CN105843256A - 一种多机编队飞行控制方法 - Google Patents

一种多机编队飞行控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105843256A
CN105843256A CN201610318072.XA CN201610318072A CN105843256A CN 105843256 A CN105843256 A CN 105843256A CN 201610318072 A CN201610318072 A CN 201610318072A CN 105843256 A CN105843256 A CN 105843256A
Authority
CN
China
Prior art keywords
formation
matrix
flight
aircraft
flight control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610318072.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN105843256B (zh
Inventor
张帅
刘峰
王鸿翔
周涛
何坤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Aircraft Design and Research Institute of AVIC
Original Assignee
Xian Aircraft Design and Research Institute of AVIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Aircraft Design and Research Institute of AVIC filed Critical Xian Aircraft Design and Research Institute of AVIC
Priority to CN201610318072.XA priority Critical patent/CN105843256B/zh
Publication of CN105843256A publication Critical patent/CN105843256A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105843256B publication Critical patent/CN105843256B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
    • G05D1/104—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft involving a plurality of aircrafts, e.g. formation flying

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

本发明公开了一种多机编队飞行控制方法，包含以下步骤：S1,根据初始队形设计，构造初始编队队形矩阵；S2，在实际飞行过程中，构造实际编队队形矩阵；S3，根据飞机性能边界确定策略集；S4，计算误差矩阵，并对误差矩阵行列式值与编队态势值进行关联。S5，根据S3中的策略集，遍历每一策略，选取最大编队态势值所对应的策略进行执行；S6，将对应最大态势值的指令传输到自动飞控系统，控制飞机飞行状态，完成目标队形控制；S7，如果目标队形出现扰动，使得编队态势值达不到最大状态，则重复S1至S6中的过程。本发明的有益效果在于：本发明的一种多机编队飞行控制方法在解决固定编队飞行控制的同时，也解决了集群编队飞行控制，增强了多机任务执行成功率。

Description

一种多机编队飞行控制方法
技术领域
本发明涉及飞行控制技术领域，具体涉及一种多机编队飞行控制方法。
背景技术
编队飞行控制的任务是控制多架飞机按照预定队形，进行空中飞行，为有人驾驶飞机飞行表演、无人机编队飞行提供技术保障。
随着无人机技术的日益发展，目前基于多机编队的侦查打击作战任务需求愈加明显。既需要一种适合侦查时使用的多机集群式飞行控制方法，同时兼顾隐蔽性需求，多机紧密编队飞行以降低敌方雷达发现的编队飞行控制方法成为研究的一大难点，人为控制，队形有限，不能实现任意队形的编制，如何完美的实现两者功能，即固定编队飞行控制和集群编队飞行控制成为一个急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种多机编队飞行控制方法，以解决或至少减轻背景技术中所存在的至少一处的问题。
本发明采用的技术方案是：提供一种多机编队飞行控制方法，包含以下步骤：S1,根据初始队形设计，构造初始编队队形矩阵；S2，在实际飞行过程中，各飞机周期获取本机周围所有飞机的飞行数据，计算飞机两两之间的径向距离，构造实际编队队形矩阵；S3，根据飞机性能边界，定义出标定时间之后飞机能够达到的速度边界、水平航迹角边界、纵向航迹角边界，根据边界确定策略集；S4，利用步骤S2中的实际编队队形矩阵与初始编队队形矩阵构造构造误差矩阵，利用实际编队队形矩阵减初始编队队形矩阵得到所述误差矩阵，并对误差矩阵行列式值与编队态势值进行关联。S5，根据S3中的策略集，遍历每一策略，选取每一策略执行标定时间之后的编队态势值，选取最大编队态势值所对应的策略，进行执行；S6，定义编队态势值等于误差矩阵的绝对值,周期执行，直到编队态势值达到最大，将对应最大态势值的指令传输到自动飞控系统，控制飞机飞行状态，即完成目标队形控制；S7，如果目标队形出现扰动，使得编队态势值达不到最大状态，则重复S1至S6中的过程。
