CN108388263A - 圆形航线自动飞行系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆形航线自动飞行系统，包含指令输入模块、传感器模块、圆形航迹预测及引导模块和飞行控制模块，圆形航迹预测及引导模块用于结合指令输入模块输出的圆心的位置、半径、盘旋方向、速度和高度和传感器模块的输出的飞行器的经纬度信息、飞行器航迹角和航向角、飞行器姿态角、风向和风速、飞行器实时高度、飞行器空速和地速进行圆形航线以及进入圆形航线的进入路径的规划，再预测平滑的飞行轨迹，最后计算进入盘旋和盘旋转弯过程中的横滚指令，高度误差指令和速度误差指令，作为飞行控制模块的输入参数；飞行控制模块根据输入参数控制飞行器飞行。该发明可安装于所有类型的有人和无人飞行器，用于执行监视、搜索、侦查和救援任务。

Description

圆形航线自动飞行系统

技术领域

本发明涉及一种飞行器的飞行控制及引导系统，特别涉及一种用于实现和保持围绕选定的固定或移动点的圆形飞行路径的自动飞行系统，属于飞行器引导及控制技术领域。

背景技术

预警机或搜救类飞行器在执行搜救、侦查等特殊任务时，通常期望围绕特定的区域(例如事故现场或正在搜索的区域)以圆形轨迹(地面投影)做空中盘旋飞行。这种飞行的其中一个好处是飞行器与该地区(或位置)保持一段距离，从而飞行器可以对目标区域提供持续的监视。

传统的飞行圆形航迹的方式是当飞行器在手动控制下飞行时，无论是飞行器上的飞行机组人员还是远程操作飞行器的机组人员，可以通过观察指定区域或特定点来保持围绕该区域或特定点的所需圆形路径，并根据观察情况控制飞行器的圆形路径飞行。为了保持圆形路径，飞行员必须保持与特定点的恒定径向距离。当处于自动飞行状态时，实现这一目标的一种传统方法是飞行机组人员选择某一固定的倾斜角。由自动驾驶仪保持飞行器固定的倾斜姿态飞行，由于受风的影响，这种固定倾斜角的方法，在飞行一段时间以后，会沿风的方向有一定的偏移，并不能一直保持一个固定的圆形航迹飞行，实际航迹如图1所示。

处于自动飞行状态时，实现这一目标的另一种传统方式是围绕目标区域或位置按照顺序建立一系列的航路点形成逼近于圆形的多边形，然后通过飞行到航路点，并以循环顺序将飞行器转向下一个航路点的方式引导飞行器飞行。该方法如图2所示。图中描绘了围绕目标区域201的大致圆形路径204，路径204由多个航路点和连接相邻航路点的飞行航段组成。如图所示，路径204包括标记为从A到H的八个航路点，根据需要路径204可以包括更多或更少的航点。飞行器从一个航点自动飞行到相邻的航点，并且路径可以设置为向左方向旋转或向右方向旋转。以向右方向盘旋飞行为例，飞行器可以在路径204的航路点A处开始，并且沿着航段202向航路点B飞行，在航路点B处，航空器经协调转弯转向航路点C，飞行器沿航段203飞行。飞行器继续飞行到随后的航路点沿着各个航段完成路径204，通过从航路点H飞行到航路点A沿航段205完成路径204.然后可以在路径204上继续飞行到航路点B，飞行器可以按照这个顺序一直循环下去。

这种飞行方式可以修正一部分风的影响，但是由于飞行计划是以多边形代替圆形的方式定义的，受航线自动飞行时两点之间距离的限制，航路点个数不能太多，所以飞出的路径和圆形轨迹相差比较大。另外由于航路点坐标值需要机组人员计算，然后逐个输入到相应的设备中，所以这种飞行方式需要耗费机组人员大量的时间和精力，极大的增加了飞行机组人员的工作负担，并且降低了机组人员对目标区域的侦查能力。

