CN108469832B - 一种自动驾驶下的转弯控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动驾驶下的转弯控制方法和系统，其中，该方法，包括：根据从转弯起始点到达预定点P₁的时间T₁，解算得到所述预定点P₁的坐标；根据所述预定点P₁的坐标，求解得到预定点P₂的坐标和预定点P₃的坐标；根据预定点P₂的坐标和预定点P₃的坐标，求解得到提前转弯距离；根据求解得到的提前转弯距离，控制飞机在指定点开始转弯。通过本发明实现了自动驾驶下的高精度转弯控制。

Description

一种自动驾驶下的转弯控制方法和系统

技术领域

本发明属于自动驾驶技术领域，尤其涉及一种自动驾驶下的转弯控制方法和系统。

背景技术

目前，我国现有的特种飞机导航操纵方式主要有自动程序导航、人工导航和航线导航，转弯方式分为切线转弯和压点转弯。导航方式分为：飞行员人工控制驾驶仪进行转弯和惯导控制驾驶仪自动转弯两种方式。随着飞行任务、飞行时间的增长，惯导控制驾驶仪实现的自动导航越来越成为飞行的主要模式，特别是执行作战任务时，在指定区域进行长时间盘旋成为作战时的常态化模式。

现有的惯导控制驾驶仪进行自动转弯的控制方法比较简单，按照预定的航路点计算转弯角度，根据飞行地速来进行转弯诸元的计算，不能实现精确转弯切入的功能。存在以下3方面的缺点：1)进行航段切换，当转弯角度大于120°时转弯偏航距可达800m～1000m，转弯偏航距大；2)转弯后调整到下一航段的调整时间长、最大可达20S～60S，调整距离大、调整距离约为3～5km。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种自动驾驶下的转弯控制方法和系统，以实现自动驾驶下的高精度转弯控制。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种自动驾驶下的转弯控制方法，包括：

根据从转弯起始点到达预定点P₁的时间T₁，解算得到所述预定点P₁的坐标；

根据所述预定点P₁的坐标，求解得到预定点P₂的坐标和预定点P₃的坐标；

根据预定点P₂的坐标和预定点P₃的坐标，求解得到提前转弯距离；

根据求解得到的提前转弯距离，控制飞机在指定点开始转弯。

在上述自动驾驶下的转弯控制方法中，所述根据从转弯起始点到达预定点P₁的时间T₁，解算得到所述预定点P₁的坐标，包括：

根据从转弯起始点到达预定点P₁的时间T₁，通过如下式(1)，解算得到所述预定点P₁的坐标(P_1x,P_1y)：

其中，g表示重力加速度，

表示理想坡度角，V_空表示真空速；所述预定点P₁为：坡度角从零达到理想坡度角

的起始点。

在上述自动驾驶下的转弯控制方法中，所述根据所述预定点P₁的坐标，求解得到预定点P₂的坐标和预定点P₃的坐标，包括：

根据所述预定点P₁的坐标，求解得到盘旋转弯中心点O₁的坐标；

根据所述预定点P₁的坐标和盘旋转弯中心点O₁的坐标，求解得到预定点P₂的坐标；

根据所述预定点P₁的坐标、盘旋转弯中心点O₁的坐标和预定点P₂的坐标，求解得到预定点P₃的坐标。

在上述自动驾驶下的转弯控制方法中，所述根据所述预定点P₁的坐标，求解得到盘旋转弯中心点O₁的坐标，包括：

根据所述预定点P₁的坐标，通过如下式(2)，求解得到盘旋转弯中心点O₁的坐标(O_1x,O_1y)：

其中，R表示转弯半径，θ₁表示坡度建立过程的航向角变化量；

在上述自动驾驶下的转弯控制方法中，所述根据所述预定点P₁的坐标和盘旋转弯中心点O₁的坐标，求解得到预定点P₂的坐标，包括：

根据所述预定点P₁的坐标和盘旋转弯中心点O₁的坐标，通过如下式(3)，求解得到预定点P₂的坐标(P_2x,P_2y)：

其中，θ₂表示定坡度盘旋过程的航向角变化量；预定点P₂为：保持理想坡度角

转弯的结束点。

在上述自动驾驶下的转弯控制方法中，所述根据所述预定点P₁的坐标、盘旋转弯中心点O₁的坐标和预定点P₂的坐标，求解得到预定点P₃的坐标，包括：

根据所述预定点P₁的坐标、盘旋转弯中心点O₁的坐标和预定点P₂的坐标，通过如下式(4)，求解得到预定点P₃的坐标(P_3x,P_3y)：

在上述自动驾驶下的转弯控制方法中，所述根据预定点P₂的坐标和预定点P₃的坐标，求解得到提前转弯距离，包括：

根据预定点P₂的坐标和预定点P₃的坐标，通过如下式(5)，求解得到提前转弯距离b：

b＝P_3y-sinα·P_3x+P_2y…(5)