优选地，所述步骤S1中需要编队飞行的飞机包含六架，其初始编队队形矩阵定义为C0，
C 0 = S 0 D 0 ( 0 , 1 ) D 0 ( 0 , 2 ) D 0 ( 0 , 3 ) D 0 ( 0 , 4 ) D 0 ( 0 , 5 ) D 0 ( 1 , 0 ) S 0 D 0 ( 1 , 2 ) D 0 ( 1 , 3 ) D 0 ( 1 , 4 ) D 0 ( 1 , 5 ) D 0 ( 2 , 0 ) D 0 ( 2 , 1 ) S 0 D 0 ( 2 , 3 ) D 0 ( 2 , 4 ) D 0 ( 2 , 5 ) D 0 ( 3 , 0 ) D 0 ( 3 , 1 ) D 0 ( 3 , 2 ) S 0 D 0 ( 3 , 4 ) D 0 ( 3 , 5 ) D 0 ( 4 , 0 ) D 0 ( 4 , 1 ) D 0 ( 4 , 2 ) D 0 ( 4 , 3 ) S 0 D 0 ( 4 , 5 ) D 0 ( 5 , 0 ) D 0 ( 5 , 1 ) D 0 ( 5 , 2 ) D 0 ( 5 , 3 ) D 0 ( 5 , 4 ) S 0
其中，S0为保证矩阵C0正定时的任意大于零的正实数，D0(i,j)为对应的两机之间的距离。
优选地，所述步骤S2中的实际编队队形矩阵定义为C，
C = S 1 D ( 0 , 1 ) D ( 0 , 2 ) D ( 0 , 3 ) D ( 0 , 4 ) D ( 0 , 5 ) D ( 1 , 0 ) S 1 D ( 1 , 2 ) D ( 1 , 3 ) D ( 1 , 4 ) D ( 1 , 5 ) D ( 2 , 0 ) D ( 2 , 1 ) S 1 D ( 2 , 3 ) D ( 2 , 4 ) D ( 2 , 5 ) D ( 3 , 0 ) D ( 3 , 1 ) D ( 3 , 2 ) S 1 D ( 3 , 4 ) D ( 3 , 5 ) D ( 4 , 0 ) D ( 4 , 1 ) D ( 4 , 2 ) D ( 4 , 3 ) S 1 D ( 4 , 5 ) D ( 5 , 0 ) D ( 5 , 1 ) D ( 5 , 2 ) D ( 5 , 3 ) D ( 5 , 4 ) S 1
其中，S1为保证矩阵C正定时的任意大于零的正实数，D(i,j)为实际飞行状态下对应的两机之间的距离。
优选地，所述步骤S3中的标定时间为50ms～100ms。
优选地，所述步骤S3中的策略为，以飞机当前状态为基础，下一标定时间之后，飞机的状态在当前状态下进行增加或减小。
优选地，对于所述步骤S4中的误差矩阵，如果当前需要固定编队控制，构造固定编队误差矩阵；如果当前需要集群编队控制，构造集群编队误差矩阵。
优选地，所述集群编队误差矩阵定义为P2，
P 2 = S 3 m 1 * E 0 ( 0 , 1 ) m 2 * E 0 ( 0 , 2 ) m 3 * E 0 ( 0 , 3 ) m 4 * E 0 ( 0 , 4 ) m 5 * E 0 ( 0 , 5 ) m 1 * E 0 ( 1 , 0 ) S 3 m 5 * E 0 ( 1 , 2 ) m 6 * E 0 ( 1 , 3 ) m 7 * E 0 ( 1 , 4 ) m 8 * E 0 ( 4 , 5 ) m 2 * E 0 ( 2 , 0 ) m 5 * E 0 ( 2 , 1 ) S 3 m 8 * E 0 ( 2 , 3 ) m 9 * E 0 ( 2 , 4 ) m 10 * E 0 ( 2 , 5 ) m 3 * E 0 ( 3 , 0 ) m 6 * E 0 ( 3 , 1 ) m 8 * E 0 ( 3 , 2 ) S 3 m 10 * E 0 ( 3 , 4 ) m 11 * E 0 ( 3 , 5 ) m 4 * E 0 ( 4 , 0 ) m 7 * E 0 ( 4 , 1 ) m 9 * E 0 ( 4 , 2 ) m 10 * E 0 ( 4 , 3 ) S 3 m 12 * E 0 ( 4 , 5 ) m 5 * E 0 ( 5 , 0 ) m 8 * E 0 ( 5 , 1 ) m 10 * E 0 ( 5 , 2 ) m 11 * E 0 ( 5 , 3 ) m 12 * E 0 ( 5 , 4 ) S 3
其中，m1、m2、m3、m4、m5、m6、m7、m8、m9、m10、m11、m12为大于零的任意数；S3为使矩阵正定的任意正数，E0(i,j)为两机初始距离与实际距离之差绝对值，当m1、m2、m3、m4、m5、m6、m7、m8、m9、m10、m11、m12全为1时，集群编队误差矩阵变化为固定编队矩阵P，
P = S 3 E 0 ( 0 , 1 ) E 0 ( 0 , 2 ) E 0 ( 0 , 3 ) E 0 ( 0 , 4 ) E 0 ( 0 , 5 ) E 0 ( 1 , 0 ) S 3 E 0 ( 1 , 2 ) E 0 ( 1 , 3 ) E 0 ( 1 , 4 ) E 0 ( 1 , 5 ) E 0 ( 2 , 0 ) E 0 ( 2 , 1 ) S 3 E 0 ( 2 , 3 ) E 0 ( 2 , 4 ) E 0 ( 2 , 5 ) E 0 ( 3 , 0 ) E 0 ( 3 , 1 ) E 0 ( 3 , 2 ) S 3 E 0 ( 3 , 4 ) E 0 ( 3 , 5 ) E 0 ( 4 , 0 ) E 0 ( 4 , 1 ) E 0 ( 4 , 2 ) E 0 ( 4 , 3 ) S 3 E 0 ( 4 , 5 ) E 0 ( 5 , 0 ) E 0 ( 5 , 1 ) E 0 ( 5 , 2 ) E 0 ( 5 , 3 ) E 0 ( 5 , 4 ) S 3 .