综上所述，目前这两种常用的圆形轨迹的自动飞行方法，都不能简单有效的实现圆形轨迹的自动飞行。

发明内容

为了在风的影响下能够以指定速度、高度围绕某一指定目标区域或位置做圆形航线飞行，在盘旋期间保持飞行器与该位置的距离为指定定值。本发明的发明目的在于提供一种圆形航线自动飞行系统，能够帮助飞行器自动的按照指定的圆心点、半径来规划航线，预测轨迹和垂直剖面，并结合相应传感器，计算飞行器的横滚指令、速度指令和高度指令，结合飞行器控制装置实现圆形航线的自动进入和自动保持规划的圆形航线飞行，在圆形航迹保持过程中，将飞行器维持在指定的高度和速度上，并且圆形航线自动飞行系统只需要圆心的经纬度、半径、目标速度和目标高度定义，从而极大的降低了飞行机组人员的工作负担，提高了飞行器的安全性，增强了机组人员对目标区域的侦查能力。本发明有助于所有类型的有人和无人飞行器的飞行，包括直升机，倾斜旋翼和固定翼飞行器。该系统特别适用于执行监视，搜索，救援和军事任务的飞行器。例如，用于运输伤员的医疗直升机在被派往事故现场时可以使用该系统。调度员将为直升机机组人员提供事故坐标，系统将使直升机能够在最快的时间内到达那里，而无需遵循地标。同样，执法直升机可以被派往指定地点，按照地面提供的坐标，通过该系统可以对该位置进行盘旋飞行。另一个例子是武装直升机或提供交通报告的直升机可以使用该系统，直升机能够快速轻松地到达指定的事故或交通位置，然后围绕该区域或目标做盘旋飞行。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种圆形航线自动飞行系统，包含指令输入模块、传感器模块、圆形航迹预测及引导模块和飞行控制模块；

所述指令输入模块用于接收需要盘旋的圆心位置、圆形航线的半径、盘旋方向、盘旋速度和盘旋高度，并输出给圆形航迹预测及引导模块；

所述传感器模块用于采集飞行器实时参数，并输出给圆形航迹预测及引导模块；所述飞行器实时参数包含飞行器的经纬度信息、飞行器航迹角和航向角、飞行器姿态角、风向和风速、飞行器实时高度、飞行器空速和地速；

圆形航迹预测及引导模块用于结合指令输入模块和传感器模块的输出进行圆形航线以及进入圆形航线的进入路径的规划，再根据进入路径以及圆形航线预测水平轨迹、飞行器高度剖面和飞行器速度剖面，最后根据飞行器高度剖面、飞行器速度剖面与飞行器实时参数的差值计算进入盘旋和盘旋转弯过程中的横滚指令，高度调指令和速度指令，作为飞行控制模块的输入参数；

飞行控制模块根据输入参数控制飞行器飞行。

优选地，指令输入模块可以为人机交互装置，圆心位置、圆形航线的半径、盘旋方向、盘旋速度和盘旋高度通过手工方式输入人机交互装置。指令输入模块也可以为接收机，用于接收地面站发送的圆心位置、圆形航线的半径、盘旋方向、盘旋速度和盘旋高度。

优选地，传感器模块包含用于采集飞行器的经纬度信息的位置传感器、用于采集飞行器航迹角和航向角、飞行器姿态角的姿态传感器、用于采集风向和风速的风传感器、用于采集飞行器实时高度的高度传感器和用于采集飞行器空速和地速的速度传感器。

优选地，圆形航迹预测及引导模块包含横滚通道，速度通道和高度通道；

所述横滚通道执行以下程序步骤：

步骤311)、根据指令输入模块提供的圆心的位置、半径和传感器模块提供的飞行器位置，规划圆形航线和进入路径的起始点和终止点，根据指令输入模块提供的盘旋方向确定飞行器沿圆形航线的旋转方向；