其中，α表示转弯前后两个航段的夹角，α与θ₂互为补角。

相应的，本发明还公开了一种自动驾驶下的转弯控制系统，包括：

第一解算模块，用于根据从转弯起始点到达预定点P₁的时间T₁，解算得到所述预定点P₁的坐标；

第二解算模块，用于根据所述预定点P₁的坐标，求解得到预定点P₂的坐标和预定点P₃的坐标；

第三解算模块，用于根据预定点P₂的坐标和预定点P₃的坐标，求解得到提前转弯距离；

控制模块，用于根据求解得到的提前转弯距离，控制飞机在指定点开始转弯。

本发明具有以下优点：

(1)转弯后超调量小，精度高；

(2)转弯快速，调节时间短。

附图说明

图1是本发明实施例中一种转弯全过程示意图；

图2是本发明实施例中一种坡度建立过程的示意图；

图3是本发明实施例中一种自动驾驶下的转弯控制方法的步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。

在自然坐标系下，假设飞机能够保持高度和真空速，则在二维平面自然坐标系下，切线加速度a_τ，向心加速度a_n。设任一时刻，理想坡度角为

重力加速度为g，则有：

在飞机盘旋转弯过程中，设航向角速率为ω，真空速为V_空，则有：

在本实施例中，参照图1，示出了本发明实施例中一种转弯全过程示意图。如图1，在本实施例中，根据飞机协调转弯的特点，可以将转弯过程划分为3个阶段：坡度建立过程(f₁)、定坡度盘旋过程(f₂)和坡度改平过程(f₃)。其中，坐标系Oxy，O点为P₀点(转弯过程开始点)，y轴为L1航段延长线，x轴⊥y轴指向右。θ₁、θ₂和θ₃分别为f₁、f₂和f₃过程中的航向角变化量；T₀为转弯初始时刻，T₁、T₂和T₃分别为到达预定点P₁、P₂和P₃的时间。

坡度建立过程

在本实施例中，通过坡度建立过程可解算出坡度建立过程的航向角变化量θ₁。参照图2，示出了本发明实施例中一种坡度建立过程的示意图。如图2，θ₁的解算过程可以如下：

飞机沿航线L1开始平直飞行，到达O点(转弯过程开始点)后开始向左盘旋，以O点为原点建立坐标系OXY，y轴与航线L1同向。经过时间T₁后，飞机到达预定点P₁。过预定点P₁的切线与Y轴的夹角为θ₁，即到达预定点P₁时，飞机航向变化角为θ₁：

进一步的，假设飞机建立坡度过程为匀角速度变化，即坡度角变化率为常值

则可求解得到：

坡度改平过程

在本实施例中，飞机转弯到达预定点P₂后，开始改平，延预定航线飞行，坡度改平过程的航向角变化量为θ₃，如图1所示，飞机在预定点P₂开始改平，在预定点P₃完成改平并刚好切入航线L2，改平前飞行轨迹为以盘旋转弯中心点O₁为中心的标准圆，改平后轨迹为渐开螺旋线，预定点P₂为两段轨迹的交点，过预定点P₂的轨迹切线与航线L2的夹角为θ₃。

当坡度角为理想坡度角

时，坡度角变化从

假设坡度角变化率为常值

坡度改平过程的时间为T₃，则：

在本实施例中，T₁＝T₃、θ₁＝θ₃，也即，改平后飞机的转角与建立坡度的转角一致：

参照图3，示出了本发明实施例中一种自动驾驶下的转弯控制方法的步骤流程图。在本实施例中，所述自动驾驶下的转弯控制方法，包括：

步骤101，根据从转弯起始点到达预定点P₁的时间T₁，解算得到所述预定点P₁的坐标。

在本实施例中，可以根据从转弯起始点到达预定点P₁的时间T₁，通过如下式(1)，解算得到所述预定点P₁的坐标(P_1x,P_1y)：

其中，g表示重力加速度，

表示理想坡度角，V_空表示真空速；所述预定点P₁为：坡度角从零达到理想坡度角

的起始点。

步骤102，根据所述预定点P₁的坐标，求解得到预定点P₂的坐标和预定点P₃的坐标。

在本实施例中，所述步骤102具体可以包括：

子步骤1021，根据所述预定点P₁的坐标，求解得到盘旋转弯中心点O₁的坐标。

在本实施例中，可以根据所述预定点P₁的坐标，通过如下式(2)，求解得到盘旋转弯中心点O₁的坐标(O_1x,O_1y)：

其中，R表示转弯半径，θ₁表示坡度建立过程的航向角变化量；

子步骤1022，根据所述预定点P₁的坐标和盘旋转弯中心点O₁的坐标，求解得到预定点P₂的坐标。

在本实施例中，根据所述预定点P₁的坐标和盘旋转弯中心点O₁的坐标，通过如下式(3)，求解得到预定点P₂的坐标(P_2x,P_2y)：

其中，θ₂表示定坡度盘旋过程的航向角变化量；预定点P₂为：保持理想坡度角

转弯的结束点。

子步骤1023，根据所述预定点P₁的坐标、盘旋转弯中心点O₁的坐标和预定点P₂的坐标，求解得到预定点P₃的坐标。

在本实施例中，可以根据所述预定点P₁的坐标、盘旋转弯中心点O₁的坐标和预定点P₂的坐标，通过如下式(4)，求解得到预定点P₃的坐标(P_3x,P_3y)：

步骤103，根据预定点P₂的坐标和预定点P₃的坐标，求解得到提前转弯距离。

在本实施例中，可以根据预定点P₂的坐标和预定点P₃的坐标，通过如下式(5)，求解得到提前转弯距离b：

b＝P_3y-sinα·P_3x+P_2y…(5)