优选地，所述步骤S4中对误差矩阵行列式值与编队态势值进行关联具体为，F＝|P|或F＝|P2|。
本发明的有益效果在于：本发明的一种多机编队飞行控制方法在解决固定编队飞行控制的同时，也解决了集群编队飞行控制，增强了多机任务执行成功率。
附图说明
图1是本发明一实施例的多机编队飞行控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
本发明采用射频阵列控制技术，搭建电台与天线之间的射频传输通道，将机腹天线和背鳍天线联合起来进行使用，不仅充分利用了装机方向图好、不易受载机电子设备干扰的机腹天线，提高了电台的通信质量；同时，通过射频阵列的通道隔离性能，还使得第一电台4和第二电台5的工作频率能够任意选取，兼容工作。
如图1所示，一种多机编队飞行控制方法，包含以下步骤：S1,根据初始队形设计，构造初始编队队形矩阵；S2，在实际飞行过程中，各飞机周期获取本机周围所有飞机的飞行数据，计算飞机两两之间的径向距离，构造实际编队队形矩阵；S3，根据飞机性能边界，定义出标定时间之后飞机能够达到的速度边界、水平航迹角边界、纵向航迹角边界，根据边界确定策略集；S4，利用步骤S2中的实际编队队形矩阵与初始编队队形矩阵构造构造误差矩阵，利用实际编队队形矩阵减初始编队队形矩阵得到所述误差矩阵，并对误差矩阵行列式值与编队态势值进行关联。S5，根据S3中的策略集，遍历每一策略，选取每一策略执行标定时间之后的编队态势值，选取最大编队态势值所对应的策略，进行执行；S6，定义编队态势值等于误差矩阵的绝对值,周期执行，直到编队态势值达到最大，将对应最大态势值的指令传输到自动飞控系统，控制飞机飞行状态，即完成目标队形控制；S7，如果目标队形出现扰动，使得编队态势值达不到最大状态，则重复S1至S6中的过程。
本发明的一种多机编队飞行控制方法在解决固定编队飞行控制的同时，也解决了集群编队飞行控制，增强了多机任务执行成功率。
在本实施例中，步骤S1中需要编队飞行的飞机包含六架，其初始编队队形矩阵定义为C0，
C 0 = S 0 D 0 ( 0 , 1 ) D 0 ( 0 , 2 ) D 0 ( 0 , 3 ) D 0 ( 0 , 4 ) D 0 ( 0 , 5 ) D 0 ( 1 , 0 ) S 0 D 0 ( 1 , 2 ) D 0 ( 1 , 3 ) D 0 ( 1 , 4 ) D 0 ( 1 , 5 ) D 0 ( 2 , 0 ) D 0 ( 2 , 1 ) S 0 D 0 ( 2 , 3 ) D 0 ( 2 , 4 ) D 0 ( 2 , 5 ) D 0 ( 3 , 0 ) D 0 ( 3 , 1 ) D 0 ( 3 , 2 ) S 0 D 0 ( 3 , 4 ) D 0 ( 3 , 5 ) D 0 ( 4 , 0 ) D 0 ( 4 , 1 ) D 0 ( 4 , 2 ) D 0 ( 4 , 3 ) S 0 D 0 ( 4 , 5 ) D 0 ( 5 , 0 ) D 0 ( 5 , 1 ) D 0 ( 5 , 2 ) D 0 ( 5 , 3 ) D 0 ( 5 , 4 ) S 0
其中，S0为保证矩阵C0正定时的任意大于零的正实数，D0(i,j)为对应的两机之间的距离。
下面根据本实施例中的初始编队队形矩阵按照实际初始设计数据给出实际矩阵，例如，在一个实施例中，飞机01之间、02之间，23之间、15之间、45之间、43之间、14之间、24之间12之间的相对距离为40m，04之间、13之间、25之间的距离为69.28m，05之间、03之间、35之间的距离为80m，则构造的初始队形矩阵如下：
C 0 = 1000 40 40 80 69.28 80 40 1000 40 69.28 40 40 40 40 1000 40 40 69.28 80 69.28 40 1000 40 80 69.28 40 40 40 1000 40 80 40 69.28 80 40 1000
在本实施例中，步骤S2中的实际编队队形矩阵定义为C，
C = S 1 D ( 0 , 1 ) D ( 0 , 2 ) D ( 0 , 3 ) D ( 0 , 4 ) D ( 0 , 5 ) D ( 1 , 0 ) S 1 D ( 1 , 2 ) D ( 1 , 3 ) D ( 1 , 4 ) D ( 1 , 5 ) D ( 2 , 0 ) D ( 2 , 1 ) S 1 D ( 2 , 3 ) D ( 2 , 4 ) D ( 2 , 5 ) D ( 3 , 0 ) D ( 3 , 1 ) D ( 3 , 2 ) S 1 D ( 3 , 4 ) D ( 3 , 5 ) D ( 4 , 0 ) D ( 4 , 1 ) D ( 4 , 2 ) D ( 4 , 3 ) S 1 D ( 4 , 5 ) D ( 5 , 0 ) D ( 5 , 1 ) D ( 5 , 2 ) D ( 5 , 3 ) D ( 5 , 4 ) S 1
