RU2708412C1 - Способ управления беспилотным планирующим летательным аппаратом на траекториях с изменениями направлений движения в заданных опорных точках - Google Patents
Способ управления беспилотным планирующим летательным аппаратом на траекториях с изменениями направлений движения в заданных опорных точках Download PDFInfo
- Publication number
- RU2708412C1 RU2708412C1 RU2019108355A RU2019108355A RU2708412C1 RU 2708412 C1 RU2708412 C1 RU 2708412C1 RU 2019108355 A RU2019108355 A RU 2019108355A RU 2019108355 A RU2019108355 A RU 2019108355A RU 2708412 C1 RU2708412 C1 RU 2708412C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- uav
- guidance
- trajectory
- reference point
- coordinate system
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 210000001061 forehead Anatomy 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу управления беспилотным планирующим летательным аппаратом (БПЛА). Для управления БПЛА формулируют и решают в каждом цикле наведения краевую задачу наведения БПЛА на каждую опорную точку траектории в сопровождающей системе координат с началом на текущем радиус-векторе центра масс БПЛА на высоте, равной высоте следующей опорной точки траектории, при сближении с точкой наведения до расстояния, при котором можно осуществлять разворот в новое направление движения формулируют и решают краевую задачу в прямоугольной целевой системе координат с началом в точке наведения, горизонтально расположенные оси которой в каждом цикле наведения по определенному алгоритму разворачивают в горизонтальной плоскости на малые углы вплоть до окончания разворота траектории БПЛА в направлении движения на очередную опорную точку. Обеспечивается снижение потерь скорости БПЛА при изменении направления движения. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области наведения беспилотных планирующих летательных аппаратов (БПЛА) и может быть использовано при создании и эксплуатации таких летательных аппаратов.
Наиболее близким к данному изобретению является «Способ управления беспилотным планирующим летательным аппаратом» (RU 2654238, 2018), базирующийся на следующих основных положениях:
1. БПЛА движется в высоких слоях атмосферы, обладает возможностью автономного управления величиной и направлением аэродинамической подъемной силы путем целенаправленного изменения угла аэродинамического крена ϕ и угла атаки α.
2. Управление БПЛА заключается в последовательном наведении на каждую из совокупности опорных точек траектории Mj (j=1, …, N), заданной геодезическими координатами Bj, Lj, Hj, и направлениями их пролета, заданными углами азимута Aj и наклона к местным горизонтам θj.
3. Наведение БПЛА осуществляется с использованием терминального метода наведения «по требуемому ускорению», который включает решение краевой задачи наведения с целью определения требуемого ускорения, обеспечивающего перевод БПЛА из текущего положения в требуемое конечное, задаваемое в каждой очередной опорной точке траектории.
Предполагается, что текущие навигационные параметры БПЛА определяются в относительной геоцентрической гринвичской прямоугольной системе координат Oξηζ, в которой ось Oξ направлена к северу по оси вращения Земли, ось Оη в плоскости экватора пересекает Гринвичский меридиан, ось Oζ дополняет систему до правой.
4. В качестве целевой системы координат, в которой формулируется и решается краевая задача, выбирается сопровождающая системы координат Scxcyczc с началом на радиус-векторе центра масс БПЛА в точке Sc, высота которой постоянна и равна высоте очередной точки наведения. Ось Scyc системы Scxcyczc направлена вдоль радиус-вектора от центра масс БПЛА - точки S; ось Sczc - по нормали к плоскости Пс, образуемой двумя радиус - векторами и , исходящими из центра Земли. Ось Scxc дополняет целевую систему координат до правой.