其中，α表示转弯前后两个航段的夹角，α与θ₂互为补角。

步骤104，根据求解得到的提前转弯距离，控制飞机在指定点开始转弯。

在本实施例中，根据解算出的提前转弯距离b，控制飞机在指定点开始转弯，转弯过程中根据计算得到的偏航角、偏航距、速度等信息，解算出导航操纵信号，控制驾驶仪开始转弯至转弯结束，完成整个转弯。

综上所述，本发明所述的自动驾驶下的转弯控制方法，具有转弯后超调量小，精度高，转弯快速，调节时间短等优点，实现了自动驾驶下的高精度转弯控制。

基于上述实施例，本发明还公开了一种自动驾驶下的转弯控制系统，包括：第一解算模块，用于根据从转弯起始点到达预定点P₁的时间T₁，解算得到所述预定点P₁的坐标；第二解算模块，用于根据所述预定点P₁的坐标，求解得到预定点P₂的坐标和预定点P₃的坐标；第三解算模块，用于根据预定点P₂的坐标和预定点P₃的坐标，求解得到提前转弯距离；控制模块，用于根据求解得到的提前转弯距离，控制飞机在指定点开始转弯。

对于系统实施例而言，由于其与方法实施例相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例部分的说明即可。

本说明中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种自动驾驶下的转弯控制方法，其特征在于，包括：

根据从转弯起始点到达预定点P₁的时间T₁，解算得到所述预定点P₁的坐标；

根据所述预定点P₁的坐标，求解得到预定点P₂的坐标和预定点P₃的坐标；

根据预定点P₂的坐标和预定点P₃的坐标，求解得到提前转弯距离；

根据求解得到的提前转弯距离，控制飞机在指定点开始转弯；

所述根据从转弯起始点到达预定点P₁的时间T₁，解算得到所述预定点P₁的坐标，包括：

根据从转弯起始点到达预定点P₁的时间T₁，通过如下式(1)，解算得到所述预定点P₁的坐标(P_1x,P_1y)：

其中，g表示重力加速度，

表示理想坡度角，V_空表示真空速；所述预定点P₁为：坡度角从零达到理想坡度角

的起始点；

所述根据所述预定点P₁的坐标，求解得到预定点P₂的坐标和预定点P₃的坐标，包括：

根据所述预定点P₁的坐标，求解得到盘旋转弯中心点O₁的坐标；

根据所述预定点P₁的坐标和盘旋转弯中心点O₁的坐标，求解得到预定点P₂的坐标；

根据所述预定点P₁的坐标、盘旋转弯中心点O₁的坐标和预定点P₂的坐标，求解得到预定点P₃的坐标。

2.根据权利要求1所述的自动驾驶下的转弯控制方法，其特征在于，所述根据所述预定点P₁的坐标，求解得到盘旋转弯中心点O₁的坐标，包括：

根据所述预定点P₁的坐标，通过如下式(2)，求解得到盘旋转弯中心点O₁的坐标(O_1x,O_1y)：

其中，R表示转弯半径，θ₁表示坡度建立过程的航向角变化量；

3.根据权利要求2所述的自动驾驶下的转弯控制方法，其特征在于，所述根据所述预定点P₁的坐标和盘旋转弯中心点O₁的坐标，求解得到预定点P₂的坐标，包括：

根据所述预定点P₁的坐标和盘旋转弯中心点O₁的坐标，通过如下式(3)，求解得到预定点P₂的坐标(P_2x,P_2y)：

其中，θ₂表示定坡度盘旋过程的航向角变化量；预定点P₂为：保持理想坡度角

转弯的结束点。

4.根据权利要求3所述的自动驾驶下的转弯控制方法，其特征在于，所述根据所述预定点P₁的坐标、盘旋转弯中心点O₁的坐标和预定点P₂的坐标，求解得到预定点P₃的坐标，包括：

根据所述预定点P₁的坐标、盘旋转弯中心点O₁的坐标和预定点P₂的坐标，通过如下式(4)，求解得到预定点P₃的坐标(P_3x,P_3y)：

5.根据权利要求4所述的自动驾驶下的转弯控制方法，其特征在于，所述根据预定点P₂的坐标和预定点P₃的坐标，求解得到提前转弯距离，包括：

根据预定点P₂的坐标和预定点P₃的坐标，通过如下式(5)，求解得到提前转弯距离b：

b＝P_3y-sinα·P_3x+P_2y···(5)

其中，α表示转弯前后两个航段的夹角，α与θ₂互为补角。

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