步骤312)、根据规划完的圆形航线和进入路径预测飞行器飞行的水平轨迹；

步骤313)、根据飞行器当前位置和水平轨迹预测飞行器在水平轨迹上的期望位置和期望航迹角；

步骤314)、根据期望位置和期望航迹角计算控制律公式中所需偏航距、偏航角和标称滚转角；

步骤315)、依据控制律公式生成横滚指令，然后输入至飞行控制模块中；

步骤316)、计算飞行器当前位置到进入路径的终止点的距离A，作为速度通道和高度通道的输入变量；

所述速度通道执行以下程序步骤：

步骤321)、计算从现有空速开始，以一定的速度变化率，按照步骤312)预测的水平轨迹达到指令输入模块提供的速度所需的飞行距离B；

步骤322)、将步骤316)输出的距离A与飞行距离B进行比较，若距离A大于飞行距离B，则将当前的空速作为所需空速输出到步骤324)中；

步骤323)、如果距离A小于飞行距离B，则根据速度变化率及实时距离A产生所需空速输出到步骤324)中；

步骤324)、根据所需空速与传感器模块提供的空速计算速度误差，产生速度指令输出给飞行控制模块；

所述高度通道执行以下程序步骤

步骤331)、计算从现有高度开始，以一定的高度变化率，按照步骤312)预测的水平轨迹达到指令输入模块提供的高速所需的飞行距离C；

步骤332)、将步骤316)输出的距离A与飞行距离C进行比较，若距离A大于飞行距离C，则将当前的高度作为所需高度输出到步骤334)，

步骤333)、若距离A小于飞行距离C，则根据高度变化率及实时距离产生所需高度输出到步骤334)；

步骤334)、根据所需高度和传感器模块提供的高度计算高度误差，产生高度指令输出给飞行控制模块。

优选地，飞行控制模块包含控制飞行器姿态的第一控制装置和控制速度的第二控制装置，第一控制装置接收横滚指令、高度指令，控制飞行器达到预定的横滚姿态、高度；第二控制装置接收速度指令，控制飞行器达到预定的速度。

本发明的有益效果在于：

(1)能够通过最少的参数输入，自动规划圆形航线的进入路径及圆形航线路径，并进行水平轨迹、速度剖面和高度剖面的预测，机组人员可以提前预知整个飞行过程。

(2)能够自动引导飞行器进入圆形航线，并保持圆形航线的地面轨迹，由于是基于航迹的控制方式，所以可以修正风的影响。

(3)能够实现飞行器速度的控制，进入过程可自动调整飞行速度，进入圆航线以后，飞行器保持在目标速度。

(4)能够实现飞行器高度的控制，进入过程可自动调整飞行高度，进入圆航线以后，飞行器保持在目标高度。

(5)不仅适用于有人飞行器，而且可以适用于无人飞行器。

(6)通过改变半径值、速度或者圆心移动速度，可以将飞行器的圆形航迹改变为螺旋形。

(7)本发明能够实现全过程的水平方向和垂直方向的自动飞行，极大减轻了机组人员的工作负担，提高了任务的成功率。

附图说明

图1为采用传统的固定倾斜角方法做圆形航迹飞行的地面轨迹示意图。

图2为传统的围绕目标区域或位置建立一系列航路点形成逼近于圆形的多边形的航线示意图。

图3为圆形航线自动飞行系统的结构示意图。

图4为圆形航迹预测及引导模块的信号处理流程图。

图5为圆形航线自动飞行系统控制飞行器从圆形航线外部切入圆形航线，并逆时针保持圆形航迹的示意图。

图6为圆形航线自动飞行系统控制飞行器从圆形航线外部切入圆形航线，并顺时针保持圆形航迹的示意图。

图7为圆形航线自动飞行系统控制飞行器从圆形航线内部切入圆形航线，并顺时针保持圆形航迹的示意图。

图8为圆形航线自动飞行系统控制飞行器从圆形航线内部切入圆形航线，并逆时针保持圆形航迹的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图3所示，圆形航线自动飞行系统包含传感器模块1、指令输入模块2、圆形航迹预测及引导模块3和飞行控制模块4。

传感器模块1中包含用于采集飞行器的经纬度信息的位置传感器11、用于采集飞行器航迹角和航向角、飞行器姿态角的姿态传感器12、用于采集风向和风速的风传感器13、用于采集飞行器实时高度的高度传感器14和用于采集飞行器空速和地速的速度传感器15。传感器模块1将采集到的飞行器实时参数传送给圆形航迹预测及引导模块3。

指令输入模块2用于接收盘旋指令并传送给圆形航迹预测及引导模块3。盘旋指令中包含圆形航线的圆心位置、圆形航线的半径、盘旋方向、盘旋速度和盘旋高度等信息。当圆形航线自动飞行系统用于有人飞行器时，指令输入模块为人机交互装置，通过手工输入的方式向人机交互装置输入盘旋指令。当圆形航线自动飞行系统用于无人飞行器时，指令输入模块为接收机，接收机通过匹配的数据链从地面控制站接收盘旋指令。

