CN107656533A - 一种基于双天线测向的空投货台调姿控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于双天线测向的空投货台调姿控制方法，包括以下步骤：1)空投货台投放后，实时测量货台的下降轨迹；2)实时计算货台的航向姿态角；3)实时计算空投货台距地高度，当空投货台到达距地设定高度后，判断货台的航向姿态角与货台的运动方向角的差值；根据由重装空投系统自身的运动特性所确定的控制率，开启某组调姿动力装置进行驱动，然后开启另一组调姿动力装置进行制动，直到货台或装备的姿态角调整至安全范围内。本发明提出的基于双天线测向的空投货台调姿控制方法，可实现对货台或装备的主动式定向防翻功能，适应多种空投装备和货台的防翻需求。
Description
技术领域
本发明涉及重装空投控制技术，尤其涉及一种基于双天线测向的空投货台调姿控制方法。
背景技术
空投系统受体积重量、空投高度、空投场地地形、装备重心变化、风场变化等条件的影响，具有着陆姿态不确定、对货台控制能力不足等特点，容易发生侧翻。而现有的防翻装置调姿能力与环境复杂度不匹配，技术不成熟(定向防翻受水平风速条件限制，无货台空投系统安装防翻架或防翻板结构受限)。
现有技术中：已应用的防翻稳定技术基本属于被动式防翻稳定技术，包含防翻支架稳定技术和定向防翻稳定技术。其中防翻支架稳定技术采用防翻支架结构安装固定在货台上面，着陆时加宽货台侧面的宽度，防止货台发生侧翻。定向防翻稳定技术采用地锚抓地后，连接绳受力并拉动战车转动到顺风向着陆，避免迎风侧向着陆。
防翻支架(或防翻板)在空投系统离机空投后按照工作程序展开。防翻支架(或防翻板)加大系统的自身重量，增加伞绳钩挂的风险，且防翻支架(或防翻板)在机舱内一旦提前意外展开会造成严重的飞行事故，所以对防翻支架(或防翻板)的可靠性要求较高。
定向防翻装置采用地锚及定向防翻连接绳等部件，在空投系统展开稳降过程中，打开定向防翻装置，连接货台的地锚及连接绳抛向地面，地锚着地后在风力作用下抓地并拉紧连接绳，转动货台顺风向着陆，因此风力太大或太小都起不到稳定效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于双天线测向的空投货台调姿控制方法，能适应多种类型的空投装备和货台的防翻需求，并主动对复杂环境进行适应，调姿能力不再因环境因素减弱。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于双天线测向的空投货台调姿控制方法，所述空投货台上设有主动防翻装置，包括双天线卫星定位装置、调姿动力装置和航向姿态角控制器；所述双天线卫星定位装置用于获取卫星定位信息；调姿动力装置用于提供空投货台转动所需动力；调姿动力装置分为两组，能使空投货台能在水平面内顺时针和逆时针转动；
包括以下步骤：
1)空投货台投放后，双天线卫星定位系统启动，卫星接收机接收卫星信号，锁星定位，开始获取卫星定位系统导航信息，实时测量货台的下降轨迹；
2)将双天线卫星定位系统导航数据按照数据处理规则进行解算处理，实时计算货台的航向姿态角；所述货台的航向姿态角为货台轴线与正北方向的夹角；
3)实时计算空投货台距地高度，当空投货台到达距地设定高度后，判断货台的航向姿态角与货台的运动方向角的差值；所述运动方向角为所处环境水平风向与正北方向的夹角；
当货台的航向姿态角与运动方向角之差C1为正值时，通过调姿动力系统对空投货台施展推力F1，使其顺向调姿(顺时针旋转)直至航向姿态角缩小至预设值(0～±15°)；
当货台的航向姿态角与运动方向角之差C2为负，通过调姿动力系统对空投货台施展推力F2，使其逆向调姿(逆时针旋转)直至航向姿态角缩小至预设值(0～±15°)；
根据上述调姿动力装置控制方法，开启某组调姿动力装置进行驱动，然后开启另一组调姿动力装置进行制动，直到货台或装备的姿态角调整至安全范围内。
按上述方案，所述步骤3)中所述空投货台距地设定高度是根据目标着陆点参数计算得到的设定调姿动力装置启动的距地高度。
按上述方案，所述步骤3)中推力F的确定方式如下：