Уравнения движения БПЛА в краевой задаче наведения интегрируются при следующих краевых условиях:
В формуле (1) у=H(t)-Hj, а проекции вектора скорости на оси системы координат Scxcyczc определяются по формуле:
где матрица направляющих косинусов, связывающая относительную геоцентрическую гринвичскую систему координат с текущей сопровождающей системой координат, определяется в каждом цикле наведения в виде:
5. Решение краевой задачи в аналитическом виде в способе-аналоге получено при допущении о постоянстве ускорения силы притяжения и незначительности влияния вращения Земли на непрерывно уменьшающемся участке наведения, а также при представлении требуемого кажущегося ускорения в форме простой интегрируемой функции - временного полинома первого порядка:
Полученные в результате решения краевой задачи проекции кажущегося ускорения на оси сопровождающей системы координат Scxcyczc имеют вид:
6. Требуемое значение угла аэродинамического крена рассчитывается по формуле:
Требуемое значение угла атаки αmp определяется после определения требуемого значения коэффициента подъемной аэродинамической силы из выражения с помощью таблиц, представляющих зависимость коэффициента от высоты Н, числа Маха М и угла атаки:
Недостатком способа-аналога является то, что при изменении направления движения БПЛА на следующую опорную точку Mj+1 в новой сопровождающей системе координат на этапе разворота траектории в краевой задаче наведения существенно возрастают величины краевых условий на левом конце траектории - значения параметров Vz,y,Vy (см. фиг. 1) и, как следствие, возрастают значения требуемых ускорений (см. формулы (6), (7)), возрастают углы атаки αmp и крена ϕmp (см. формулы (8) и (9)), а следствием увеличения угла атаки является возрастание аэродинамической силы лобового сопротивления и потери скорости БПЛА.
Задачей предлагаемого изобретения является внесение в бортовой алгоритм наведения БПЛА изменений, которые позволят существенно снизить потери скорости БПЛА при изменениях направлений движения.
Технический результат достигается тем, что краевую задачу наведения БПЛА на каждую очередную опорную точку траектории в каждом цикле наведения формулируют и решают в сопровождающей системе координат с началом на текущем радиус-векторе центра масс БПЛА на высоте, равной высоте следующей опорной точки траектории, а при сближении с точкой наведения до расстояния, потребного на разворот в новое направление движения, краевую задачу наведения формулируют и решают в прямоугольной целевой системе координат с началом в точке наведения, горизонтально расположенные оси которой в каждом цикле наведения по определенному алгоритму разворачивают в горизонтальной плоскости на малые углы вплоть до окончания разворота траектории БПЛА в направлении движения на очередную опорную точку.
Расстояние, потребное на разворот в новое направление движения, в угловой мере определено численными экспериментами для всех траекторий БПЛА равным 1 градусу центрального угла (из центра Земли) между текущим радиус-вектором и радиус-вектором точки наведения.
В силу малости изменений ориентации целевой системы координат Mjxyz и относительной близости БПЛА к точке наведения значения краевых условий и, соответственно, требуемых поперечных ускорений и углов атаки будут малыми. Соответственно и потери скорости БПЛА от сопротивления атмосферы будут малыми.
Сущность изобретения поясняется приведенным ниже описанием, фигурой 1 и подтверждается примером моделирования траектории БПЛА при реализации ближайшего способа и предложенного способа управления в таблицах 1, 2.
Суть предлагаемого способа управления БПЛА заключается в том, что как и в ближайшем аналоге, наведение БПЛА на каждую опорную точку осуществляется с определением управляющих параметров в сопровождающей системе координат Scxcyczc, а с определенного расстояния до опорной точки, с которого начинается разворот траектории в направлении на следующую опорную точку, расчет управляющих параметров осуществляется в целевой системе координат Mjxyz с началом в опорной точке, а горизонтально расположенные оси в каждом цикле наведения разворачиваются на малые углы в сторону следующей опорной точки (фиг. 1).