飞行控制装置4包含传统的控制飞行器姿态的第一控制装置(自动驾驶仪)和控制速度的第二控制装置(自动油门)，通过接收圆形航迹预测及引导模块3输出的横滚指令、高度指令、速度指令以及飞行器本身的姿态和速度等信息，控制飞行器达到预定的横滚姿态、高度以及速度，操作飞行器以预定的速度、高度和姿态飞行，以使飞行器飞向圆形地面轨道，然后沿着圆形地面轨道保持圆形飞行路径。

圆形航迹预测及引导模块3通过接收指令输入模块2传送的圆形航线的圆心位置、圆形航线的半径、盘旋方向、盘旋速度和盘旋高度等信息参数，进行围绕圆心的圆形航线以及圆形航线的进入路径的规划，并且定义整个盘旋过程中的飞行器高度和飞行器速度。圆形航线以及进入路径规划完成以后，圆形航线预测及引导模块3根据规划的圆形航线以及进入路径，结合飞行器特性预测一条平滑的水平轨迹，并进行飞行器高度剖面和飞行器速度剖面的预测，最后圆形航线引导模块依据传感器模块提供的位置信息、航迹信息、高度信息、速度信息和风信息与飞行器高度剖面和速度剖面的差值计算进入盘旋和盘旋转弯过程中的横滚指令，高度指令和速度指令，作为飞行器控制装置的输入参数。

图4是圆形航线轨迹预测及引导模块3的计算流程示意图，其中包括三个子系统通道，分别是横滚通道31、速度通道32和高度通道33，每个通道完成控制飞行器飞行的一个方面的计算，横滚通道31产生一个横滚指令315，速度通道32产生速度指令325，高度通道33产生高度指令335，横滚指令315，速度指令325和高度指令335作为飞行控制模块4的输入信号，将飞行器控制在预测的目标轨迹上。

横滚通道31执行以下步骤：

步骤311)、规划从飞行器当前位置到圆形航线的进入路径以及圆形航线。进入路径以及圆形航线的规划依据指令输入模块2提供的圆心位置、圆形航线半径，位置传感器11提供的飞行器位置，根据飞行器的位置相对于圆的位置，飞行器可以从圆的外部或内部进入圆形航线。当从外部进入圆形航线时，飞行器当前与圆心连线和圆形航线的交点为进入路径的终止点，飞行器当前位置为进入路径的起始点；当飞行器从圆形航线内部进入圆航线时，飞行器当前位置与圆心连线的反向延长线与圆形航线的交点为进入路径的终止点，进入路径的起始点依然为飞行器当前位置。另外飞行器沿圆形航线的盘旋方向(顺时针或逆时针)也是通过指令输入模块2提供给横滚通道31。

步骤312)根据规划完的圆形航线和进入路径预测飞行器可飞行的平滑的水平轨迹。水平轨迹包含飞行器当前位置到进入路径的转弯航迹，以及进入路径到圆形航线的切入航迹以及相应的切入点。

步骤313)、根据飞行器当前位置和水平轨迹预测飞行器在水平轨迹上的期望位置和期望航迹角。

步骤314)、根据期望位置和期望航迹角计算控制律公式中所需偏航距、偏航角和标称滚转角。

步骤315)、依据控制律公式生成横滚指令，然后输入至飞行控制模块中操纵飞行器将偏航距和偏航角逐渐趋于0，将飞行器控制在航线上。

步骤316)、计算飞行器当前位置到进入路径的终止点的距离A，作为速度通道和高度通道的输入变量。

速度通道32计算速度指令325，速度指令325用于控制飞行模块上的第二控制装置(自动油门系统或其他装置)以维持所选择的速度。所选择的速度是飞行器飞向期望的圆形航线的切点或飞行器围绕圆形航线飞行时所要维持的指令速度。此外，如果当前速度和目标速度不同，则速度通道32会根据一定变化率进行飞行速度的调整。速度通道32执行以下步骤：

步骤321)、计算从现有空速开始，以一定的速度变化率，按照步骤312)预测的水平轨迹达到指令输入模块提供的盘旋速度所需的飞行距离B。

步骤322)、将步骤316)输出的距离A与飞行距离B进行比较，若距离A大于飞行距离B，则这意味着飞行器仍然离圆形航线的切入点太远，不需要开始进行速度调节，这时将当前的空速作为所需空速输出到步骤324)中。