根据双天线测向卫星定位信号获知航向姿态角与运动方向角之差C，将货台航向姿态角对时间求导获得货台转动的角速度ω，将货台转动的角速度ω对时间求导获得转动角加速度通过地面试验测量调姿动力装置的推力F及最大推力下转动角度与时间的关系，获得推力F。
按上述方案，所述主动防翻装置固定设置在空投货台上。
本发明产生的有益效果是：本发明提出了一种基于双天线测向空投系统的货台调姿控制方法，克服了防翻支架稳定技术受限于无货台空投系统无防翻架或防翻板结构安装位置的问题，克服了定向防翻稳定技术受水平风速条件限制影响防翻效能的问题，适应性强、可靠性高、是一种能使战车主动调姿的新型防翻技术方案。本发明能保证空投系统的机内安全性，同时适应性强能在各种复杂风速环境中保证防翻效能。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的方法流程图；
图2是本发明实施例的货台运动方向及航向姿态角示意图；
图3是本发明实施例的货台调姿示意图；
图4是本发明实施例的货台调姿控制示意图；
图5是本发明实施例的货台调姿控制流程图；
图6是本发明实施例的主动防翻系统结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种基于双天线测向的空投货台调姿控制方法，所述空投货台上设有主动防翻装置，包括双天线卫星定位装置、调姿动力装置和航向姿态角控制器；所述双天线卫星定位装置用于获取卫星定位信息；调姿动力装置用于提供空投货台转动所需动力；调姿动力装置分为两组，能使空投货台能在水平面内顺时针和逆时针转动；
包括以下步骤：
1)空投货台投放后，双天线卫星定位系统启动，卫星接收机接收卫星信号，锁星定位，开始获取卫星定位系统导航信息，实时测量货台的下降轨迹；
2)将双天线卫星定位系统导航数据按照数据处理规则进行解算处理，实时计算货台的航向姿态角；所述货台的航向姿态角为货台轴线与正北方向的夹角；
通过天线1或天线2接收卫星定位信号，可获知货台的下降轨迹，空投系统稳降阶段，货台水平运动方向即所处环境水平风向与正北向夹角B；对比天线1和2的卫星定位信号，可获知天线1和2之间连线与正北向夹角A，根据天线1和2在货台上的安装位置，从图2可知A+B－90°即可获知货台的航向姿态角与运动方向角(运动方向与正北方向夹角)之差。
3)实时计算空投货台距地高度，当空投货台到达距地设定高度后，判断货台的航向姿态角与货台的运动方向角的差值；所述运动方向角为所处环境水平风向与正北方向的夹角；
如图3，当货台的航向姿态角与运动方向角之差C1为正值时，通过调姿动力系统对空投货台施展推力F1，使其顺向调姿(顺时针旋转)直至航向姿态角缩小至预设值(0～±15°)；
当货台的航向姿态角与运动方向角之差C2为负，通过调姿动力系统对空投货台施展推力F2，使其逆向调姿(逆时针旋转)直至航向姿态角缩小至预设值(0～±15°)；
推力F的确定方式如下：
根据双天线测向卫星定位信号获知航向姿态角与运动方向角之差C，将货台航向姿态角对时间求导获得货台转动的角速度ω，将货台转动的角速度ω对时间求导获得转动角加速度通过地面试验测量调姿动力装置的推力F及最大推力下转动角度与时间的关系，获得推力F，设定调姿动力系统启动时的货台距地高度
以实现空投货台顺向调姿90°为例说明控制方法，见图4。
货台的左后角位置表示为Z0，控制方法将实现货台的Z0位置调节控制至Zm位置。
启动正向动力装置工作，达到最大推力F1，货台开始顺时钟转动，并逐渐加速，转动角加速度逐渐增大，根据转动角速度ω、角加速度值，确定当转动角度达到D时，启动反向动力装置工作，施加推力F2，货台由Z0位置调至Zm位置，达到平衡，空投系统着陆，航向姿态满足要求。
基于双天线测向的空投货台调姿控制方法的控制流程见图5。其中货台的航向姿态角定义为货台轴线与正北方向的夹角，运动方向角定义为水平运动方向与正北方向的夹角，各夹角均以逆时针为正。
根据由重装空投系统自身的运动特性所确定的控制率，开启某组调姿动力系统进行驱动，然后开启另一组调姿动力系统进行制动，直到货台或装备的姿态角调整至安全范围内。
一个具体实施例：
