CN105116915A - 一种采用多模卫星导航的翼伞飞行航迹控制*** - Google Patents

一种采用多模卫星导航的翼伞飞行航迹控制*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用多模卫星导航的翼伞飞行航迹控制***，包括设置在翼伞上的综合解算模块，以及均与其连接的多模定位模块和航迹规划模块，航迹规划模块还与飞控跟踪模块相连；还包括设置在空投场地的气象测试模块和地形数据获取模块。本发明提高了导航的可靠性及精度，同时，解决了当前翼伞航迹控制中的盲动性，使着陆精度的可达率提高。

Description

一种采用多模卫星导航的翼伞飞行航迹控制***
技术领域
本发明涉及翼伞控制领域，尤其涉及一种采用多模卫星导航的翼伞飞行航迹控制***。
背景技术
在遥控空投***中，首先通过导航模块获得空投***在空中的位置、高度、速度等信息，翼伞航迹控制器采用导航信息进行分析解算，规划好飞行控制的轨迹，控制翼伞按照航迹完成飞行。
现有技术中，翼伞飞行航迹控制器采用单一的GPS卫星定位导航，通过接收GPS卫星信号进行定位解算获得导航信息。单一的GPS导航控制体制在使用条件较好的情况下，例如地域开阔，无遮挡，***工作条件稳定无干扰时，可以正常发挥导航定位功能。但由于单一导航体制的限制，在诸如局部地区使用受限，外界实施干扰等特殊环境下使用时，将无法实时持续准确地获知翼伞的运动信息，造成翼伞精确归航控制精度降低。
另一方面，现有技术中翼伞飞行控制忽略气象条件、投放条件、地形环境等外接因素，采用分段控制策略，或翼伞***自适应控制模式，没有规划飞行轨迹，使空投***实现精确定点着陆控制存在一定的风险，难于准确实现。
在中国发明专利说明书CN201410437417中公开了一种翼伞定点归航伺服控制装置及控制方法。该发明的翼伞定点归航伺服控制装置，包括动力电池、驱动控制器和操纵绳控制装置，动力电池对驱动控制器和操纵绳控制装置供电，驱动控制器接收控制信号并驱动控制操纵绳控制装置。该发明虽然能够对翼伞归航起到一定的控制作用，但是该发明无法在单一导航体制失效的情况下进行精确的归航控制，并且没有考虑气象条件、投放条件、地形环境等外接因素对飞行航迹控制的影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中翼伞控制单一的GPS导航体制容易失效，且不考虑气象条件和地形环境的缺陷，提供一种采用多模卫星导航***，并且同时对气象条件和地形环境进行监测的翼伞飞行航迹控制***。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种采用多模卫星导航的翼伞飞行航迹控制***，包括设置在翼伞上的综合解算模块，以及均与其连接的多模定位模块和航迹规划模块，所述航迹规划模块还与飞控跟踪模块相连；还包括设置在空投场地的气象测试模块和地形数据获取模块；
所述多模定位模块实时获取多个卫星导航***的信号，测得翼伞的定位信息，并对导航数据质量进行监控，剔除被干扰的数据，输出有效的导航参数；
所述气象测试模块用于监测空投场地的高空各层的风速、风向信息；
所述地形数据获取模块用于从地形环境数据库中获取当前空投场地的地理信息；
所述综合解算模块接收来自所述多模定位模块、气象测试模块和地形数据获取模块获取到的信息，并对其进行解算处理，提取风场数据、地理数据和航迹规划关键点数据。
所述航迹规划模块接收来自所述综合解算模块的解算处理结果数据，并结合翼伞的当前位置、速度、高度、航向角和运动状态信息，制定飞行轨迹，得出N个航迹点的坐标；
