一種飛行器密集自主編隊的隊形拆分方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種飛行器密集自主編隊的隊形拆分方法，屬于飛行控制【技術領域】。所述的隊形拆分方法首先進行飛行器編隊建模；飛行器編隊在隊形拆分前按照剛體轉彎形式編隊飛行，各節(jié)點維持其在編隊彈道坐標系中的幾何位置關系不變，拆分隊形過程中節(jié)點按照質點轉彎形式或者形變轉彎形式編隊飛行。本發(fā)明有效降低了密集編隊分群時處理節(jié)點間碰撞沖突的復雜度與難度。
【專利說明】一種飛行器密集自主編隊的隊形拆分方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種飛行器密集自主編隊的隊形拆分方法，屬于飛行控制【技術領域】，具體涉及一種適用于飛行器在密集自主編隊下合理的利用不同的轉彎形式實現隊形拆分。
【背景技術】
[0002]近年來，許多國家投入大量的人力物力于飛行器的自主編隊飛行的研究中，高密集飛行器編隊在執(zhí)行各種飛行任務中又存在很大的優(yōu)勢，密集編隊的協同飛行和隊形變化中情節(jié)點間防碰撞問題是該領域研究的一個重點。
[0003]在多飛行器密集編隊的情況下，飛行器與飛行器之間的距離接近最小安全距離，并且對于編隊中的某一特定飛行器而言，因為其周圍分布有其它飛行器，缺乏自由運動空間，這使得該飛行器的避碰機動(例如規(guī)避鄰近飛行器由于各種隨機干擾或某些突發(fā)情況或故障產生的非期望運動)比松散或緊密編隊情況下更加困難和復雜，這也是密集編隊情況下編隊控制系統(tǒng)需要考慮的問題。另一方面，由于飛行器有效載荷的限制與成本控制，使得其不便于增加額外的防碰撞設備，但在網絡化自主編隊飛行的大背景下，要求飛行器均裝備有組網通信模塊，飛行器之間能夠利用編隊數據鏈互聯互通，進行相關信息的實時共享，這使得通過編隊數據鏈進行密集編隊防碰撞控制成為可能。
[0004]對多飛行器編隊中的飛航導彈編隊而言，編隊隊形的拆分控制可以用來進行末制導段的導彈分群。編隊作為一個整體，其運動的特點和編隊內部的成員特性、控制方法、組織形式等編隊屬性密切相關，僅就編隊的轉彎運動(或曲線運動)而言，就至少存在著質點轉彎、剛體轉彎和形變轉彎這三種形式，不同的形式反映著編隊內部不同的網絡關系與控制邏輯。合理的利用這些轉彎形式可以解決密集編隊的隊形拆分問題。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明提供一種飛行器密集自主編隊的隊形拆分方法。編隊轉彎運動的三種形式包括剛體轉彎、質點轉彎和形變轉彎，本發(fā)明有效合理利用這三種轉彎運動形式，解決了密集編隊的隊形拆分問題。
[0006]本發(fā)明提供的隊形拆分方法，包括如下步驟:
[0007]步驟一:飛行器編隊建模；
[0008]步驟二:隊形拆分:飛行器編隊在隊形拆分前按照剛體轉彎形式編隊飛行，各節(jié)點維持其在編隊彈道坐標系中的幾何位置關系不變，拆分隊形過程中節(jié)點按照質點轉彎形式編隊飛行。所述的拆分隊形過程中節(jié)點也可以按照行變轉彎形式編隊飛行。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0010]本發(fā)明有效降低了密集編隊分群時處理節(jié)點間碰撞沖突的復雜度與難度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1:本發(fā)明中飛行器密集自主編隊的剛體轉彎示意圖；[0012]圖2:本發(fā)明中飛行器密集自主編隊的質點轉彎示意圖；
[0013]圖3:本發(fā)明中飛行器密集自主編隊的形變轉彎示意圖；
[0014]圖4:本發(fā)明中密集編隊隊形拆分過程中遇到的問題示意圖；
[0015]圖5:編隊節(jié)點間的相對運動關系不意圖；
[0016]圖6:本發(fā)明中三角形密集編隊節(jié)點位置坐標圖。
【具體實施方式】
