針對移動目標(biāo)的飛機(jī)自動投放物資引導(dǎo)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種針對移動目標(biāo)的飛機(jī)自動投放物資引導(dǎo)方法，涉及載機(jī)物資投放領(lǐng)域，通過質(zhì)心運動微分方程組，得到載機(jī)所需修正的角度偏差與距離偏差，載機(jī)不斷進(jìn)行角度偏差和距離偏差的修正后，載機(jī)投放物資，完成投放任務(wù)，本發(fā)明所提出的模型較為簡單，方程組解算十分容易，可用于完成運輸機(jī)物資空投，直升機(jī)海上救援等多種情況下的投放引導(dǎo)任務(wù)，解算方法可以適應(yīng)多種情況，對于固定目標(biāo)、移動目標(biāo)、有風(fēng)、無風(fēng)情況均可通過這種方法解算，有很好的適應(yīng)能力，同時解算方法簡單，用最簡單的迭代法即可方便的求出，機(jī)載計算機(jī)可以快速的算出結(jié)果，精度較高。
【專利說明】
針對移動目標(biāo)的飛機(jī)自動投放物資引導(dǎo)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及載機(jī)物資投放領(lǐng)域，尤其是針對移動目標(biāo)的投放方法。
【背景技術(shù)】
[0002] CCRP(Continuously Computed Release Point)即連續(xù)計算投放點目苗準(zhǔn)原理，是 在飛機(jī)接近目標(biāo)過程中連續(xù)計算對目標(biāo)的投放位置，在計算機(jī)里將此位置與飛機(jī)相對于目 標(biāo)的現(xiàn)實位置自動進(jìn)行比較，當(dāng)飛機(jī)的現(xiàn)實位置與連續(xù)計算出的投放位置一致時，系統(tǒng)自 動投放。此瞄準(zhǔn)原理需要知道飛機(jī)相對于目標(biāo)的位置，用來自動比較是否到了投放點，因此 必須跟蹤目標(biāo)。
[0003] CCRP的具體求解過程為：
[0004] 1)解算理論投放軌跡，算出投放物資的水平射程和下落時間。
[0005] 2)按照一定規(guī)律求解出載機(jī)所需修正的角度偏差與距離偏差。
[0006] 3)載機(jī)連續(xù)測量目標(biāo)位置同時不斷修正角度偏差與距離偏差，直至修正完成，從 而投放物資至目標(biāo)點。
[0007]傳統(tǒng)CCRP引導(dǎo)方法主要針對固定目標(biāo)，比如載機(jī)投放無控武器轟炸固定目標(biāo)，運 輸機(jī)定點空投物資等任務(wù)。針對移動目標(biāo)的研究比較少。在某些情況下，目標(biāo)投放點是移動 不固定的，傳統(tǒng)的CCRP引導(dǎo)方法不能很好地完成任務(wù)，為此本發(fā)明提出一種改進(jìn)的CCRP引 導(dǎo)方法。其中心思想是如何解算角度偏差與距尚偏差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)只能針對固定目標(biāo)投放而不能有效針對移動目標(biāo)的缺點，本發(fā) 明給出一種可以快速算出角度偏差與距離偏差的方案。
[0009] 本發(fā)明所采取的技術(shù)方案包括以下步驟：
[0010]步驟一:物資投放軌跡的解算
[0011]物資投放方式為水平投放，得到物資下落過程中質(zhì)心運動微分方程組：
[0013] 其中Vx為貨物水平速度，t表示航彈下落時間，C為貨物彈道系數(shù)，h為空氣壓力汞 高，τ為虛溫，P為貨物俯沖角正切值，g為重力加速度，X為貨物水平移動距離，y為貨物下落 高度，V為貨物飛行速度，Η為載機(jī)投放貨物高度；
[0014] 初始條件為：
[0016] 終結(jié)計算條件為:y = H
[0017] 通過龍格庫塔方法解出該微分方程組，可以得到無風(fēng)時炸彈水平射程Ao和下落時 間t;
[0018] 步驟二:求解載機(jī)所需修正的角度偏差Δ k與距離偏差Δ d
[0019] 地速坐標(biāo)系中，以載機(jī)為原點，以機(jī)速方向為縱軸方向，角度偏差以右偏為正，其 求解方程組為：
[0020]
[0021 ]其中所需求解的參數(shù)是角度偏差△ k與距離偏差△ d，（Axw，Ayw)為目標(biāo)當(dāng)前位置坐 標(biāo)，（Vmx，Vmy)為目標(biāo)速度向量，（Vxf，vyf)為風(fēng)速度向量，V為載機(jī)速度，當(dāng)前位置坐標(biāo)、目標(biāo)速 度向量、風(fēng)速度向量和載機(jī)速度均由載機(jī)測得，此方程組用迭代法求解，解出角度偏差A(yù) k 與距離偏差A(yù) d，若角度偏差Δ k = 0且距離偏差Δ d = 0，進(jìn)入步驟四，否則進(jìn)入步驟三；