所述飞控跟踪模块接收来自航迹规划模块计算得出的N个航迹点的坐标，根据该坐标改变翼伞的飞行方向，逐个跟踪航迹点的位置，并计算翼伞当前位置与航迹点的位置偏差，根据偏差的大小控制翼伞的航向变化。
该***还包括输入检测终端，所述输入检测终端用于在地面准备阶段与所述航迹规划模块连接，并将着陆目标点的信息输入所述航迹规划模块，输入完成后断开连接。
该***还包括与所述综合解算模块、所述航迹规划模块和所述飞控跟踪模块均相连的数据存储模块，所述数据存储模块用于存储导航参数、航迹数据和控制指令。
该***还包括与所述飞控跟踪模块相连的驱动器，所述驱动器接收来自所述飞控跟踪模块的控制信号，并对控制信号进行驱动放大。
该***还包括与驱动器相连的电机伺服机构，所述电机伺服机构接收来自所述驱动器的控制信号，完成对翼伞操纵绳的收缩或释放。
所述多模定位模块包括北斗/GPS接收模块和GPS/GLONASS接收模块。
所述气象测试模块包括气象雷达和探空仪。
所述气象测试模块监测空投场地上空每隔100M高度的风向和风速信息。
所述地形数据获取模块获取空投场地中心区域半径20KM范围内的高程关键点的位置和高度信息。
本发明产生的有益效果是：本发明提供一种采用多模卫星导航的翼伞飞行航迹控制***，采用组合式多模卫星导航，克服了单一GPS卫星导航的使用局限性，提高了导航的可靠性及精度；同时，翼伞航迹控制器通过综合解算导航信息、气象信息、地理信息等外接环境信息，结合翼伞自身的运动特性，规划出合理的飞行轨迹，控制翼伞空投***按照规划好的轨迹完成飞行，解决了当前翼伞航迹控制中的盲动性，使着陆精度的可达率提高。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的采用多模卫星导航的翼伞飞行航迹控制***的***框图；
图2是本发明实施例的采用多模卫星导航的翼伞飞行航迹控制***的结构示意图；
图3是本发明实施例的采用多模卫星导航的翼伞飞行航迹控制***的***的工作流程图；
图4是本发明实施例的采用多模卫星导航的翼伞飞行航迹控制***的***的参数注入界面实例图；
图中1-综合解算模块，2-多模定位模块，3-气象测试模块，4-地形数据获取模块，5-航迹规划模块，6-飞控跟踪模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，是本发明实施例的采用多模卫星导航的翼伞飞行航迹控制***的***框图，包括设置在翼伞上的综合解算模块1，以及均与其连接的多模定位模块2和航迹规划模块5，航迹规划模块5还与飞控跟踪模块6相连；还包括设置在空投场地的气象测试模块3和地形数据获取模块4。
多模定位模块2实时获取多个卫星导航***的信号，测得翼伞的定位信息，并对导航数据质量进行监控，剔除被干扰的数据，输出有效的导航参数；多模定位模块2包括北斗/GPS接收模块和GPS/GLONASS接收模块。
气象测试模块3包括气象雷达和探空仪，用于监测空投场地的高空各层的风速、风向信息，每隔100M高度提取一次风向、风速信息。
地形数据获取模块4用于从地形环境数据库中获取当前空投场地的地理信息，获取空投场地中心区域半径20KM范围内的高程关键点的位置和高度信息。
综合解算模块1接收来自多模定位模块2、气象测试模块3和地形数据获取模块4获取到的信息，并对其进行解算处理，提取风场数据、地理数据和航迹规划关键点数据。
航迹规划模块5接收来自综合解算模块1的解算处理结果数据，并结合翼伞的当前位置、速度、高度、航向角和运动状态信息，制定飞行轨迹，得出N个航迹点的坐标。