步骤323)、如果距离A小于飞行距离B，则这意味着飞行器处于以选定速度变化率进行速度调节所需的距离之内，这时根据速度变化率及实时距离A产生所需空速输出到步骤324)中。

步骤324)、根据所需空速与传感器模块提供的实时空速计算速度差，产生速度指令325输出给飞行控制模块。

与速度通道32中用于计算速度差的方式相同，高度通道33产生高度指令335，发送给飞行控制模块控制飞行器的舵面或其它装置以维持所选择的高度。所选择的高度是飞行器沿预测的水平航迹飞行到指定高度。高度通道33执行以下步骤：

步骤331)、计算从现有高度开始，以一定的高度变化率，按照步骤312)预测的水平轨迹达到指令输入模块提供的盘旋高速所需的飞行距离C；

步骤332)、将步骤316)输出的距离A与飞行距离C进行比较，若距离A大于飞行距离C，则这意味着飞行器仍然离圆形航线的切入点太远，不需要开始进行高度调节，这时将当前的高度作为所需高度输出到步骤334)，

步骤333)、若距离A小于飞行距离C，则这意味着飞行器处于以选定高度变化率进行高度调节所需的距离之内，这时根据高度变化率及实时距离产生所需高度输出到步骤334)；

步骤334)、根据所需高度和传感器模块提供的实时高度计算高度误差，产生高度指令335输出给飞行控制模块。

根据飞行器相对于圆形航线的位置不同，圆形航线轨迹预测及引导模块3存在两种不同类型的航迹规划及引导方法，用于切入目标圆形航线：1)飞行器在圆形航线轨迹预测及引导模块3规划的圆形航线外面；以及2)飞行器在圆形航线轨迹预测及引导模块3规划的圆形航线里面。图5至图8给出了当接收到盘旋命令时(或如果在飞行之前输入)，圆形航线轨迹预测及引导模块3的预测的飞行器水平轨迹。图5和图6表示了飞行器在指定圆形航线外面的情况，图7至图8表示了飞行器在指定圆形航线里面的情况。由于水平轨迹表示的是飞行器轨迹的地面投影，图5至图8不包含飞行器轨迹的高度信息。

当从圆形航线外部接近圆时，圆形航线轨迹预测及引导模块3执行以下步骤：

(1)计算从飞行器当前位置开始的进入圆形航线的进入路径以及圆形航线。

(2)根据规划的进入路径和圆形航线、以及飞行器的位置、航迹角和速度规划一条平滑的水平轨迹。

注：如果速度较大，且飞行器从圆航线内部切入圆时，有可能会产生超调，造成飞行器从外部切入圆航线。

(3)以指定的速度变化率和高度变化率，结合目标速度和目标高度，预测一个平滑的水平轨迹，并进行飞行器高度剖面和飞行器速度剖面的预测。

(4)按照预测的水平轨迹、飞行器高度剖面和飞行器速度剖面，根据飞行器实时的高度、速度、位置和航迹角计算高度指令、速度指令以及横滚指令。

(5)控制飞行器按照预测水平轨迹、飞行器高度剖面和飞行器速度剖面进入圆形航线。

(6)进入圆形航线以后按照指定的速度、高度、圆心和半径控制飞行器沿圆形航线飞行。

图5表示的是飞行器在圆形航线外部，圆形航线自动飞行系统控制飞行器切入并围绕圆心505和半径506飞行的逆时针水平轨迹511示意图，圆形航线是左转弯。图中虚线表示预测或实际轨迹(为了视图清晰，在示意图中将其偏离目标航迹一定距离)。当飞行器正在以某一种方式飞行，圆形航线轨迹预测及引导模块3收到指令输入模块2发送的盘旋指令时，圆形航线轨迹预测及引导模块3规划的进入圆形航段502终止点为飞行器当前位置501与圆心505的连线和圆形航线的交点503，进入圆形航段502的起始点为飞行器当前位置501。飞行器从当前航迹角514转向至进入圆形航段的转弯方向根据圆形航段与飞行器当前航迹角的偏差515进行判断，如果两者差值小于180度向右转弯，反之左转弯。圆形航线轨迹预测及引导模块3根据速度、转弯方向、飞行器性能等限制条件完成水平轨迹预测后，圆形航线轨迹预测及引导模块3计算横滚指令控制飞行器开始从当前位置501开始沿航迹507转弯至航迹段508，并沿508飞行，直至位置512处，沿预测航迹509经切入点513切入圆航线511并控制飞行器沿圆形航线511做盘旋飞行。并且从位置501处开始，在沿预测航迹飞行的过程中，圆形航线轨迹预测及引导模块3开始调整飞行器速度和高度，直至飞行器达到指定的速度和高度。

