CN106326578B - 一种精确空投系统空投初始区域确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精确空投系统空投初始区域确定方法，将整个空投区域由外向内依次分成空投初始区域、控制区域和控制延时后控制区域三个区域；首先确定控制延时后最大控制区域半径然后利用得到最大控制区域半径R_max；最后利用R_max得到空投最大初始区域半径R_0max。本发明获得空投初始区域范围，提高了投放精度，达到准确的投放目的。

Description

一种精确空投系统空投初始区域确定方法

技术领域

本发明涉及一种精确空投系统空投初始区域确定方法，属于空投建模技术领域。

背景技术

空投是指利用降落伞等气动力减速器将武器装备或物资等投送到指定地点的一种技术，在军事、经济建设以及应付突发性事件等诸多领域有着广泛的应用前景，现在主要用于空降作战的武器运送、后勤物资补给、抢险救灾以及空中救火等方面，在现代战争和非战争军事行动中的地位和作用更是越来越突出，是实现兵力、装备、补给等快速、精确送达的有效手段。

精确空投系统，是将现代导航控制技术与传统空降空投技术结合，依托任务规划系统的规划和导航系统的导引，在先进飞控系统的控制下，驱动伺服机构对气动减速系统进行操控，实现循迹飞行，执行预先设定任务的智能空降空投系统。它的出现大大提升了垂直投送行动中运输机的安全性和投送的准确性。投放点的确定是精确空投系统任务规划中的重要内容，随着精确空投系统任务规划区域的拓展，依靠传统投放点的确定方法已不能满足实时、准确的要求，需要构建相应的辅助计算模型。

精确空投系统投放点的确定与传统空投系统最大的区别在于:精确空投系统是可控的，在同一点投放可以规划出不同的任务轨迹到达同一着陆点。具备良好滑翔性能的精确空投系统，在降落过程中，水平方向可滑翔十几千米，大大拓宽了投放点确定的空间范围，虽然有利于运输机在远离各种威胁的地点实施投放，确保了运输机的安全，增强了空投行动的隐蔽性，但投放点确定空间的拓展也使得投放点的确定过程变得复杂，其当空投目标点确定时，并不是翼伞空投系统处于任何初始位置都可以完成精确归航。当空投初始位置离目标点水平距离非常近，而与地面之问垂直距离非常高时，因为对翼伞控制作用的有限性，很难能保证系统最终的空投精度。反之亦然，当空投点离目标点水平距离非常远，而与地面间距离又不高时，就可能出现翼伞系统尚未接近目标着陆点时，就已经着陆的情形。因此，空投初始投放区域的确定是精确空投系统轨迹规划中的重要内容。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种精确空投系统空投初始区域确定方法，获得空投初始区域范围，提高了投放精度，达到准确的投放目的。

本发明技术解决方案：一种精确空投系统空投初始区域确定方法，步骤如下：

将整个空投区域由外向内依次分成空投初始区域、控制区域和控制延时后控制区域三个区域；首先确定控制延时后最大控制区域半径；然后利用得到最大控制区域半径R_max；最后利用R_max得到空投最大初始区域半径R_0max。

所述控制延时后控制区域最大半径实现方式如下：

A.着陆过程中，翼伞做出控制响应时刻的被空投系统的空间位置标记为点，目标着陆点的位置标记为IP点，被空投系统的水平方向速度分量在包含IP点的水平面内的投影指向IP点时控制系统停止工作，此时被空投系统的空间位置标记为P₁点；所以，翼伞做出控制响应时刻，被空投系统的水平速度矢量V即为被空投系统在点时的水平速度矢量；翼伞做出控制响应时刻，被空投系统水平速度矢量与被空投系统位置点和目标着陆点连线之间的水平夹角，即为水平速度矢量V与点和IP点连线的水平夹角。在同一水平面上，过P₁点的投影向点投影和IP点投影的连线做垂线，垂足标记为D。根据速度分解原理以及速度位移物理关系得：被空投系统从点运动到P₁点的过程中，在水平投影面上方向的速度分量为位移分量的表达式为

B.根据速度分解原理以及速度位移物理关系得：被空投系统从点运动到P₁点的过程中，在水平投影面上DP₁方向的分速度表达式为位移的表达式为

C.翼伞张开且控制系统开始工作时刻，被空投系统的空间位置点标记为P点，P₁点的垂直高度为P点垂直高度h_P减去P点与P₁点之间的垂直距离，其表达式为：

D.根据翼伞的运动特性，得被空投系统从P₁点运动到着陆点运动轨迹的在着陆面的投影轨迹的长度为：；根据各点在水平的投影关系以及勾股定理可得：在同一水平面内，以P₁点为边界以IP点为圆心的圆形区域半径根据两点之间直线距离最短原则得：

E.将步骤A、B、C中的方程带入步骤D中的方程中得到其表达式如下：

所述控制区域半径最大值R_max的实现方式和所述初始投放区域半径最大值R_0max实现方式如下：

S1.被空投系统离开飞机时刻的空间位置点标记为P₀点，此时被空投系统水平速度与P₀点和IP点连线之间的水平夹角标记为φ。翼伞在作出控制响应之前，整个被空投系统的水平速度方向不变，致使水平投影面上个投影点和投影矢量存在如下关系：P₀、P、三点的投影共线且其连线与水平速度矢量投影重合，所以在水平投影面上直线投影与直线P₀-IP投影的夹角等于φ、与直线P-IP投影的夹角等于θ、与直线投影的夹角等于线段投影的长度线段P₀-P投影的长度过IP点向P₀、P、三点连线在水平上的投影做垂线垂足标记为E点；

