CN113515138A - 一种固定翼无人机航线重规划方法 - Google Patents

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李青原
周志广
许孟孟
高朋飞
龚麟
汤文杰
景晨
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Northwestern Polytechnical University
Xian Aisheng Technology Group Co Ltd
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Northwestern Polytechnical University
Xian Aisheng Technology Group Co Ltd
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
    • G05D1/104—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft involving a plurality of aircrafts, e.g. formation flying

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Abstract

本发明涉及一种固定翼无人机航线重规划方法，将折线段组成的航线预处理成由直线段和圆弧段组成的航线，消除航线方向的突变，使航线的方向连续变化，使飞机在沿航线飞行时航向指令连续无阶跃，转弯半径为飞机最小转弯半径，充分发挥了飞机的转弯性能。本方法充分发挥了飞机的转弯性能，在需要精确控制飞行航迹的场合，如侦察任务，编队飞行等，提供精确可行的飞行航线。

Description

一种固定翼无人机航线重规划方法
技术领域
本发明属于固定翼飞机航线规划技术领域，特别涉及一种固定翼无人机航线重规划方法。
背景技术
固定翼飞机航迹跟踪时，预置航迹一般为顺序的航路点衔接而成的折线段，当目标航线方向发生偏转时，即固定翼飞机需要转弯时，预置轨迹偏转角度发生阶跃变化，固定翼飞机的实际飞行轨迹在转弯段产生阶跃响应，需要较长的时间收敛，在转弯时有较长一段航迹无法实现精确跟踪。实际上，由于折线段航迹存在突变的轨迹偏转及自身的转弯半径的限制，固定翼飞机无法实现折线段构成的航迹的精确跟踪。
对于固定翼飞机而言，受最大滚转角和巡航速度的限制，飞机转弯时还存在最小转弯半径的限制。当飞机采用过点转弯策略时，切换下一航点，由于航迹方向突变和最小转弯半径的限制，航迹存在较大的超调过程。在实际飞行中常常采用提前转弯策略，即当飞机与目标航点的距离接近转弯半径时，提前切换下一航点，这样做的效果是使飞机拐弯时超调较小。提前转弯避免了转弯过程中出现较大的超调，但是提前转弯收敛过程较长，没有充分发挥飞机的转弯能力。
发明内容
本发明解决的技术问题是：为了充分利用飞机自身的控制性能，本发明提出一种航线设计方法，综合飞机的最小转弯半径，将航线转折部分用圆弧航线替代，使飞机在转弯过程中航向偏转指令逐渐变化，充分利用了飞机的转弯性能。
本发明的技术方案是：一种固定翼无人机航线重规划方法，包括以下步骤：
步骤1：定义固定翼无人机其中一条航线上的三个航点分别为k-1，k，k+1；
步骤2：当航段(k-1,k)切换到航段(k,k+1)时，计算航段(k,k+1)相对航段(k-1,k)的航向偏转角度Δψ，其中
Figure BDA0003115434920000021
即向量
Figure BDA0003115434920000022
和向量
Figure BDA0003115434920000023
的夹角；
步骤3：计算η＝(180°-Δψ)/2；
步骤4：根据飞机当前的转弯半径r计算距离L，L＝r/cot(η)；
步骤5：根据航点K-1，K，K+1的坐标和距离L计算圆弧航线的两端Ka,Kb 的坐标；
步骤6：航点Kb标记为圆弧航点；
步骤7：生成航线段(K-1,Ka,Kb,K+1)，最终将直线航段变为圆弧航段。
本发明进一步的技术方案是：所述步骤4中，距离L即为Ka和k之间的距离，也为 k和Kb之间的距离。
发明效果
本发明的技术效果在于：本发明将折线段组成的航线预处理成由直线段和圆弧段组成的航线，消除航线方向的突变，使航线的方向连续变化，使飞机在沿航线飞行时航向指令连续无阶跃，转弯半径为飞机最小转弯半径，充分发挥了飞机的转弯性能。本方法充分发挥了飞机的转弯性能，在需要精确控制飞行航迹的场合，如侦察任务，编队飞行等，提供精确可行的飞行航线。
附图说明
图1为现有技术中的飞行航线示意图
图2为侧向偏差控制示意图
图3为过点转弯效果图
图4为提前转弯效果图
图5为采用本方法的飞机航线示意图
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参见图1-图5，本发明的技术方案为：如图所示为一条航线上的三个航点，航段(k-1, k)切换到航段(k,k+1)时，
(1)：计算航段(k,k+1)相对航段(k-1,k)的航向偏转角度Δψ；
(2)：计算η＝(180°-Δψ)/2；
(3)：根据飞机当前的转弯半径r计算距离L，L＝r/cot(η)；
(4)：根据航点K-1，K，K+1的坐标和距离L计算Ka，Kb的坐标；
(5)：航点Kb标记为圆弧航点；
(6)：生成航线段(K-1,Ka,Kb,K+1)，其中(Ka,Kb)为圆弧航线。
需要说明的是，本方法最终是将直线航段(k-1，k，k+1)生成直线、圆弧组合的航段(k-1，Ka，Kb，k+1)，其中(k-1，Ka)为直线，(Ka,Kb)为圆弧，(Kb，k+1)为直线。
本实施例是一种固定翼飞机航线重规划方法。
图1所示为一条包含N个航点的航线，1点为起飞点，N点为回收点，2～N-1点为中间航点。
(1)第一个航点为重规划航线的第一个航点；
(2)第2～N个航点开始依次弧线处理，得到重规划航点2～2N-3；
(3)第N个航点为重归划航线的第2N-2个航点；
(4)得到图2所示航线，飞机目标航点为圆弧点标记时，切换圆弧航线控制律，飞机目标航。

Claims (2)

1.一种固定翼无人机航线重规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：定义固定翼无人机其中一条航线上的三个航点分别为k-1，k，k+1；
步骤2：当航段(k-1,k)切换到航段(k,k+1)时，计算航段(k,k+1)相对航段(k-1,k)的航向偏转角度Δψ，其中
Figure FDA0003115434910000011
即向量
Figure FDA0003115434910000012
和向量
Figure FDA0003115434910000013
的夹角；
步骤3：计算η＝(180°-Δψ)/2；
步骤4：根据飞机当前的转弯半径r计算距离L，L＝r/cot(η)；
步骤5：根据航点K-1，K，K+1的坐标和距离L计算圆弧航线的两端Ka,Kb的坐标；
步骤6：航点Kb标记为圆弧航点；
步骤7：生成航线段(K-1,Ka,Kb,K+1)，最终将直线航段变为圆弧航段。
2.如权利要求1所述的一种固定翼无人机航线重规划方法，其特征在于，所述步骤4中，距离L即为Ka和k之间的距离，也为k和Kb之间的距离。
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