图6示表示的是飞行器在圆形航线外面时，圆形航线自动飞行系统控制飞行器从圆形航线外面切入并保持圆形轨迹604的示意图。图中虚线表示预测或实际轨迹(为了视图清晰，在示意图中将其偏离目标航迹一定距离)。在这个例子中飞行器在圆形航线的右侧，飞行器沿预测航迹进入圆形航线以后，飞行器沿着逆时针方向围绕圆604飞行，并保持预定的高度和速度。航迹预测及引导过程和图5类似。

图7表示的是由圆形航线自动飞行系统控制飞行器从圆形航线内部切入圆形航线706，并顺时针保持圆形航迹的示意图圆形航线，即右转，图中虚线表示预测或实际轨迹(为了视图清晰，在示意图中将其偏离目标航迹一定距离)。当飞行器在圆形航线内部时，圆形航线轨迹预测及引导模块3规划的进入圆形航段709终止点为飞行器当前位置701连线的延长线与圆形航线的交点704(连线的指向是从飞行器圆心指向当前位置)，进入圆形航段709起始点为飞行器当前位置701。飞行器从当前航迹角710转向至进入圆形航段的转弯方向根据圆形航段与飞行器当前航迹角的偏差711进行判断，如果两者差值小于180度则圆形航线轨迹预测及引导模块3控制飞行器向右转弯切入进入航段709，反之向左转弯切入进入航段709，切入航迹为图中的702。切入进入航段702之后，飞行一段时间，再沿预测的航迹705右转弯进入圆形航线706，在整个切入圆航线的过程中圆形航线轨迹预测及引导模块3实时计算飞行器的速度指令和高度指令，速度指令控制飞行器加速或减速，高度指令控制飞行器上升或下降，以满足沿圆形航线飞行时的目标速度和目标高度。注意，如果速度较大，当飞机从圆航线内部切入圆时，有可能会产生超调，造成飞行器从外部切入圆航线。

图8表示的是由圆形航线自动飞行系统控制飞行器从圆形航线内部切入圆形航线，并逆时针保持圆形航迹的示意图，即左转，图中虚线表示预测或实际轨迹(为了视图清晰，在示意图中将其偏离目标航迹一定距离)。引导方法和图7方法相似，只是在从飞行器当前位置切入直线航段的过程中飞行器首先通过左转进入航迹803，然后再左转进入圆形航线。

本实施例中，圆形航线的圆心可以是固定点(目标圆固定)，也可以是按照一定规律移动的点(目标圆不固定)，不过只能在飞行器切入圆形航线以后开始移动，通过圆心的移动可以将飞行器的圆形航迹改变为沿一定方向移动的螺旋形轨迹。

本实施例中，圆形航线的半径可以是固定值(目标圆固定)，也可以是按照一定规律变化(目标圆不固定)，不过只能在切入圆形航线以后开始变化，通过半径的变化可以将飞行器的圆形航迹改变为按一定规律扩大或缩小的螺旋形轨迹。

虽然已经参照说明性实例描述了本发明，但是本发明并不只限制在说明性实例的四种情况。说明性实例以及本发明的其他实例的各种修改和组合对于本领域技术人员参考描述将是显而易见的。

Claims (6)

1.一种圆形航线自动飞行系统，包含指令输入模块、传感器模块、圆形航迹预测及引导模块和飞行控制模块，其特征在于：

所述指令输入模块用于接收需要盘旋的圆心位置、圆形航线的半径、盘旋方向、盘旋速度和盘旋高度，并输出给圆形航迹预测及引导模块；

所述传感器模块用于采集飞行器实时参数，并输出给圆形航迹预测及引导模块；所述飞行器实时参数包含飞行器的经纬度信息、飞行器航迹角和航向角、飞行器姿态角、风向和风速、飞行器实时高度、飞行器空速和地速；