[0017]下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0018]本發(fā)明提出的一種飛行器密集自主編隊的隊形拆分方法，隊形拆分是根據具體需求把幾何構型和組織結構上作為一個整體的大編隊劃分為若干個規(guī)模較小的子編隊，進而分別執(zhí)行各小編隊具體上層任務的過程。在拆分中，小編隊基本保留了其在原來大編隊中的幾何構型。本發(fā)明提供的隊形拆分方法包括以下具體步驟:
[0019]步驟一:飛行器編隊建模。
[0020]現階段的飛行編隊保持控制系統(tǒng)，都是基于長機-僚機模式，即采用僚機跟隨長機的編隊模式，長機可以是真實長機也可以是虛擬長機。在長機-僚機編隊模式下，多節(jié)點編隊在轉彎過程中的運動模型可以通過雙節(jié)點編隊的運動模型擴展得到，此處以雙節(jié)點編隊為例建立飛行器編隊飛行的運動模型，如圖5所示，其中W(Nw)和L(NJ為該編隊的兩個節(jié)點，Vw和\分別為節(jié)點W和節(jié)點L的飛行速度，I和％分別為節(jié)點W和節(jié)點L的航跡偏兔，<Pe=(Pi~9w，A為節(jié)點W到節(jié)點L的距離，x，y為d在W的速度方向上的正交分解。[0021 ] 以節(jié)點W的彈道坐標系(節(jié)點W的速度方向為X軸，與速度垂直向右的方向為y軸)為相對坐標系，地面坐標系為固定坐標系，利用理論力學中的公式，絕對速度=相對速度+牽連速度，建立節(jié)點L和節(jié)點W的運動學方程如下:
[0022]
【權利要求】
1.一種飛行器密集自主編隊的隊形拆分方法，其特征在于: 步驟一:飛行器編隊建模； 步驟二:隊形拆分:飛行器編隊在隊形拆分前按照剛體轉彎形式編隊飛行，各節(jié)點維持其在編隊彈道坐標系中的幾何位置關系不變，拆分隊形過程中節(jié)點按照質點轉彎形式編隊飛行。
2.根據權利要求1所述的一種飛行器密集自主編隊的隊形拆分方法，其特征在于:拆分隊形過程中節(jié)點按照行變轉彎形式編隊飛行。
3.根據權利要求1所述的一種飛行器密集自主編隊的隊形拆分方法，其特征在于: 以雙節(jié)點編隊為例建立飛行器編隊飛行的運動模型，以節(jié)點W的彈道坐標系為相對坐標系，地面坐標系為固定坐標系，利用理論力學中的公式，絕對速度=相對速度+牽連速度，建立節(jié)點L和節(jié)點W的運動學方程如下:
4.根據權利要求1所述的一種飛行器密集自主編隊的隊形拆分方法，其特征在于: 所述的剛體轉彎，是指編隊整體在轉彎過程中，各成員維持其在編隊彈道坐標系中的幾何位置的一種轉彎形式；當有實長機或虛長機的情況下，各成員維持其在實長機或虛長機的彈道坐標系中的位置；在地面坐標系看來，整個編隊像是一個剛體在空間運動，在編隊的控制器設計上，保持編隊成員與領航點之間的相對參考距離不變。
5.根據權利要求1所述的一種飛行器密集自主編隊的隊形拆分方法，其特征在于: 所述的質點轉彎，是指編隊整體在轉彎過程中，各成員維持其在地面坐標系中的幾何位置的一種轉彎形式，在地面坐標系看來，整個編隊像是一個質點在空間運動，它能使編隊成員在轉彎時做等半徑轉彎，編隊控制器的間距指令根據編隊整體的航跡偏角調整，在飛行過程中把地面坐標系的參考距離通過地面坐標系到彈道坐標系的轉換矩陣來實時換算，在二維平面內質點轉彎的間距指令dr為:
6.根據權利要求1所述的一種飛行器密集自主編隊的隊形拆分方法，其特征在于: 所述的形變轉彎，是指在轉彎過程中，編隊整體的幾何形狀發(fā)生了變形的一種轉彎形式，由成員相繼跟隨的慣性產生。
7.根據權利要求1所述的一種飛行器密集自主編隊的隊形拆分方法，其特征在于:所述的彈道坐標系定義如下: .1、原點0取在飛機質心處，坐標系與飛機固連； .2、X軸與飛行速度V重合一致； .3、y軸位于包含飛行速度V在內的鉛垂面內，與X軸垂直并指向下方；.4、z軸垂直于Oxy平面 ,其指向按照右手定則確定。
【文檔編號】G05D1/10GK103713641SQ201310705409
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權日:2013年12月19日
【發(fā)明者】吳森堂, 賈翔, 杜陽 申請人:北京航空航天大學