其中，S1为保证矩阵C正定时的任意大于零的正实数，D(i,j)为实际飞行状态下对应的两机之间的距离。
飞机的实际飞行过程中，每架飞机利用其自身的ADS-B技术，来周期获取编队内飞机的位置信息，计算出飞机两两之间的实际径向距离，距离计算按照两点之间距离公式来进行：
同时根据S1中的拓扑关系，构造出实际队形矩阵。例如，在一个实施例中，在某一时刻，飞机0的位置为(3Km，4km，5Km)，飞机1的位置为(3.1Km，4Km，5.1Km)，飞机2的位置为(2.9Km，3.9km,4.8Km),飞机3的位置为(3.02Km，4.1Km，4.9Km)，飞机4的位置为(3.3Km，4Km，5Km)，飞机5的位置为(3.12Km，4.1Km，5.05Km)；距离计算公式为：则计算出实际队形矩阵为：
C = 500 0.1414 . . . 0.1640 0.1414 500 . . 500 . . 500 . . 500 0.2119. 0.1640 . . . 0.2119 500
在本实施例中，步骤S3中的标定时间为50ms～100ms。步骤S3中的策略为，以飞机当前状态为基础，下一标定时间之后，飞机的状态在当前状态下进行增加或减小。飞机当前状态下进行增加或减小包含包含速度增加或减少指令、纵向航迹角增加或减小指令以及水平航迹角增加或减小指令。例如，在一个实施例中，指令增量按照50ms为度量：
策略0：飞机下一周期水平航迹角减小3度；
策略1：飞机下一周期水平航迹角增大3度；
策略2：飞机下一周期纵向航迹角减小2度；
策略3：飞机下一周期纵向航迹角增大2度；
策略4：飞机下一周期指示空速减小5m/s；
策略5：飞机下一周期指示空速增大5m/s；
策略6：飞机下一周期指示空速减小5m/s，水平航迹角增大3度；
策略7：飞机下一周期指示空速减小5m/s，水平航迹角减小3度；
策略8：飞机下一周期指示空速减小5m/s，纵向航迹角增大2度；
策略9：飞机下一周期指示空速减小5m/s，纵向航迹角减小2度；
策略10：飞机下一周期指示空速增大5m/s，纵向航迹角增大2度；
策略11：飞机下一周期指示空速增大5m/s，纵向航迹角减小2度；
策略12：飞机下一周期水平航迹角增大3m/s，纵向航迹角增大2度；
策略13：飞机下一周期水平航迹角增大3m/s，纵向航迹角减小2度；
策略14：飞机下一周期水平航迹角减小3m/s，纵向航迹角增大2度；
策略15：飞机下一周期水平航迹角减小3m/s，纵向航迹角增大2度；
对于所述步骤S4中的误差矩阵，如果当前需要固定编队控制，构造固定编队误差矩阵；如果当前需要集群编队控制，构造集群编队误差矩阵。
所述集群编队误差矩阵定义为P2，
P 2 = S 3 m 1 * E 0 ( 0 , 1 ) m 2 * E 0 ( 0 , 2 ) m 3 * E 0 ( 0 , 3 ) m 4 * E 0 ( 0 , 4 ) m 5 * E 0 ( 0 , 5 ) m 1 * E 0 ( 1 , 0 ) S 3 m 5 * E 0 ( 1 , 2 ) m 6 * E 0 ( 1 , 3 ) m 7 * E 0 ( 1 , 4 ) m 8 * E 0 ( 4 , 5 ) m 2 * E 0 ( 2 , 0 ) m 5 * E 0 ( 2 , 1 ) S 3 m 8 * E 0 ( 2 , 3 ) m 9 * E 0 ( 2 , 4 ) m 10 * E 0 ( 2 , 5 ) m 3 * E 0 ( 3 , 0 ) m 6 * E 0 ( 3 , 1 ) m 8 * E 0 ( 3 , 2 ) S 3 m 10 * E 0 ( 3 , 4 ) m 11 * E 0 ( 3 , 5 ) m 4 * E 0 ( 4 , 0 ) m 7 * E 0 ( 4 , 1 ) m 9 * E 0 ( 4 , 2 ) m 10 * E 0 ( 4 , 3 ) S 3 m 12 * E 0 ( 4 , 5 ) m 5 * E 0 ( 5 , 0 ) m 8 * E 0 ( 5 , 1 ) m 10 * E 0 ( 5 , 2 ) m 11 * E 0 ( 5 , 3 ) m 12 * E 0 ( 5 , 4 ) S 3
其中，m1、m2、m3、m4、m5、m6、m7、m8、m9、m10、m11、m12为大于零的任意数；S3为使矩阵正定的任意正数，E0(i,j)为两机初始距离与实际距离之差绝对值，当m1、m2、m3、m4、m5、m6、m7、m8、m9、m10、m11、m12全为1时，集群编队误差矩阵变化为固定编队矩阵P，