[0022]步驟三:載機(jī)進(jìn)行角度偏差、距離偏差修正機(jī)動
[0023]載機(jī)根據(jù)步驟二中得到的角度偏差Δ k和距離偏差Δ d向?qū)?yīng)的方向機(jī)動，追蹤目 標(biāo)位置，并修正角度偏差與距離偏差后返回步驟一；
[0024] 步驟四：載機(jī)投放物資，完成投放任務(wù)。
[0025] 本發(fā)明的有益效果在于所提出的模型較為簡單，方程組解算十分容易，可用于完 成運輸機(jī)物資空投，直升機(jī)海上救援等多種情況下的投放引導(dǎo)任務(wù);本發(fā)明提出的解算方 法可以適應(yīng)多種情況，對于固定目標(biāo)、移動目標(biāo)、有風(fēng)、無風(fēng)情況均可通過這種方法解算，有 很好的適應(yīng)能力；同時解算方法簡單，用最簡單的迭代法即可方便的求出，機(jī)載計算機(jī)可以 快速的算出結(jié)果，精度較高。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本發(fā)明物資投放引導(dǎo)基本流程圖。
[0027] 圖2是本發(fā)明有風(fēng)且目標(biāo)移動時物資投放模型(地速坐標(biāo)系）。
[0028] 圖3是本發(fā)明仿真實驗物資投放前目標(biāo)位置的變化路徑。
[0029]圖4是本發(fā)明仿真實驗物資投放后目標(biāo)與物資位置變化情況。
[0030]圖5是本發(fā)明仿真實驗物資最終落點。
[0031 ]其中：圖2中，A-目標(biāo)初始位置，A1-物資投放時目標(biāo)位置，A2-物資落地時目標(biāo) 位置，B1-無風(fēng)時物資命中點，C1 一載機(jī)物資投放點，α-載機(jī)初始偏流角，右偏為正，Κ一角 度修正后載機(jī)對準(zhǔn)方向，右偏為正，A d-距離偏差，在圖3、圖4和圖5中，圓圈為目標(biāo)，三角 形為載機(jī)，十字為所投物資。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0033]基本流程如附圖1所示，附圖對CCRP角度偏差與距離偏差修正方法作進(jìn)一步的說 明，具體投放過程如下：
[0034]步驟一:物資投放軌跡的解算
[0035]物資投放方式為水平投放，得到物資下落過程中質(zhì)心運動微分方程組：
[0037]其中Vx為貨物水平速度，t表示航彈下落時間，C為貨物彈道系數(shù)，h為空氣壓力汞 高，τ為虛溫，P為貨物俯沖角正切值，g為重力加速度，X為貨物水平移動距離，y為貨物下落 高度，V為貨物飛行速度，Η為載機(jī)投放貨物高度；
[0038]初始條件為：
[0040] 終結(jié)計算條件為:y = H
[0041] 通過龍格庫塔方法解出該微分方程組，可以得到無風(fēng)時炸彈水平射程Ao和下落時 間t;
[0042] 仿真實驗通過Matlab實現(xiàn)，具體參數(shù)如下所示：
[0043]已知參數(shù)為載機(jī)速度為V = 200m/s，則物資初速V〇 = 200m/S;物資投放高度H = 1000m〇
[0044]根據(jù)載機(jī)速度V=200m/s，物資投放高度H=1000m，計算得到物資下落時間t和物 資水平射程A〇:
[0046] 步驟二:求解載機(jī)所需修正的角度偏差Δ k與距離偏差Δ d
[0047] 地速坐標(biāo)系中，以載機(jī)為原點，以機(jī)速方向為縱軸方向，角度偏差以右偏為正，其 求解方程組為：
[0048]
[0049] 其中所需求解的參數(shù)是角度偏差△ k與距離偏差△ d，（Axw，Ayw)為目標(biāo)當(dāng)前位置坐 標(biāo)，（vmx，v my)為目標(biāo)速度向量，（vxf，vyf)為風(fēng)速度向量，V為載機(jī)速度。目標(biāo)當(dāng)前位置坐標(biāo)、目 標(biāo)速度向量、風(fēng)速度向量和載機(jī)速度均由載機(jī)測得，A〇為步驟一中所求得的物資水平射程， t為步驟一中所求得的物資下落時間，此方程組用迭代法求解，解出角度偏差△ k與距離偏 差A(yù) d，若角度偏差Δ k = 0且距離偏差Δ d = 0，進(jìn)入步驟四，否則進(jìn)入步驟三；
