CN110262536A - 无动力飞行器的纵向控制飞行能量管理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无动力飞行器的纵向控制飞行能量管理方法、系统、电子设备和计算机可读存储介质，该方法包括如下步骤：计算动态导引量、计算纵向速度的法向导引量、计算稳定阶段的法向导引量、计算飞行器的纵向导引指令。本发明利用飞行器当前势态和剩余航程估计飞行器当前能量，设计控制策略，求出飞行器的纵向导引指令，在整个计算过程中，并不涉及求解极值，因而不会陷入求解最优解，能够有效收束飞行器能量。本方法计算过程相对简单，实现容易。
Description
技术领域
本发明涉及飞行器飞行控制技术领域，具体涉及一种无动力飞行器的纵向控制飞行能量管理方法及系统。
背景技术
无动力飞行器，特别是针对长时长、远距离飞行任务，由气动参数和大气密度偏差引起的能量偏差会随时间累积增加，最终导致末端能量散布过大，甚至造成飞行过程中航迹发散，不利于后期任务交班。能量管理的目的就在控制能量累积偏差，防止航迹发散。无动力飞行器所具备能量是根据其最大航程设计，对于一般任务，均会有一定能量剩余。能量管理控制机动主要是通过在飞行过程中不断预测飞行轨迹推算多余能量，调整飞行轨迹和飞行姿态，以将多余能量耗散。飞行器通常通过调整航迹高低或射面内机动来实现能量管理，如闭路制导方法，该方法进行能量管理时，计算过程较为复杂，而且可能得到局部最优解而不是整体最优解，导致无法收束飞行器能量。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种无动力飞行器的纵向控制飞行能量管理方法，该方法计算过程不涉及求解极值，不会陷入求解最优解，能够有效收束飞行器能量。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种无动力飞行器的纵向控制飞行能量管理方法，包括如下步骤：
计算动态导引量 其中，S为飞行器剩余航程，Slim为飞行器的航程门限值，V为飞行器的速度，为飞行器的加速度，C为导引常数，GM为地球常数，R为飞行器到地心的距离，Rt为飞行器的目标点到地心的距离，g为重力加速度，θ为飞行器的航迹倾角；
计算纵向速度的法向导引量 其中，Vu为天向速度，Kxi为导引系数，取常量；
计算稳定阶段的法向导引量
计算飞行器的纵向导引指令 其中，ttran为飞行器进入巡航段时间，Ttran为过渡阶段时间常数，Wtran为过渡阶段权重因子，且Wtran为关于ttran的递减函数，0≤Wtran≤1，为刚进入巡航段的法向导引量。
进一步地，飞行器剩余航程S通过飞行器当前位置插值标准航迹得到。
进一步地，令Wtran＝f(ttran)，0≤ttran≤Ttran，f(0)＝1，f(Ttran)＝0。
进一步地，测量飞行器在X、Y、Z方向上的速度Vx、VY、VZ，计算飞行器的航迹倾角
进一步地，测量飞行器在X、Y、Z方向上的速度Vx、VY、VZ，计算飞行器的速度
进一步地，Wtran为关于ttran的一阶线性函数。
进一步地，Wtran为关于ttran的正弦函数。
本发明还提供了一种无动力飞行器的纵向控制飞行能量管理系统，其包括：
第一计算模块，其用于计算动态导引量 其中，S为飞行器剩余航程，Slim为飞行器的航程门限值，V为飞行器的速度，为飞行器的加速度，C为导引常数，GM为地球常数，R为飞行器到地心的距离，Rt为飞行器的目标点到地心的距离，g为重力加速度，θ为飞行器的航迹倾角；
第二计算模块，其用于计算纵向速度的法向导引量 其中，Vu为天向速度，Kxi为导引系数，取常量；
第三计算模块，其用于计算稳定阶段的法向导引量
第四计算模块，其用于计算飞行器的纵向导引指令 其中，ttran为飞行器进入巡航段时间，Ttran为过渡阶段时间常数，Wtran为过渡阶段权重因子，且Wtran为关于ttran的递减函数，0≤Wtran≤1，为刚进入巡航段的法向导引量。
本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述任一所述的方法。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任一所述的方法。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明提供的方法直接求出飞行器的纵向导引指令，在整个计算过程中，并不涉及求解极值，因而不会陷入求解最优解，能够有效收束飞行器能量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的无动力飞行器的纵向控制飞行能量管理方法流程图；
图2为本发明实施例提供的飞行器剩余航程变化示意图；
图3为本发明实施例提供的过渡阶段权重因子变化示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明实施例提供了一种无动力飞行器的纵向控制飞行能量管理方法，该方法包括如下步骤：
S1：计算动态导引量 具体的计算公式为其中，S为飞行器剩余航程；Slim为飞行器的航程门限值，是根据飞行任务设定的一个阈值，为固定值；V为飞行器的速度，为飞行器的加速度，C为导引常数，GM为地球常数，GM取3.986005×1014m3/s2，R为飞行器到地心的距离，Rt为飞行器的目标点到地心的距离，g为重力加速度，θ为飞行器的航迹倾角；
S2：计算纵向速度的法向导引量 其中，Vu为天向速度，Kxi为导引系数，取常量；
S3：计算稳定阶段的法向导引量