如图6，应用基于双天线测向的空投货台调姿控制方法的主动防翻系统包括调整动力装置1、驱动器2、电源3、航向姿态角控制器与驱动器集成在一起、双天线卫星定位系统4；调姿动力装置分为两组，能使空投货台能在水平面内顺时针和逆时针转动，航向姿态角控制器根据卫星信号解算空投货台的运动方向和姿态角，并根据设定的控制率向调整动力装置1发出控制信号。安装方式如图6所示，主动防翻系统通过挂钩5固定安装在伞架上，而伞架通过拉杆固定在空投对象(可以是货台或装备)7上,主动防翻系统与挂钩所在伞架管垂直，双天线卫星定位系统4的天线与伞架管平行。
空投系统出机后，卫星定位系统开始正常工作，获知货台或装备的下降轨迹，由于物伞系统着陆之前处于稳降阶段，可认为其处于匀速直线运动状态。货台或装备垂直速度为固定值，货台或装备的水平速度即为环境风速，通过测量轨迹可推算出风速和风向。结合目标着陆点参数，设定调姿动力系统启动的距地高度(相对高度约200m)，当系统到达预定高度。航向姿态角控制器通过对比双天线的卫星定位信号，可获知货台的航向姿态角。当航向姿态角与运动方向角(运动方向与正北方向夹角)之差为正时，货台处于航向姿态1的情况中，航向姿态角控制器对调姿动力装置发出控制指令，控制指令通过驱动器转化为电信号，控制调姿动力装置组1转动对空投货台施展推力F1，随后控制调姿动力装置组2减速，施加推力F2，使其顺向调姿直至航向姿态角缩小至预设值(0～±15°)；当航向姿态角与运动方向角(运动方向与正北方向夹角)之差为负时，货台处于航向姿态2的情况中，航向姿态角控制器对调姿动力装置发出控制指令，控制指令通过驱动器转化为电信号，控制调姿动力装置组2转动对空投货台施展推力F2，随后控制调姿动力装置组1减速，施加推力F1，使其逆向调姿直至航向姿态角缩小至预设值(0～±15°)。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于双天线测向的空投货台调姿控制方法，其特征在于，所述空投货台上设有主动防翻装置，包括双天线卫星定位装置、调姿动力装置和航向姿态角控制器；所述双天线卫星定位装置用于获取卫星定位信息；调姿动力装置用于提供空投货台转动所需动力；调姿动力装置分为两组，能使空投货台能在水平面内顺时针和逆时针转动；
包括以下步骤：
1)空投货台投放后，双天线卫星定位系统启动，卫星接收机接收卫星信号，锁星定位，开始获取卫星定位系统导航信息，实时测量货台的下降轨迹；
2)将双天线卫星定位系统导航数据按照数据处理规则进行解算处理，实时计算货台的航向姿态角；所述货台的航向姿态角为货台轴线与正北方向的夹角；
3)实时计算空投货台距地高度，当空投货台到达距地设定高度后，判断货台的航向姿态角与货台的运动方向角的差值；所述运动方向角为所处环境水平风向与正北方向的夹角；
当货台的航向姿态角与运动方向角之差为正值时，通过调姿动力装置对空投货台施展推力，使其顺向调姿直至航向姿态角缩小至预设值；
当货台的航向姿态角与运动方向角之差为负值时，通过调姿动力装置对空投货台施展推力，使其逆向调姿直至航向姿态角缩小至预设值；
根据上述调姿动力装置控制方法，开启某组调姿动力装置进行驱动，然后开启另一组调姿动力装置进行制动，直到货台或装备的姿态角调整至安全范围内。
2.根据权利要求1所述的基于双天线测向的空投货台调姿控制方法，其特征在于，所述步骤3)中所述空投货台距地设定高度是根据目标着陆点参数计算得到的设定调姿动力装置启动的距地高度。
3.根据权利要求1所述的基于双天线测向的空投货台调姿控制方法，其特征在于，所述步骤3)中推力F的确定方式如下：
根据双天线测向卫星定位信号获知航向姿态角与运动方向角之差C，将货台航向姿态角对时间求导获得货台转动的角速度ω，将货台转动的角速度ω对时间求导获得转动角加速度然后根据地面试验测量调姿动力装置的推力F及最大推力下转动角度与时间的关系，获得推力F。
4.根据权利要求1所述的基于双天线测向的空投货台调姿控制方法，其特征在于，所述主动防翻装置固定设置在空投货台上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180202 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |