定出飞行器的俯仰通道的力矩M_z1，作为飞行器的俯仰通道的主轴等效力矩

在实际操作中，技术人员可以根据上述计算出的确定出综合因素对飞行器的俯仰通道的角速度的耦合特性的交联影响。具体地，飞行器的俯仰通道的耦合的角速度的微分方程可由如下公式(16)表示：

${\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_{z1}=({\tilde{M}}_{\mathrm{zc}}^1+{\tilde{M}}_{\mathrm{zc}}^2+{\tilde{M}}_z)/J_z$ ................................(公式16)

公式16体现出综合因素对飞行器的俯仰通道的角速度的惯性耦合特性的交联影响。

本发明的技术方案中，对于飞行器的一个姿态运动通道，可以将其它通道的角速度、力矩对该通道的惯性耦合特性的交联影响，量化为该通道的各交联等效力矩；从而可以确定出综合因素对该通道的角速度的惯性耦合特性的交联影响，更为准确地获悉通道间基于惯性耦合特性的交联影响。从而可以有助于根据量化的交联影响对飞行器进行补偿控制后，使得对飞行器的控制更为准确、可靠。

例如，对某一飞行器，确定出该飞行器的滚动、偏航通道之间存在由惯性积引起的不可忽视的交联影响；当该飞行器快速滚转或倾斜时，滚动、偏航通道对俯仰通道的角速度产生由惯量差引起的显著的交联影响；则该飞行器的姿态控制器需要根据这些不可忽视或者显著的交联影响，对飞行器进行补偿控制。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于计算机可读取存储介质中，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种飞行器姿态运动通道间惯性耦合特性的交联影响确定方法，其特征在于，包括：

确定所述飞行器的偏航、俯仰通道的角速度；

确定所述飞行器的滚动、偏航、俯仰通道的惯量，以及所述滚动通道与偏航通道之间的惯性积；

根据确定出的角速度、惯量和惯性积，并基于公式4计算出第一交联等效力矩

${\tilde{M}}_{\mathrm{xc}}^1=\frac{({J_y}^2+{J_{\mathrm{xy}}}^2-J_y{J}_z)J_x}{J_x{J}_y-{J_{\mathrm{xy}}}^2}{\mathrm{\ω}}_{y1}{\mathrm{\ω}}_{z1}$ ............(公式4)；

其中，ω_y1、ω_z1分别表示所述飞行器的偏航、俯仰通道的角速度；J_x、J_y、J_z分别表示所述飞行器的滚动、偏航、俯仰三个通道的惯量；J_xy表示所述飞行器的滚动通道与偏航通道之间的惯性积；

根据第一交联等效力矩确定所述偏航、俯仰通道的角速度对所述滚动通道的角速度的耦合特性的交联影响。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

根据如下公式5计算出第二交联等效力矩

${\tilde{M}}_{\mathrm{xc}}^2=\frac{(J_z-J_x-J_y)J_{\mathrm{xy}}{J}_x}{J_x{J}_y-{J_{\mathrm{xy}}}^2}{\mathrm{\ω}}_{x1}{\mathrm{\ω}}_{z1}$ ...........(公式5)

其中，ω_x1表示所述飞行器的滚动通道的角速度；

根据第二交联等效力矩确定所述俯仰通道的角速度对所述滚动通道的角速度的耦合特性的交联影响。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

根据如下公式6计算出第三交联等效力矩

${\tilde{M}}_{\mathrm{xc}}^3=\frac{J_x{J}_{\mathrm{xy}}{M}_{y1}}{J_x{J}_y-{J_{\mathrm{xy}}}^2}$ ............(公式6)

其中，M_y1表示所述飞行器的偏航通道的力矩；

根据第三交联等效力矩确定偏航通道的力矩对所述滚动通道的角速度的耦合特性的交联影响。

4.一种飞行器姿态运动通道间惯性耦合特性的交联影响确定方法，其特征在于，包括：

确定所述飞行器的滚动、俯仰通道的角速度；

确定所述飞行器的滚动、偏航、俯仰通道的惯量，以及所述滚动通道与偏航通道之间的惯性积；

根据确定出的角速度、惯量和惯性积，并根据公式9计算出第四交联等效力矩

${\tilde{M}}_{\mathrm{yc}}^1=\frac{(J_x{J}_z-{J_x}^2-{J_{\mathrm{xy}}}^2)J_y}{J_x{J}_y-{J_{\mathrm{xy}}}^2}{\mathrm{\ω}}_{x1}{\mathrm{\ω}}_{z1}$ ...........(公式9)

其中，ω_x1、ω_z1分别表示所述飞行器的滚动、俯仰通道的角速度；J_x、J_y、J_z分别表示所述飞行器的滚动、偏航、俯仰三个通道的惯量；J_xy表示所述飞行器的滚动通道与偏航通道之间的惯性积；

根据第四交联等效力矩确定所述滚动、俯仰通道的角速度对所述偏航通道的角速度的耦合特性的交联影响。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

根据如下公式10计算出第五交联等效力矩

${\tilde{M}}_{\mathrm{yc}}^2=\frac{(J_x+J_y-J_z)J_{\mathrm{xy}}{J}_y}{J_x{J}_y-{J_{\mathrm{xy}}}^2}{\mathrm{\ω}}_{y1}{\mathrm{\ω}}_{z1}$ ...........(公式10)

其中，ω_y1表示所述飞行器的偏航通道的角速度；

根据第五交联等效力矩确定所述俯仰通道的角速度对所述偏航通道的角速度的耦合特性的交联影响。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

根据如下公式11计算第六交联等效力矩

${\tilde{M}}_{\mathrm{yc}}^3=\frac{J_{\mathrm{xy}}{J}_y{M}_{x1}}{J_x{J}_y-{J_{\mathrm{xy}}}^2}$ ............(公式11)

其中，M_x1表示所述飞行器的滚动通道的力矩；

根据第六交联等效力矩确定滚动通道的力矩对所述偏航通道的角速度的耦合特性的交联影响。

7.一种飞行器姿态运动通道间惯性耦合特性的交联影响确定方法，其特征在于，包括：

确定所述飞行器的滚动、偏航通道的角速度；

确定所述飞行器的滚动、偏航通道的惯量；

根据确定出的角速度、惯量，并根据公式14计算出第七交联等效力矩

${\tilde{M}}_{\mathrm{zc}}^1=(J_x-J_y){\mathrm{\ω}}_{x1}{\mathrm{\ω}}_{y1}$ ...........(公式14)

其中，ω_x1、ω_y1分别表示所述飞行器的滚动、偏航通道的角速度；J_x、J_y、分别表示所述飞行器的滚动、偏航通道的惯量；

根据第七交联等效力矩确定所述滚动、偏航通道的角速度对所述俯仰通道的角速度的耦合特性的交联影响。