[0050] 取目標(biāo)初始位置坐標(biāo)為A(3000m/s，3000m/s);目標(biāo)速度向量為（10m/s，10m/s);風(fēng) 速度向量為(6m/ s，6m/s);載機(jī)每秒所能修正最大角度偏差為0.2,每0.1秒對目標(biāo)進(jìn)行一次 重新定位，刷新數(shù)據(jù)。
[0051 ] 根據(jù)目標(biāo)初始位置坐標(biāo)A(Axw，Ayw) =A(3000m, 3000m)，目標(biāo)速度向量(vmx, vmy)= (10m/s，lOm/s)，風(fēng)速度向量(vxf ,vyf) = (6m/s,6m/s)及步驟一中求得的物資下落時間t = 92.77s和物資水平射程A〇 = 976.73m，計算得到所需修正的角度偏差Δ k和距離偏差Δ d:
[0053] 由于Δ k關(guān)0且Ad關(guān)0,所以轉(zhuǎn)步驟三。
[0054]步驟三:載機(jī)進(jìn)行角度偏差、距離偏差修正機(jī)動
[0055] 載機(jī)根據(jù)步驟二中得到的角度偏差△ k和距離偏差△ d向?qū)?yīng)的方向機(jī)動，追蹤目 標(biāo)位置，并修正角度偏差與距離偏差后返回步驟一；
[0056] 由于載機(jī)機(jī)動能力的限制，載機(jī)無法立即完成角度修正和距離修正，因此角度修 正和距離修正是動態(tài)的過程，載機(jī)根據(jù)求得的角度偏差△ k和距離偏差△ d向?qū)?yīng)的方向機(jī) 動。〇. 1 s后重新定位目標(biāo)位置，返回步驟一。
[0057] 步驟四：載機(jī)投放物資，完成投放任務(wù)。
[0058]最終物資投放前目標(biāo)位置的變化路徑如圖3所示，目標(biāo)最初位置為（3000,3000)， 經(jīng)過載機(jī)角度修正和距離修正，最終到達(dá)物資投放位置時目標(biāo)的位置為(-61，461)。
[0059]為了進(jìn)一步解釋說明，以載機(jī)投放物資時刻所處的位置為原點，觀測物資投放后 目標(biāo)和物資位置變化情況，如圖4所示，圓圈為目標(biāo)位置，十字為物資位置，物資在不斷地向 目標(biāo)逼近，最終命中位置如圖5所示，物資在(-17,1763)位置落到目標(biāo)點。即貨物成功的落 在了移動中的目標(biāo)上，因此，此方案可有效地達(dá)到投放目的。
【主權(quán)項】
1. 一種針對移動目標(biāo)的飛機(jī)自動投放物資引導(dǎo)方法，其特征在于包括下述步驟： 步驟一:物資投放軌跡的解算 物資投放方式為水平投放，得到物資下落過程中質(zhì)心運動微分方程組：其中vx為貨物水平速度，t表示航彈下落時間，C為貨物彈道系數(shù)，h為空氣壓力汞高，τ為 虛溫，Ρ為貨物俯沖角正切值，g為重力加速度，X為貨物水平移動距離，y為貨物下落高度，V 為貨物飛行速度，Η為載機(jī)投放貨物高度；初始條件為： 終結(jié)計算條件為:y=H 通過龍格庫塔方法解出該微分方程組，可以得到無風(fēng)時炸彈水平射程A〇和下落時間t; 步驟二:求解載機(jī)所需修正的角度偏差A(yù) k與距離偏差Δ d 地速坐標(biāo)系中，以載機(jī)為原點，以機(jī)速方向為縱軸方向，角度偏差以右偏為正，其求解 方程組為： 、 、.， 其中所需求解的參數(shù)是角度偏差△ k與距離偏差△ d，（Axw，Ayw)為目標(biāo)當(dāng)前位置坐標(biāo)， (vmx，vmy)為目標(biāo)速度向量，（vxf，vyf)為風(fēng)速度向量，V為載機(jī)速度，當(dāng)前位置坐標(biāo)、目標(biāo)速度 向量、風(fēng)速度向量和載機(jī)速度均由載機(jī)測得，此方程組用迭代法求解，解出角度偏差A(yù) k與 距離偏差A(yù) d，若角度偏差Δ k = 0且距離偏差Δ d = 0，進(jìn)入步驟四，否則進(jìn)入步驟三； 步驟三:載機(jī)進(jìn)行角度偏差、距離偏差修正機(jī)動 載機(jī)根據(jù)步驟二中得到的角度偏差A(yù) k和距離偏差△ d向?qū)?yīng)的方向機(jī)動，追蹤目標(biāo)位 置，并修正角度偏差與距離偏差后返回步驟一； 步驟四：載機(jī)投放物資，完成投放任務(wù)。
【文檔編號】G05D1/12GK105867426SQ201610220776
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月11日
【發(fā)明人】湯志荔, 谷曉星, 張安, 張凱翔, 王行行
【申請人】西北工業(yè)大學(xué)