圆形航迹预测及引导模块用于结合指令输入模块和传感器模块的输出进行圆形航线以及进入圆形航线的进入路径的规划，再根据进入路径以及圆形航线预测水平轨迹、飞行器高度剖面和飞行器速度剖面，最后根据飞行器高度剖面、飞行器速度剖面与飞行器实时参数的差值计算进入盘旋和盘旋转弯过程中的横滚指令，高度调指令和速度指令，作为飞行控制模块的输入参数；

飞行控制模块根据输入参数控制飞行器飞行。

2.根据权利要求1所述的一种圆形航线自动飞行系统，其特征在于所述指令输入模块为人机交互装置，圆心位置、圆形航线的半径、盘旋方向、盘旋速度和盘旋高度通过手工方式输入人机交互装置。

3.根据权利要求1所述的一种圆形航线自动飞行系统，其特征在于所述指令输入模块为接收机，用于接收地面站发送的圆心位置、圆形航线的半径、盘旋方向、盘旋速度和盘旋高度。

4.根据权利要求1所述的一种圆形航线自动飞行系统，其特征在于所述传感器模块包含用于采集飞行器的经纬度信息的位置传感器、用于采集飞行器航迹角和航向角、飞行器姿态角的姿态传感器、用于采集风向和风速的风传感器、用于采集飞行器实时高度的高度传感器和用于采集飞行器空速和地速的速度传感器。

5.根据权利要求1所述的一种圆形航线自动飞行系统，其特征在于所述圆形航迹预测及引导模块包含横滚通道，速度通道和高度通道；

所述横滚通道执行以下程序步骤：

步骤311)、根据指令输入模块提供的圆心的位置、半径和传感器模块提供的飞行器位置，规划圆形航线和进入路径的起始点和终止点，根据指令输入模块提供的盘旋方向确定飞行器沿圆形航线的旋转方向；

步骤312)、根据规划完的圆形航线和进入路径预测飞行器飞行的水平轨迹；

步骤313)、根据飞行器当前位置和水平轨迹预测飞行器在水平轨迹上的期望位置和期望航迹角；

步骤314)、根据期望位置和期望航迹角计算控制律公式中所需的偏航距、偏航角和标称滚转角；

步骤315)、依据控制律公式生成横滚指令，然后输入至飞行控制模块中；

步骤316)、计算飞行器当前位置到进入路径终止点的距离A，作为速度通道和高度通道的输入变量；

所述速度通道执行以下程序步骤：

步骤321)、计算从现有空速开始，以一定的速度变化率，按照步骤312)预测的水平轨迹达到指令输入模块提供的速度所需的飞行距离B；

步骤322)、将步骤316)输出的距离A与飞行距离B进行比较，若距离A大于飞行距离B，则将当前的空速作为所需空速输出到步骤324)中；

步骤323)、如果距离A小于飞行距离B，则根据速度变化率及实时距离A产生所需空速输出到步骤324)中；

步骤324)、根据所需空速与传感器模块提供的空速计算速度误差，产生速度指令输出给飞行控制模块；

所述高度通道执行以下程序步骤

步骤331)、计算从现有高度开始，以一定的高度变化率，按照步骤312)预测的水平轨迹达到指令输入模块提供的高速所需的飞行距离C；

步骤332)、将步骤316)输出的距离A与飞行距离C进行比较，若距离A大于飞行距离C，则将当前的高度作为所需高度输出到步骤334)，

步骤333)、若距离A小于飞行距离C，则根据高度变化率及实时距离产生所需高度输出到步骤334)；

步骤334)、根据所需高度和传感器模块提供的高度计算高度误差，产生高度指令输出给飞行控制模块。

6.根据权利要求1所述的一种圆形航线自动飞行系统，其特征在于所述飞行控制模块包含控制飞行器姿态的第一控制装置和控制速度的第二控制装置，第一控制装置接收横滚指令、高度指令，控制飞行器达到预定的横滚姿态、高度；第二控制装置接收速度指令，控制飞行器达到预定的速度。