P = S 3 E 0 ( 0 , 1 ) E 0 ( 0 , 2 ) E 0 ( 0 , 3 ) E 0 ( 0 , 4 ) E 0 ( 0 , 5 ) E 0 ( 1 , 0 ) S 3 E 0 ( 1 , 2 ) E 0 ( 1 , 3 ) E 0 ( 1 , 4 ) E 0 ( 1 , 5 ) E 0 ( 2 , 0 ) E 0 ( 2 , 1 ) S 3 E 0 ( 2 , 3 ) E 0 ( 2 , 4 ) E 0 ( 2 , 5 ) E 0 ( 3 , 0 ) E 0 ( 3 , 1 ) E 0 ( 3 , 2 ) S 3 E 0 ( 3 , 4 ) E 0 ( 3 , 5 ) E 0 ( 4 , 0 ) E 0 ( 4 , 1 ) E 0 ( 4 , 2 ) E 0 ( 4 , 3 ) S 3 E 0 ( 4 , 5 ) E 0 ( 5 , 0 ) E 0 ( 5 , 1 ) E 0 ( 5 , 2 ) E 0 ( 5 , 3 ) E 0 ( 5 , 4 ) S 3 .
所述步骤S4中对误差矩阵行列式值与编队态势值进行关联具体为，F＝|P|或F＝|P2|。
例如，在本实施例中，如果需要固定队形控制，m1至m12均取值1，如果矩阵元素小于0，则取绝对其值，得到误差矩阵
P = 500 39.8586 . . . 39.836 39.8586 500 . . 500 . . 500 . . 500 37.7881 39.836 . . . 37.7881 500
为计算方便，将矩阵变形为：编队态势值F计算：F＝|P'|。
在步骤S5中，从S3策略集中遍历每一策略，按照S4中编队态势值F，计算执行此策略50ms之后所对应的编队态势值，同时将此策略和编队态势值存储在数组中，等待遍历计算完成之后，寻找最大的编队态势值所对应的策略编号，将该策略作为此周期的最优策略，送入自动飞控系统的自动油门系统，纵向航迹角保持系统、水平航迹角保持系统。周期计算态势值，直到编队态势值达到最大，停止计算，此时实现多机编队控制。
计算分别在执行策略0到策略15时候每一策略对应的编队态势值，此时经过计算，得到策略3对应的编队态势值最大F＝15096.753，此时执行策略3.其它飞机依次执行S1-S6，直到编队态势值达到15625，15625为矩阵P'的对角线元素的乘积。如果由于扰动导致队形变化，则所有飞机周期执行S7。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种多机编队飞行控制方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1,根据初始队形设计，构造初始编队队形矩阵；
S2，在实际飞行过程中，各飞机周期获取本机周围所有飞机的飞行数据，计算飞机两两之间的径向距离，构造实际编队队形矩阵；
S3，根据飞机性能边界，定义出标定时间之后飞机能够达到的速度边界、水平航迹角边界、纵向航迹角边界，根据边界确定策略集；
S4，利用步骤S2中的实际编队队形矩阵与初始编队队形矩阵构造构造误差矩阵，利用实际编队队形矩阵减初始编队队形矩阵得到所述误差矩阵，并对误差矩阵行列式值与编队态势值进行关联；
S5，根据S3中的策略集，遍历每一策略，选取每一策略执行标定时间之后的编队态势值，选取最大编队态势值所对应的策略，进行执行；
S6，定义编队态势值等于误差矩阵的绝对值,周期执行，直到编队态势值达到最大，将对应最大态势值的指令传输到自动飞控系统，控制飞机飞行状态，即完成目标队形控制；
S7，如果目标队形出现扰动，使得编队态势值达不到最大状态，则重复S1至S6中的过程。
2.如权利要求1所述的多机编队飞行控制方法，其特征在于：所述步骤S1中需要编队飞行的飞机包含六架，其初始编队队形矩阵定义为C0，
C 0 = S 0 D 0 ( 0 , 1 ) D 0 ( 0 , 2 ) D 0 ( 0 , 3 ) D 0 ( 0 , 4 ) D 0 ( 0 , 5 ) D 0 ( 1 , 0 ) S 0 D 0 ( 1 , 2 ) D 0 ( 1 , 3 ) D 0 ( 1 , 4 ) D 0 ( 1 , 5 ) D 0 ( 2 , 0 ) D 0 ( 2 , 1 ) S 0 D 0 ( 2 , 3 ) D 0 ( 2 , 4 ) D 0 ( 2 , 5 ) D 0 ( 3 , 0 ) D 0 ( 3 , 1 ) D 0 ( 3 , 2 ) S 0 D 0 ( 3 , 4 ) D 0 ( 3 , 5 ) D 0 ( 4 , 0 ) D 0 ( 4 , 1 ) D 0 ( 4 , 2 ) D 0 ( 4 , 3 ) S 0 D 0 ( 4 , 5 ) D 0 ( 5 , 0 ) D 0 ( 5 , 1 ) D 0 ( 5 , 2 ) D 0 ( 5 , 3 ) D 0 ( 5 , 4 ) S 0
其中，S0为保证矩阵C0正定时的任意大于零的正实数，D0(i,j)为对应的两机之间的距离。
3.如权利要求2所述的多机编队飞行控制方法，其特征在于：所述步骤S2中的实际编队队形矩阵定义为C，
