基于位置偏差向量分解的无人战斗机机动飞行四维制导方法、装置

本技术涉及飞行控制，具体涉及一种基于位置偏差向量分解的无人战斗机机动飞行四维制导方法、装置。

背景技术：

1、随着先进传感器、计算能力和自主控制技术的不断进步，无人系统在军事领域的应用越来越广泛。无人飞行器由于不受人员生存安全的限制，可以承担风险更高的任务，从而提供更大的军事优势。在现代战场上，无人战斗机需要能够在空中攻击敌方飞行器或躲避敌方火力。为高效、准确和成功地实现各种作战任务，保证无人战斗机的战术效能、生存能力和战场适应性，要求飞行控制系统能够控制无人战斗机根据要求在规定的时间到达规定的三维位置，因此，需对无人战斗机的机动飞行轨迹进行跟踪控制，以确保在无人战斗机按规划的轨迹精确飞行。

技术实现思路

1、为了解决现有的对无人战斗机以机动飞行姿态精确跟踪机动轨迹的问题，本技术提供一种基于位置偏差向量分解的无人战斗机机动飞行四维制导方法、装置。

2、第一方面，本发明实施例提供一种基于位置偏差向量分解的无人战斗机机动飞行四维制导方法，包括：

3、构建无人战斗机在第一坐标系下关于时间的规划状态量；

4、根据所述无人战斗机的实际状态量与规划状态量，得到状态偏差量；

5、基于所述第一坐标系与第二坐标系的关系，确定所述状态偏差量相对于第二坐标系的转换偏差量；

6、根据所述转换偏差量，确定对所述无人战斗机的控制量；

7、基于所述控制量，对所述无人战斗机机动飞行进行制导。

8、在一种具体的实施方案中，所述规划状态量包含有所述无人战斗机相对于第一坐标系的三个平动自由度的位置分量。

9、在一种具体的实施方案中，所述根据所述无人战斗机的实际状态量与规划状态量，得到状态偏差量，包括：

10、获取所述无人战斗机在时刻t的实际状态量[xg(t) yg(t) h(t)]t，其中xg(t)、yg(t)、h(t)分别为实际状态量相对于第一坐标系的三个平动自由度的位置分量；

11、获取所述无人战斗机在时刻t的规划状态量其中分别为规划状态量相对于第一坐标系的三个平动自由度的位置分量；

12、根据所述实际状态量与规划状态量，确定所述无人战斗机在时刻t的状态偏差量d，其中

13、在一种具体的实施方案中，所述基于所述第一坐标系与第二坐标系的关系，确定所述状态偏差量相对于第二坐标系的转换偏差量，包括：

14、确定所述第一坐标系与第二坐标系的转换关系矩阵dcmeb；

15、基于所述转换关系矩阵dcmeb，确定所述状态偏差量矩阵d相对于第二坐标系的转换偏差量矩阵db：

16、db＝dcmebd。

17、在一种具体的实施方案中，所述根据所述转换偏差量，确定对所述无人战斗机的控制量，包括：

18、确定转换偏差量在第二坐标系的三个平动自由度的偏差分量dbx、dby、dbz；

19、基于动力学方法，以无人战斗机在时刻t的速度增量δvr(t)、速度滚转角增量δμr(t)、迎角增量δαr(t)分别对所述偏差分量dbx、dby、dbz进行校正；

20、根据所述无人战斗机在时刻t的速度规划值速度滚转角规划值迎角规划值以及在时刻t的所述速度增量δvr(t)、速度滚转角增量δμr(t)、迎角增量δαr(t)，得到所述无人战斗机在时刻t的速度期望值vr(t)、速度滚转角期望值μr(t)、迎角期望值αr(t)：

21、根据所述速度期望值vr(t)、速度滚转角期望值μr(t)、迎角期望值αr(t)，确定对所述无人战斗机在时刻t的控制量。

22、在一种具体的实施方案中，所述基于所述控制量，对所述无人战斗机机动飞行进行制导，包括：

23、根据所述速度期望值vr(t)、以及所述无人战斗机的油门规划值确定对所述无人战斗机机动飞行控制的油门控制指令δp_r；

24、根据所述速度滚转角期望值μr(t)，确定对所述无人战斗机机动飞行控制的速度滚转角控制指令δa_r；

25、根据所述迎角期望值αr(t)，确定对所述无人战斗机机动飞行控制的迎角控制指令δe_r。

26、在一种具体的实施方案中，所述第一坐标系为地面坐标系，所述第二坐标系为所述无人战斗机的机体坐标系。

27、在一种具体的实施方案中，所述无人战斗机在时刻t的速度增量δvr(t)、速度滚转角增量δμr(t)、迎角增量δαr(t)分别为：

28、

29、

30、

31、其中kp_x、kp_y、kp_z为比例增益参数，kd_x、kd_y、kd_z为微分增益参数，分别为所述偏差分量dbx、dby、dbz的一阶导数。

32、第二方面，本发明的实施例还提供一种基于位置偏差向量分解的无人战斗机机动飞行四维制导装置，所述基于位置偏差向量分解的无人战斗机机动飞行四维制导装置，包括：

33、状态量单元，用于构建无人战斗机在第一坐标系下关于时间的规划状态量；

34、偏差量单元，用于根据所述无人战斗机的实际状态量与规划状态量，得到状态偏差量；

35、转换单元，用于基于所述第一坐标系与第二坐标系的关系，确定所述状态偏差量相对于第二坐标系的转换偏差量；

36、制导单元，用于根据所述转换偏差量，确定对所述无人战斗机的控制量；

37、控制单元，用于基于所述控制量，对所述无人战斗机机动飞行进行制导。

38、在一种具体的实施方案中，所述规划状态量包含有所述无人战斗机相对于第一坐标系的三个平动自由度的位置分量。

39、在一种具体的实施方案中，所述偏差量单元包括：

40、实际状态量模块，用于获取所述无人战斗机在时刻t的实际状态量[xg(t) yg(t) h(t)]t，其中xg(t)、yg(t)、h(t)分别为实际状态量相对于第一坐标系的三个平动自由度的位置分量；

41、规划状态量模块，用于获取所述无人战斗机在时刻t的规划状态量其中分别为规划状态量相对于第一坐标系的三个平动自由度的位置分量；

42、状态偏差量模块，用于根据所述实际状态量与规划状态量，确定所述无人战斗机在时刻t的状态偏差量d，其中

43、在一种具体的实施方案中，所述转换单元包括：

44、转换关系模块，用于确定所述第一坐标系与第二坐标系的转换关系矩阵dcmeb；

45、转换偏差量模块，用于基于所述转换关系矩阵dcmeb，确定所述状态偏差量矩阵d相对于第二坐标系的转换偏差量矩阵db：

46、db＝dcmebd。

47、在一种具体的实施方案中，所述制导单元包括：

48、偏差分量模块，用于确定转换偏差量在第二坐标系的三个平动自由度的偏差分量dbx、dby、dbz；

49、增量校正模块，用于基于动力学方法，以无人战斗机在时刻t的速度增量δvr(t)、速度滚转角增量δμr(t)、迎角增量δαr(t)分别对所述偏差分量dbx、dby、dbz进行校正；

50、期望值模块，用于根据所述无人战斗机在时刻t的速度规划值速度滚转角规划值迎角规划值以及在时刻t的所述速度增量δvr(t)、速度滚转角增量δμr(t)、迎角增量δαr(t)，得到所述无人战斗机在时刻t的速度期望值vr(t)、速度滚转角期望值μr(t)、迎角期望值αr(t)：

51、确定控制量模块，用于根据所述速度期望值vr(t)、速度滚转角期望值μr(t)、迎角期望值αr(t)，确定对所述无人战斗机在时刻t的控制量。

52、在一种具体的实施方案中，所述控制单元，包括：

53、速度控制模块，用于根据所述速度期望值vr(t)、以及所述无人战斗机的油门规划值确定对所述无人战斗机机动飞行控制的油门控制指令δp_r；

54、速度滚转角控制模块，用于根据所述速度滚转角期望值μr(t)，确定对所述无人战斗机机动飞行控制的速度滚转角控制指令δa_r；

55、迎角控制模块，用于根据所述迎角期望值αr(t)，确定对所述无人战斗机机动飞行控制的迎角控制指令δe_r。

56、在一种具体的实施方案中，所述第一坐标系为地面坐标系，所述第二坐标系为所述无人战斗机的机体坐标系。

57、在一种具体的实施方案中，所述无人战斗机在时刻t的速度增量δvr(t)、速度滚转角增量δμr(t)、迎角增量δαr(t)分别为：

58、

59、

60、

61、其中kp_x、kp_y、kp_z为比例增益参数，kd_x、kd_y、kd_z为微分增益参数，分别为所述偏差分量dbx、dby、dbz的一阶导数。

62、本发明的实施例提供的基于位置偏差向量分解的无人战斗机机动飞行四维制导方法、装置，通过构建无人战斗机在第一坐标系下关于时间的规划状态量；然后根据所述无人战斗机的实际状态量与规划状态量，得到状态偏差量；进一步地，基于所述第一坐标系与第二坐标系的关系，确定所述状态偏差量相对于第二坐标系的转换偏差量；在此基础上，根据所述转换偏差量，确定对所述无人战斗机的控制量；从而基于所述控制量，实现对所述无人战斗机机动飞行进行制导。通过对无人战斗机的状态偏差量在两个坐标系进行表征与转换，便于对无人战斗机确定相对于第二坐标系的控制量，以消除无人战斗机的状态偏差量，从而实现对无人战斗机规划机动轨迹的精确跟踪控制。