S2.在投影直角三角形PEIP和PEIP中利用余弦定理和勾股定理可得：

S3.在投影直角三角形PEIP和P₀EIP中利用余弦定理和勾股定理可得：

本发明与现有方法相比的优点在于：传统的空投初始投放区域的预测采用简单的抛物线式的预测方式，仅考虑空投系统出仓时的水平速度大小的影响，没有考虑速度角度θ和φ对初始投放区域的影响，导致投放精度较低，空投物资的着陆区范围较广，载荷的落地点散布较大。本发明将整个空投区域由外向内依次分成空投初始区域、控制区域和控制延时后控制区域三个区域；首先确定控制延时后最大控制区域半径；然后利用得到最大控制区域半径R_max；最后利用R_max得到空投最大初始区域半径R_0max,能够得到准确投放区域，提高了投放精度。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为图空投区域俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示，本发明的具体实施流程，首先对空投区域进行相关定义和说明，将整个空投区域由外向内依次分成空投初始区域、控制区域和控制延时后控制区域三个区域。计算流程为：首先确定控制延时后最大控制区域半径并确定相应的待测参数；然后利用得到最大控制区域半径R_max，确定相应的待测参数；最后利用R_max得到空投最大初始区域半径R_0max，确定相应的待测参数。测取所有的待测参数后，即可得到空投最大初始区域半径的数值。利用被空投系统在着陆过程中的运动轨迹投影关系、物理运动特点和翼伞本身的参数信息，如滑翔比，等推导出了表征空投初始区域大小的参数：区域半径最大值的函数表达式。

为便于问题阐述，做被空投系统着陆过程轨迹俯视图，见图2，图2中各符号的定义和代表意义与前文对各符号所声明的意义相同，另外图2中s曲线是被空投系统从点到P₀点的运动轨迹的水平投影。

控制延时后控制区域最大半径的过程如下：

A.被空投系统从点运动到P₁点的过程中，其水平速度在从点到D点方向的分量为由速度位移关系得水平位移分量的表达式如下：

B.被空投系统从点运动到P₁点的过程中，其水平速度在从D点到P₁点方向的分量为由速度位移关系得水平位移分量的表达式如下：

C.P₁点的垂直高度的为P点垂直高度减去P点与P₁点之间的垂直距离其表达式推导过程为：

D.根据翼伞的运动特性，得被空投系统从P₁点运动到着陆点运动轨迹的在着陆面的投影轨迹的长度为根据各点在着陆面的投影关系以及勾股定理可得根据两点之间直线距离最短原则得：

E.将步骤A、B、C中的方程带入步骤D中的方程中得到其表达式如下：从该式中可以看出是h_P、t_s、t_d、ω、V_z和V的函数。

控制区域半径最大值R_max和初始投放区域半径最大值R_0max过程如下：

S1.翼伞在做出控制响应之前，整个被空投系统的水平速度方向不变，致使在着陆面或水平投影面上个投影点和投影矢量存在如下关系：P₀、P、三点的投影共线且其连线与水平速度矢量投影重合，所以在水平投影面上直线投影与直线P₀-IP投影的夹角等于φ、与直线P-IP投影的夹角等于θ、与直线投影的夹角等于线段投影的长度线段P₀-P投影的长度过IP点向P₀、P、三点连线在着陆面上的投影做垂线垂足标记为E点；

S2.在投影直角三角形和PEIP中利用余弦定理和勾股定理可得：

由该式结合步骤E中的表达式可知R_max是t_s,V_h,的函数，根据函数的传递性可知R_max是h_P、t_s、t_d、ω、V_z、V和V_h的函数。

S3.在投影直角三角形PEIP和P₀EIP中利用余弦定理和勾股定理可得：

由该式结合步骤S2中R_max的表达式可知R_0max是R_max、t_p、V₀的函数，根据函数的传递性可知R_0max是h_P、t_s、t_d、t_p、ω、V_z、V、V_h和V₀的函数，即求取R_0max值的待测参数为h_P、t_s、t_d、t_p、ω、V_z、V、V_h和V₀。

本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (1)

1.一种精确空投系统空投初始区域确定方法，其特征在于：将整个空投区域由外向内依次分成空投初始区域、控制区域和控制延时后控制区域三个区域；首先确定控制延时后最大控制区域半径然后利用得到最大控制区域半径R_max；最后利用R_max得到空投最大初始区域半径R_0max；其中，

所述控制延时后最大控制区域半径为其中h_P为翼伞张开且翼伞控制系统开始工作时刻被空投系统的高度；t_s为从翼伞控制系统开始工作到翼伞做出响应之间的延时；t_d为从翼伞做出控制响应到翼伞控制系统结束工作的时间；V_z(t)为t_s和t_d时间内被空投系统的垂直速度分量，该速度为时间的函数；k为翼伞滑翔比，是已知翼伞参数；V为翼伞做出控制响应时刻，被空投系统的水平速度矢量；为翼伞做出控制响应时刻，被空投系统水平速度矢量与被空投系统位置点和目标着陆点连线之间的水平夹角；ω为翼伞做出控制响应后的转速；

所述最大控制区域半径R_max为其中V_h(t)为t_s时间内被空投系统的水平速度分量，该速度为时间的函数；

所述空投最大初始区域半径值R_0max为其中t_P为被空投系统离开飞机时刻到翼伞张开且翼伞控制系统开始工作时刻的时间；V₀(t)为t_P时间内被空投系统的水平速度矢量；θ为翼伞张开且翼伞控制系统开始工作时刻被空投系统的水平速度矢量与其位置和目标着陆点的连线之间的水平夹角。