S4：计算飞行器的纵向导引指令 其中，ttran为飞行器进入巡航段时间，Ttran为过渡阶段时间常数，Wtran为过渡阶段权重因子，且Wtran为关于ttran的递减函数，0≤Wtran≤1，为刚进入巡航段的法向导引量。
其中，在步骤S1中，飞行器剩余航程S是通过飞行器当前位置x插值标准航迹得到，参见图2所示。
在步骤S4中，令Wtran＝f(ttran)，0≤ttran≤Ttran，f(0)＝1，f(Ttran)＝0，简单起见，Wtran为关于ttran的一阶线性函数或正弦函数，参见图3所示。
在步骤S1中，通过测量飞行器在X、Y、Z方向上的速度Vx、VY、VZ，从而可以计算得到飞行器的航迹倾角以及飞行器的速度
在步骤S1中，先获取飞行器的位置坐标，根据其位置坐标即可计算飞行器到地心的距离R，同时根据飞行器的目标点的位置坐标即可计算目标点到地心的距离Rt。
本发明利用飞行器当前势态和剩余航程估计飞行器当前能量，设计控制策略，求出飞行器的纵向导引指令，在整个计算过程中，并不涉及求解极值，因而不会陷入求解最优解，能够有效收束飞行器能量。本方法计算过程相对简单，实现容易。
本发明实施例还提供了一种无动力飞行器的纵向控制飞行能量管理系统，其包括第一计算模块、第二计算模块、第三计算模块和第四计算模块，其中：
第一计算模块用于计算动态导引量 其中，S为飞行器剩余航程，Slim为飞行器的航程门限值，V为飞行器的速度，为飞行器的加速度，C为导引常数，GM为地球常数，GM取3.986005×1014m3/s2，R为飞行器到地心的距离，Rt为飞行器的目标点到地心的距离，g为重力加速度，θ为飞行器的航迹倾角；
第二计算模块用于计算纵向速度的法向导引量 其中，Vu为天向速度，Kxi为导引系数，取常量；
第三计算模块用于计算稳定阶段的法向导引量
第四计算模块用于计算飞行器的纵向导引指令 其中，ttran为飞行器进入巡航段时间，Ttran为过渡阶段时间常数，Wtran为过渡阶段权重因子，且Wtran为关于ttran的递减函数，0≤Wtran≤1，为刚进入巡航段的法向导引量。
本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现无动力飞行器的纵向控制飞行能量管理方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现无动力飞行器的纵向控制飞行能量管理方法。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种无动力飞行器的纵向控制飞行能量管理方法，其特征在于，包括如下步骤：
计算动态导引量 其中，S为飞行器剩余航程，Slim为飞行器的航程门限值，V为飞行器的速度，为飞行器的加速度，C为导引常数，GM为地球常数，R为飞行器到地心的距离，Rt为飞行器的目标点到地心的距离，g为重力加速度，θ为飞行器的航迹倾角；
计算纵向速度的法向导引量 其中，Vu为天向速度，Kxi为导引系数，取常量；
计算稳定阶段的法向导引量
计算飞行器的纵向导引指令 其中，ttran为飞行器进入巡航段时间，Ttran为过渡阶段时间常数，Wtran为过渡阶段权重因子，且Wtran为关于ttran的递减函数，0≤Wtran≤1，为刚进入巡航段的法向导引量。
2.如权利要求1所述的无动力飞行器的纵向控制飞行能量管理方法，其特征在于：飞行器剩余航程S通过飞行器当前位置插值标准航迹得到。
3.如权利要求1所述的无动力飞行器的纵向控制飞行能量管理方法，其特征在于：令Wtran＝f(ttran)，0≤ttran≤Ttran，f(0)＝1，f(Ttran)＝0。
4.如权利要求1所述的无动力飞行器的纵向控制飞行能量管理方法，其特征在于：测量飞行器在X、Y、Z方向上的速度Vx、VY、VZ，计算飞行器的航迹倾角
5.如权利要求1所述的无动力飞行器的纵向控制飞行能量管理方法，其特征在于：测量飞行器在X、Y、Z方向上的速度Vx、VY、VZ，计算飞行器的速度
6.如权利要求1所述的无动力飞行器的纵向控制飞行能量管理方法，其特征在于：Wtran为关于ttran的一阶线性函数。
7.如权利要求1所述的无动力飞行器的纵向控制飞行能量管理方法，其特征在于：Wtran为关于ttran的正弦函数。
8.一种无动力飞行器的纵向控制飞行能量管理系统，其特征在于，其包括：
第一计算模块，其用于计算动态导引量 其中，S为飞行器剩余航程，Slim为飞行器的航程门限值，V为飞行器的速度，为飞行器的加速度，C为导引常数，GM为地球常数，R为飞行器到地心的距离，Rt为飞行器的目标点到地心的距离，g为重力加速度，θ为飞行器的航迹倾角；
第二计算模块，其用于计算纵向速度的法向导引量 其中，Vu为天向速度，Kxi为导引系数，取常量；
第三计算模块，其用于计算稳定阶段的法向导引量
第四计算模块，其用于计算飞行器的纵向导引指令 其中，ttran为飞行器进入巡航段时间，Ttran为过渡阶段时间常数，Wtran为过渡阶段权重因子，且Wtran为关于ttran的递减函数，0≤Wtran≤1，为刚进入巡航段的法向导引量。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1～7任一所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1～7任一所述的方法。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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