C = S 1 D ( 0 , 1 ) D ( 0 , 2 ) D ( 0 , 3 ) D ( 0 , 4 ) D ( 0 , 5 ) D ( 1 , 0 ) S 1 D ( 1 , 2 ) D ( 1 , 3 ) D ( 1 , 4 ) D ( 1 , 5 ) D ( 2 , 0 ) D ( 2 , 1 ) S 1 D ( 2 , 3 ) D ( 2 , 4 ) D ( 2 , 5 ) D ( 3 , 0 ) D ( 3 , 1 ) D ( 3 , 2 ) S 1 D ( 3 , 4 ) D ( 3 , 5 ) D ( 4 , 0 ) D ( 4 , 1 ) D ( 4 , 2 ) D ( 4 , 3 ) S 1 D ( 4 , 5 ) D ( 5 , 0 ) D ( 5 , 1 ) D ( 5 , 2 ) D ( 5 , 3 ) D ( 5 , 4 ) S 1
其中，S1为保证矩阵C正定时的任意大于零的正实数，D(i,j)为实际飞行状态下对应的两机之间的距离。
4.如权利要求1所述的多机编队飞行控制方法，其特征在于：所述步骤S3中的标定时间为50ms～100ms。
5.如权利要求4所述的多机编队飞行控制方法，其特征在于：所述步骤S3中的策略为，以飞机当前状态为基础，下一标定时间之后，飞机的状态在当前状态下进行增加或减小。
6.如权利要求1所述的多机编队飞行控制方法，其特征在于：对于所述步骤S4中的误差矩阵，如果当前需要固定编队控制，构造固定编队误差矩阵；如果当前需要集群编队控制，构造集群编队误差矩阵。
7.如权利要求6所述的多机编队飞行控制方法，其特征在于：所述集群编队误差矩阵定义为P2，
P 2 = S 3 m 1 * E 0 ( 0 , 1 ) m 2 * E 0 ( 0 , 2 ) m 3 * E 0 ( 0 , 3 ) m 4 * E 0 ( 0 , 4 ) m 5 * E 0 ( 0 , 5 ) m 1 * E 0 ( 1 , 0 ) S 3 m 5 * E 0 ( 1 , 2 ) m 6 * E 0 ( 1 , 3 ) m 7 * E 0 ( 1 , 4 ) m 8 * E 0 ( 4 , 5 ) m 2 * E 0 ( 2 , 0 ) m 5 * E 0 ( 2 , 1 ) S 3 m 8 * E 0 ( 2 , 3 ) m 9 * E 0 ( 2 , 4 ) m 10 * E 0 ( 2 , 5 ) m 3 * E 0 ( 3 , 0 ) m 6 * E 0 ( 3 , 1 ) m 8 * E 0 ( 3 , 2 ) S 3 m 10 * E 0 ( 3 , 4 ) m 11 * E 0 ( 3 , 5 ) m 4 * E 0 ( 4 , 0 ) m 7 * E 0 ( 4 , 1 ) m 9 * E 0 ( 4 , 2 ) m 10 * E 0 ( 4 , 3 ) S 3 m 12 * E 0 ( 4 , 5 ) m 5 * E 0 ( 5 , 0 ) m 8 * E 0 ( 5 , 1 ) m 10 * E 0 ( 5 , 2 ) m 11 * E 0 ( 5 , 3 ) m 12 * E 0 ( 5 , 4 ) S 3
其中，m1、m2、m3、m4、m5、m6、m7、m8、m9、m10、m11、m12为大于零的任意数；S3为使矩阵正定的任意正数，E0(i,j)为两机初始距离与实际距离之差绝对值，当m1、m2、m3、m4、m5、m6、m7、m8、m9、m10、m11、m12全为1时，集群编队误差矩阵变化为固定编队矩阵P，
P = S 3 E 0 ( 0 , 1 ) E 0 ( 0 , 2 ) E 0 ( 0 , 3 ) E 0 ( 0 , 4 ) E 0 ( 0 , 5 ) E 0 ( 1 , 0 ) S 3 E 0 ( 1 , 2 ) E 0 ( 1 , 3 ) E 0 ( 1 , 4 ) E 0 ( 1 , 5 ) E 0 ( 2 , 0 ) E 0 ( 2 , 1 ) S 3 E 0 ( 2 , 3 ) E 0 ( 2 , 4 ) E 0 ( 2 , 5 ) E 0 ( 3 , 0 ) E 0 ( 3 , 1 ) E 0 ( 3 , 2 ) S 3 E 0 ( 3 , 4 ) E 0 ( 3 , 5 ) E 0 ( 4 , 0 ) E 0 ( 4 , 1 ) E 0 ( 4 , 2 ) E 0 ( 4 , 3 ) S 3 E 0 ( 4 , 5 ) E 0 ( 5 , 0 ) E 0 ( 5 , 1 ) E 0 ( 5 , 2 ) E 0 ( 5 , 3 ) E 0 ( 5 , 4 ) S 3 .
8.如权利要求7所述的多机编队飞行控制方法，其特征在于：所述步骤S4中对误差矩阵行列式值与编队态势值进行关联具体为，F＝|P|或F＝|P2|。