Алгоритм наведения БПЛА с разворотом траектории на следующую опорную точку включает:
1. Задание начальной ориентации целевой системы координат Mjxyz ортами , вычисляемыми в базовой системе координат Oξηζ:
2. Задание разворота осей осей Mjz и Mjx относительно вертикальной оси Mjy на малый угол Δλ:
а) вычисление вектора
Фj,j+1 - угловая дальность между опорными точками;
б) определение числа малых поворотов осей Mjz и Mjx, на которые делится полный угол разворота осей:
где ΔТцн - продолжительность цикла наведения, k - коэффициент кратности;
Т - прогнозируемое время полета БПЛА до опорной точки, определяемое по приближенной формуле:
3. Формирование краевых условий задачи наведения с разворотом наточку Mj+1 в системе координат Mjxyz:
а элементы матрицы Mx←ξ определяются составляющими ее ортов:
4. Решение краевой задачи с определением требуемых поперечных ускорений на момент t+ΔТцн/2 в виде:
5. Определение требуемых значений управляющих параметров - угла атаки αmp и угла аэродинамического крена ϕmp - осуществляется так же как при решении краевой задачи в сопровождающей системе координат, т.е. по формулам (8) и (9).
Малые значения величин αmp и ϕmp на участках разворота траектории при смене направлений движения обеспечивают малые потери скорости от сопротивления атмосферы, дальности полета и скорости БПЛА в конечной точке траектории.
Результаты сравнительного моделирования полета БПЛА с применением разработанного способа управления БПЛА и способа управления, описанного в аналоге [1], представлены в таблицах 1, 2.
Таблица 1
Результаты моделирования движения БПЛА при предложенном способе управления
Обозначения: D - полная сферическая дальность полета, V - скорость полета БПЛА, В - геодезическая широта, L - геодезическая долгота, Н - высота полета, α - угол атаки, ϕ - угол аэродинамического крена, Nпоп - поперечная перегрузка.
Claims (1)
- Способ управления беспилотным планирующим летательным аппаратом (БПЛА) на траекториях с изменениями направлений движения в заданных опорных точках, заключающийся в том, что краевую задачу наведения БПЛА на каждую очередную опорную точку траектории в каждом цикле наведения формулируют и решают в сопровождающей системе координат с началом на текущем радиус-векторе центра масс БПЛА на высоте, равной высоте следующей опорной точки траектории, отличающийся тем, что при сближении с точкой наведения до расстояния, потребного на разворот в новое направление движения, краевую задачу наведения формулируют и решают в прямоугольной целевой системе координат с началом в точке наведения, горизонтально расположенные оси которой в каждом цикле наведения по определенному алгоритму разворачивают в горизонтальной плоскости на малые углы вплоть до окончания разворота траектории БПЛА в направлении движения на очередную опорную точку.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019108355A RU2708412C1 (ru) | 2019-03-22 | 2019-03-22 | Способ управления беспилотным планирующим летательным аппаратом на траекториях с изменениями направлений движения в заданных опорных точках |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019108355A RU2708412C1 (ru) | 2019-03-22 | 2019-03-22 | Способ управления беспилотным планирующим летательным аппаратом на траекториях с изменениями направлений движения в заданных опорных точках |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2708412C1 true RU2708412C1 (ru) | 2019-12-06 |
Family
ID=68836710
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019108355A RU2708412C1 (ru) | 2019-03-22 | 2019-03-22 | Способ управления беспилотным планирующим летательным аппаратом на траекториях с изменениями направлений движения в заданных опорных точках |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2708412C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2756964C1 (ru) * | 2020-12-09 | 2021-10-07 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ | Способ включения заблаговременно сформированного маневра в полётное задание беспилотного планирующего летательного аппарата |
CN113885571A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-01-04 | 北京航空航天大学 | 一种过载不过零的圆轨迹制导方法 |