飞控跟踪模块6接收来自航迹规划模块5计算得出的N个航迹点的坐标，根据该坐标改变翼伞的飞行方向，逐个跟踪航迹点的位置，并计算翼伞当前位置与航迹点的位置偏差，根据偏差的大小控制翼伞的航向变化。
如图2所示，是本发明实施例的结构示意图，该***还包括输入检测终端，输入检测终端用于在地面准备阶段与所述航迹规划模块5连接，并将着陆目标点的信息输入航迹规划模块5，输入完成后断开连接。
该***还包括与综合解算模块1、航迹规划模块5和飞控跟踪模块6均相连的数据存储模块，所述数据存储模块用于存储导航参数、航迹数据和控制指令。
该***还包括与飞控跟踪模块6相连的驱动器，驱动器接收来自飞控跟踪模块6的控制信号，并对控制信号进行驱动放大。与驱动器相连的还有电机伺服机构，电机伺服机构接收来自驱动器的控制信号，完成对翼伞操纵绳的收缩或释放。
如图3所示，是本发明实施例的***工作流程图，结合操作的具体步骤对本实施例进行详细说明。
在地面准备阶段，将输入检测终端与航迹控制器5连接，目标点的经纬度、海拔高度通过输入检测终端的输入检测软件写入，注入到航迹控制器5中，注入软件界面如图4所示。
空投前，气象雷达或探空仪测得空投场的风场信息，包含每100M高度的风向及风速数据，通过有线传输或者无线传输的方式输送至综合结算模块1。从大地地理信息数据库获取空投场的关键地形数据，主要是距离空投场着陆中心区域半径20KM范围内的高程信息，高程关键点的位置及高度，输送至综合解算模块1。
空投后，北斗/GPS卫星接收机和GPS/GLONASS卫星接收机获取组合的导航定位数据，包含：空投***实时的经纬度、高度、速度、航向角等参数，通过串口输出至综合解算模块1。综合结算模块对获取的气象数据、地形数据、导航参数，结合空投点的投放位置，进行分析判定，找出关键控制点信息。关键控制点信息进入航迹规划模块5，航迹规划模块5分析关键点，针对翼伞动力学模型，结合翼伞的操纵运动特性，规划出翼伞的飞行轨迹，得到1～N个航迹点坐标及编号。飞控跟踪模块6按照规划好的航迹点的编号顺序，逐个跟踪飞行至航迹点的坐标位置，在飞行跟踪的过程中，实时对测得的空投***位置信息与跟踪点的位置信息进行比较，得到两者之间偏差的距离、偏差的角度、高度差，发出控制指令，控制指令为电机的转动信号，电机转动带动翼伞操纵绳收缩或释放，从而调整翼伞飞行方向。空投***达到预设的航迹点位置，随后进入下一个航迹点，直至精确着陆。
本发明实施例的工作过程可以详细划分为以下几个步骤：
1、遥控空投***空投前的地面准备阶段，将输入检测终端与翼伞航迹规划器之间通讯接口连接，在输入检测终端上写入着陆目标点的的经度、纬度、海拔高度，通过通讯接口将着陆目标点信息注入到翼伞航迹规划器。
2、***投放前，利用探空仪、气象雷达等气象测试设备测得空投场投放高度范围内的风速风向信息，获得相对高度每递增100M高层的风速，风向。
3、结合空投着陆场的地理位置，调取地形数据库，获得距离空投着陆场中心20KM范围内的关键地形数据：海拔高度、高程地形。
4、遥控空投***投放后，翼伞展开，处于全滑翔状态，此时北斗/GPS/GLONASS多模卫星接收机接收卫星信号，锁星定位，获得遥控空投***当前位置、高度、速度、航向角、运动状态等参数。
5、导航数据、气象数据、地理数据、投放点的位置数据等送入解算模块，按照数据处理规则进行解算处理，得到航迹规划关键点数据。
6、航迹规划分析关键点数据，结合翼伞自身的动力学模型，针对翼伞的运动特性，制定合理的飞行轨迹，形成1～N个航迹点坐标。
7、飞控跟踪根据1～N个航迹点坐标，改变翼伞的飞行方向，逐个跟踪航迹点位置。在跟踪航迹点位置的过程中，飞控***采集导航***输出的空投***位置信息，与航迹点位置信息进行比较判断，得到偏航信息，调整翼伞飞行方向，使空投***逐渐逼近航迹点位置。
8、飞控跟踪得到空投***当前位置与航迹点位置的偏差，根据偏差的大小制定出对翼伞的操作指令，即决策出翼伞的操纵量。发出操纵量指令，该指令通过驱动单元放大，通过继电器控制电机伺服机构的转动或停止，从而收缩或释放翼伞操纵绳。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种采用多模卫星导航的翼伞飞行航迹控制***，其特征在于，包括设置在翼伞上的综合解算模块（1），以及均与其连接的多模定位模块（2）和航迹规划模块（5），所述航迹规划模块（5）还与飞控跟踪模块（6）相连；还包括设置在空投场地的气象测试模块（3）和地形数据获取模块（4）；
所述多模定位模块（2）实时获取多个卫星导航***的信号，测得翼伞的定位信息，并对导航数据质量进行监控，剔除被干扰的数据，输出有效的导航参数；
所述气象测试模块（3）用于监测空投场地的高空各层的风速、风向信息；
所述地形数据获取模块（4）用于从地形环境数据库中获取当前空投场地的地理信息；
所述综合解算模块（1）接收来自所述多模定位模块（2）、气象测试模块（3）和地形数据获取模块（4）获取到的信息，并对其进行解算处理，提取风场数据、地理数据和航迹规划关键点数据；
所述航迹规划模块（5）接收来自所述综合解算模块（1）的解算处理结果数据，并结合翼伞的当前位置、速度、高度、航向角和运动状态信息，制定飞行轨迹，得出N个航迹点的坐标；
所述飞控跟踪模块（6）接收来自航迹规划模块（5）计算得出的N个航迹点的坐标，根据该坐标改变翼伞的飞行方向，逐个跟踪航迹点的位置，并计算翼伞当前位置与航迹点的位置偏差，根据偏差的大小控制翼伞的航向变化。
2.根据权利要求1所述的采用多模卫星导航的翼伞飞行航迹控制***，其特征在于，该***还包括输入检测终端，所述输入检测终端用于在地面准备阶段与所述航迹规划模块（5）连接，并将着陆目标点的信息输入所述航迹规划模块（5），输入完成后断开连接。
3.根据权利要求1所述的采用多模卫星导航的翼伞飞行航迹控制***，其特征在于，该***还包括与所述综合解算模块（1）、所述航迹规划模块（5）和所述飞控跟踪模块（6）均相连的数据存储模块，所述数据存储模块用于存储导航参数、航迹数据和控制指令。
4.根据权利要求1所述的采用多模卫星导航的翼伞飞行航迹控制***，其特征在于，该***还包括与所述飞控跟踪模块（6）相连的驱动器，所述驱动器接收来自所述飞控跟踪模块（6）的控制信号，并对控制信号进行驱动放大。
5.根据权利要求4所述的采用多模卫星导航的翼伞飞行航迹控制***，其特征在于，该***还包括与驱动器相连的电机伺服机构，所述电机伺服机构接收来自所述驱动器的控制信号，完成对翼伞操纵绳的收缩或释放。
6.根据权利要求1所述的采用多模卫星导航的翼伞飞行航迹控制***，其特征在于，所述多模定位模块（2）包括北斗/GPS接收模块和GPS/GLONASS接收模块。
7.根据权利要求1所述的采用多模卫星导航的翼伞飞行航迹控制***，其特征在于，所述气象测试模块（3）包括气象雷达和探空仪。
8.根据权利要求1所述的采用多模卫星导航的翼伞飞行航迹控制***，其特征在于，所述气象测试模块（3）监测空投场地上空每隔100M高度的风向和风速信息。
9.根据权利要求1所述的采用多模卫星导航的翼伞飞行航迹控制***，其特征在于，所述地形数据获取模块（4）获取空投场地中心区域半径20KM范围内的高程关键点的位置和高度信息。
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