CN201610318072.XA 2016-05-13 2016-05-13 一种多机编队飞行控制方法 Active CN105843256B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610318072.XA CN105843256B (zh) 2016-05-13 2016-05-13 一种多机编队飞行控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610318072.XA CN105843256B (zh) 2016-05-13 2016-05-13 一种多机编队飞行控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105843256A true CN105843256A (zh) 2016-08-10
CN105843256B CN105843256B (zh) 2019-03-08

Family

ID=56592235

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610318072.XA Active CN105843256B (zh) 2016-05-13 2016-05-13 一种多机编队飞行控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105843256B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107065922A (zh) * 2017-02-14 2017-08-18 中国科学院自动化研究所 基于队形库的多无人机队形编队方法
CN107491608A (zh) * 2017-08-18 2017-12-19 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 一种飞机编队飞行的队形参数优化方法及系统
CN107611576A (zh) * 2017-09-04 2018-01-19 江西洪都航空工业集团有限责任公司 一种基于通信窄波束共形天线的多机协同编队方法
CN109270949A (zh) * 2017-07-18 2019-01-25 无锡飞天侠科技有限公司 一种无人机飞行控制系统
CN112000108A (zh) * 2020-09-08 2020-11-27 北京航空航天大学 一种多智能体集群分组时变编队跟踪控制方法及系统
CN113885577A (zh) * 2021-10-29 2022-01-04 西北工业大学 一种飞机多机密集编队防碰撞控制方法、系统及装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101464692A (zh) * 2009-01-16 2009-06-24 北京航空航天大学 基于有限状态机的自动编队飞行控制方法
CN104216382A (zh) * 2014-09-19 2014-12-17 北京航天长征飞行器研究所 一种空间小型飞行器编队飞行控制系统
CN105824323A (zh) * 2016-05-13 2016-08-03 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种多机会和下的飞机防撞方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101464692A (zh) * 2009-01-16 2009-06-24 北京航空航天大学 基于有限状态机的自动编队飞行控制方法
CN104216382A (zh) * 2014-09-19 2014-12-17 北京航天长征飞行器研究所 一种空间小型飞行器编队飞行控制系统
CN105824323A (zh) * 2016-05-13 2016-08-03 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种多机会和下的飞机防撞方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TUCKER BALCH 等: "Behavior-Based Formation Control for Multirobot Teams", 《IEEE TRANSACTIONS ON ROBOTICS AND AUTOMATION》 *
张帅 等: "多机会合下的机载防撞三维避撞策略研究", 《航空科学技术》 *
张瑞雷 等: "一类非完整移动机器人编队控制方法", 《控制与决策》 *
李宏宏 等: "基于MAS的多UUV编队智能优化控制", 《系统仿真技术》 *
王楠 等: "基于图论和行为的深空航天器网络编队控制", 《沈阳工业大学学报》 *