RU2784492C1 (ru) * | 2022-06-07 | 2022-11-28 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт химии и механики" (ФГУП "ЦНИИХМ") | Способ доставки полезной нагрузки на воздушный объект |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2571567C2 (ru) * | 2013-11-14 | 2015-12-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Способ управления движением аэробаллистического летательного аппарата по заданной пространственной траектории |
US9250099B2 (en) * | 2007-09-21 | 2016-02-02 | The Boeing Company | Predicting aircraft trajectory |
US20160104382A1 (en) * | 2014-10-14 | 2016-04-14 | The Boeing Company | Method for creating and choosing a determinate piloting strategy for an aircraft |
RU2654238C1 (ru) * | 2017-02-08 | 2018-05-17 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | Способ управления беспилотным планирующим летательным аппаратом |
US10008122B2 (en) * | 2015-09-28 | 2018-06-26 | The Boeing Company | Apparatus to generate aircraft intent and related methods |
-
2019
- 2019-03-22 RU RU2019108355A patent/RU2708412C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9250099B2 (en) * | 2007-09-21 | 2016-02-02 | The Boeing Company | Predicting aircraft trajectory |
RU2571567C2 (ru) * | 2013-11-14 | 2015-12-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Способ управления движением аэробаллистического летательного аппарата по заданной пространственной траектории |
US20160104382A1 (en) * | 2014-10-14 | 2016-04-14 | The Boeing Company | Method for creating and choosing a determinate piloting strategy for an aircraft |
US10008122B2 (en) * | 2015-09-28 | 2018-06-26 | The Boeing Company | Apparatus to generate aircraft intent and related methods |
RU2654238C1 (ru) * | 2017-02-08 | 2018-05-17 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | Способ управления беспилотным планирующим летательным аппаратом |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2756964C1 (ru) * | 2020-12-09 | 2021-10-07 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ | Способ включения заблаговременно сформированного маневра в полётное задание беспилотного планирующего летательного аппарата |
CN113885571A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-01-04 | 北京航空航天大学 | 一种过载不过零的圆轨迹制导方法 |
RU2784492C1 (ru) * | 2022-06-07 | 2022-11-28 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт химии и механики" (ФГУП "ЦНИИХМ") | Способ доставки полезной нагрузки на воздушный объект |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110262553B (zh) | 基于位置信息的固定翼无人机编队飞行方法 | |
US9274529B2 (en) | Safe emergency landing of a UAV | |
CN109597427B (zh) | 一种基于无人机的炸弹随遇攻击规划方法及*** | |
EP2296070A1 (en) | UAV flight control method and system | |
RU2708412C1 (ru) | Способ управления беспилотным планирующим летательным аппаратом на траекториях с изменениями направлений движения в заданных опорных точках | |
JP2009515771A (ja) | 自動上空旋回飛行のための制御システム | |
CN109460057B (zh) | 一种面向多目标的网格化翼伞归航方法 | |
CN111045450B (zh) | 固定翼无人机双机编队组队过程制导方法 | |
CN102506892A (zh) | 一种光流多传感器和惯导器件信息融合配置方法 | |
Schopferer et al. | Performance-aware flight path planning for unmanned aircraft in uniform wind fields | |
CN105718660B (zh) | 临近空间大范围机动弹道三维包络计算方法 | |
CN111742277A (zh) | 无人机的控制方法、设备、无人机及存储介质 | |
Manjunath et al. | Application of virtual target based guidance laws to path following of a quadrotor UAV | |
US11142337B2 (en) | Method and system for determining a descent profile | |
CN111665508A (zh) | 直升机载地形跟随与回避可视化导航***以及导航方法 | |
Trindade et al. | A layered approach to design autopilots | |
Harbick et al. | Planar spline trajectory following for an autonomous helicopter | |
RU2654238C1 (ru) | Способ управления беспилотным планирующим летательным аппаратом | |
CN113220008A (zh) | 多火星飞行器的协同动态路径规划方法 | |
Ruangwiset | Path generation for ground target tracking of airplane-typed UAV | |
Yoon et al. | Spiral landing guidance law design for unmanned aerial vehicle net-recovery | |
Rossouw et al. | An open-source autopilot and source localisation for bio-inspired miniature blimps | |
Taniguchi | Analysis of deepstall landing for uav | |
RU2661269C2 (ru) | Способ траекторного управления беспилотным летательным аппаратом для облета городской застройки в вертикальной плоскости | |
CN113655805A (zh) | 基于扩展螺旋线的图形搜索驾驶方式 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210323 |