陈杰敏 等: "四旋翼无人机一致性编队飞行控制方法", 《航空兵器》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107065922A (zh) * 2017-02-14 2017-08-18 中国科学院自动化研究所 基于队形库的多无人机队形编队方法
CN109270949A (zh) * 2017-07-18 2019-01-25 无锡飞天侠科技有限公司 一种无人机飞行控制系统
CN107491608A (zh) * 2017-08-18 2017-12-19 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 一种飞机编队飞行的队形参数优化方法及系统
CN107491608B (zh) * 2017-08-18 2020-05-29 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 一种飞机编队飞行的队形参数优化方法及系统
CN107611576A (zh) * 2017-09-04 2018-01-19 江西洪都航空工业集团有限责任公司 一种基于通信窄波束共形天线的多机协同编队方法
CN107611576B (zh) * 2017-09-04 2020-09-01 江西洪都航空工业集团有限责任公司 一种基于通信窄波束共形天线的多机协同编队方法
CN112000108A (zh) * 2020-09-08 2020-11-27 北京航空航天大学 一种多智能体集群分组时变编队跟踪控制方法及系统
CN113885577A (zh) * 2021-10-29 2022-01-04 西北工业大学 一种飞机多机密集编队防碰撞控制方法、系统及装置
CN113885577B (zh) * 2021-10-29 2023-11-28 西北工业大学 一种飞机多机密集编队防碰撞控制方法、系统及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN105843256B (zh) 2019-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105843256A (zh) 一种多机编队飞行控制方法
CN103017753B (zh) 一种无人机航路规划方法及装置
US10459437B2 (en) Air-ground heterogeneous robot system path planning method based on neighborhood constraint
CN103149937B (zh) 一种基于曲率补偿的横侧向曲线航迹跟踪方法
CN108919640B (zh) 无人机自适应多目标跟踪的实现方法
CN105824323A (zh) 一种多机会和下的飞机防撞方法
CN103267528A (zh) 禁飞区限制下的多无人机协同区域搜索方法
CN106020237A (zh) 植保无人机的多机作业航线规划及其喷洒作业方法和系统
CN104881039A (zh) 一种无人机返航的方法及系统
CN102541069A (zh) 偏离损失的避免操纵
CN106371312B (zh) 基于模糊控制器的升力式再入预测-校正制导方法
CN110597286B (zh) 一种利用智慧机库实现输电线路无人机自主巡检的方法
CN114661069B (zh) 一种群体智能系统的编队控制方法
US10964226B2 (en) Instructional assessment system for a vehicle
CN112818599B (zh) 一种基于强化学习和四维轨迹的空中管制方法
CN109743093A (zh) 一种无人机毫米波通信波束追踪方法
CN105701090A (zh) 一种飞行管理系统的模拟装置
CN107992065A (zh) 一种固定翼无人机群移动目标跟踪与避障防碰撞方法
CN111123976A (zh) 基于人工势场的无人机集群路径规划处理方法、无人机
KR102165019B1 (ko) 군집주행 제어 시스템 및 방법
CN104536291A (zh) 基于射频系统模拟弹性振动对导引头测量信号影响的方法
CN105300383A (zh) 一种基于回溯搜索的无人机空中加油位姿估计方法
CN105652664A (zh) 一种基于鸽群优化的四旋翼无人机显式预测控制方法
CN105867399A (zh) 一种确定多状态跟踪制导参数的方法
Zhang et al. Hybrid path planning of a quadrotor UAV based on Q-Learning algorithm

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant