无人直升机自动着舰导引控制设计与仿真验证

通常无人直升机自动着舰导引控制的方法是:导引系统根据探测到的机舰位置信息,结合任务需求,实时生成一条理想飞行轨迹,按照一定的制导律计算得到导引指令发送给飞控系统,经过计算转化得到最终位置、速度、姿态控制指令,控制无人直升机跟踪这一理想轨迹,进而实现无人直升机返航、着舰。该文针对无人直升机自动着舰的特点和需求,将得到的机舰相对位置信息直接发送给无人直升机飞行控制系统,按照设定边界控制条件设计自动着舰流程和相应的控制律,给定无人直升机速度和位置控制指令,实时调整无人直升机飞行姿态,通过多模态的复合控制,最终引导无人直升机完成返航、近舰和着舰全过程,并且通过半物理仿真试验进行验证。

着舰导引系统 H_∞ 控制器设计

舰载机着舰导引误差的最大来源是舰尾气流扰动。为抑制气流扰动，提高舰载机自动着舰导引的精度，本文将Ｈ∞控制方法应用于着舰导引系统设计，将导引系统性能要求转化为对Ｈ∞控制分析模型的结构及权阵的选取。仿真表明，用Ｈ∞控制方法设计的着舰导引系统能满足着舰要求，并十分有效地提高了导引系统着舰精度及抗扰动的能力。

离散跟踪微分器在着舰导引滤波中的应用

介绍了自动着舰导引系统的工作原理及其滤波问题。为了抑制着舰导引系统跟踪雷达的高频噪声,并且克服常用的滤波器采用有限差分法求微分估计的弊端,采用两个二阶离散跟踪微分器串联起来,对含有噪声的雷达测量值进行滤波,并且提取其一二阶微分信息。结果表明,在仿真中使用白噪声模拟雷达噪声,跟踪微分器的滤波效果令人满意。

卫星/伪卫星/惯性组合着舰导引算法

针对舰载机安全着舰对高精度、高可靠性着舰导引系统的迫切需求,研究了卫星/伪卫星/惯性组合着舰导引技术,基于几何精度因子(geometric dilution of precision,GDOP)计算提出了伪卫星在舰船上的布设方案,并设计了其导航电文结构。研究了卫星/伪卫星/惯性组合着舰导引算法,利用卫星及伪卫星的双差分载波相位信息,采用改进的模糊度最小二乘去相关平差(least-squares ambiguity decorrelation adjustment,LAMBDA)迭代算法解算其双差分整周模糊度,并基于舰载机运动模型建立滤波方程解算出舰机相对运动信息,再与惯导数据进行信息融合得到高精度的导引信息。仿真结果表明,提出的卫星/伪卫星/惯性着舰导引技术横向定位误差在0.3m以内,纵向定位误差在0.1m以内,高度定位误差在0.3m以内,可以满足舰载机着舰的要求,与卫星/惯性组合导引相比,该组合方式大大提高了垂直方向的定位精度,这对于确保安全着舰极为重要。并且,提出的着舰导引技术不仅精度高,而且工作连续可靠、抗干扰能力强,对保障舰载机着舰安全有重要的意义。

基于H_∞控制的侧向自动着舰导引系统设计

基于H∞控制的侧向自动着舰导引系统,是将经典控制中的性能指标转化为对H∞控制中的权阵选择。根据侧向着舰导引系统侧滑角为零且具有抑制侧风的要求,H∞控制综合设计采用包括增量线性化动力学模型、反馈控制器和权阵系数选择的增广对象模型。同时导出了权阵的选择准则。通过对所设计的F14飞机的侧向自动着舰导引系统仿真表明,该设计能满足着舰要求,能有效地抑制了侧风的影响,具有良好的鲁棒性能。

卫星/伪卫星组合着舰导引中伪卫星的布局方案设计

卫星/伪卫星组合着舰导引系统的定位精度与伪卫星的几何布局有密切关系.为提高系统的定位精度研究伪卫星在航母上的布局问题,根据伪卫星的特点以及航母的构造选定伪卫星的8个可布设点搭建舰载机着舰过程的仿真模型,构造舰载机及航母的航行轨迹,同时在仿真模型中引入舰船运动模型.利用精度因子分析在舰船上布设伪卫星对定位精度的影响,进而提出了伪卫星在航母上的布局方案.结果表明,提出的方案能够减小精度因子,尤其是垂直精度因子,提高了定位精度.

基于自适应变结构控制的着舰导引技术

通过设计随系统状态变化的自适应时变滑模面,使其同时具有好的动态特性和抗干扰能力。提出了运用具有自适应时变滑模面的变结构控制技术,解决飞机着舰时舰尾气流扰动的问题。以纵向自动着舰导引系统为例仿真验证了它的有效性。

舰载机综合电子显示与自动着舰导引仿真系统

阐述了综合电子显示与自动着舰导引系统的重要地位及以往仿真研究中存在的缺陷,提出了该仿真系统的总体设计思想,最后着重介绍了各仿真子系统,基本解决了系统建立的思路问题.该系统的研制成功对舰载机的着舰模拟训练具有十分重要的意义.

模糊-滑模控制在着舰导引系统中的应用

舰尾气流扰动是影响舰载机着舰误差的主要因素之一,为提高着舰精度,消除舰尾气流扰动对着舰安全的影响,提出了运用模糊-滑模控制抑制舰尾气流的扰动。滑模控制系统在滑动模态时对系统的不确定性及外界干扰具有很强的鲁棒性,运用模糊控制理论建立了随系统状态变化的时变滑模面,所设计的模糊-滑模控制系统可以较早达到滑动模态,并最后进入预定滑模面,使其同时具有良好的动态特性和抗干扰能力。纵向自动着舰导引系统的仿真实例验证了其有效性。

二阶滑模控制在舰载机着舰导引系统中的应用

滑模控制系统在滑动模态时对外界干扰及参数变化具有完全的自适应性。利用二阶滑模控制实现飞机俯仰角的直接控制,并将其应用到舰载机着舰导引控制中。设计了二阶滑模控制器及对应的自动着舰导引系统。仿真对比研究表明二阶滑模控制下的着舰导引系统有较好的抑制气流扰动的能力。

无人直升机自动着舰导引控制设计与验证

针对无人直升机自动着舰的特点和需求,研究着舰导引轨迹生成,进行着舰导引轨迹跟踪控制设计,并通过仿真和飞行试验验证跟踪控制的精确性。

一种光电导引着舰红外合作目标组合的研究

为了实现舰载机全天候自主着舰,本文研究了舰载机光电导引着舰用红外合作目标组合。首先提出了切实可行的工作过程及地面车载验证方案,然后研制了合作目标。根据大气窗口、红外辐射在大气中的传输特性和待选波段对应的最佳辐射温度对合作目标温度控制的影响,确定了8～14μm波段为合作目标对应的辐射波段。根据摄像机的探测距离的估算以及实际要求确定了合作目标的大小。将所设计的合作目标组合用于光电导引算法,计算结果表明,对着舰点的位置预测误差分别小于0.5m、1m、1.2m,具有很高的精度。

基于卡尔曼滤波理论的甲板运动预估技术研究

航母在航行过程中 ,海浪运动将会导致舰体产生俯仰、横滚、偏航、上下起伏等运动 ,这将严重威胁舰载机的着舰安全。为了确保飞机在航母上成功降落 ,必须在着舰前使飞机运动轨迹与甲板运动同步 ,因此 ,本文研究了甲板运动预估技术 ,运用卡尔曼最优滤波理论开发了甲板运动预估器 ,并提出首先对引入着舰导引系统的甲板运动信息进行预估 ,然后再进行超前补偿的策略。经仿真验证 ,甲板运动预估与补偿的结合 ,可以明显减小舰载机着舰误差 ,提高着舰精度。

纵向甲板运动补偿技术研究

纵向甲板运动主要造成理想着舰点高度的变化,给着舰过程增加了难度,同时也严重威胁了舰载机着舰的安全性。为了减小由甲板运动引起的着舰误差,基于超前网络设计了甲板运动补偿器,并通过卡尔曼最优预估理论设计了甲板运动预估器,将甲板运动通过预估器和补偿器后加入纵向自动着舰导引系统中,实现了舰载机着舰末端过程甲板运动的补偿。仿真结果表明,设计的甲板运动预估器与补偿器可以有效地补偿由于纵向自动着舰导引系统在有效频率段内存在的相位迟后所引起的着舰误差,提高了舰载机着舰的安全性。

舰载机着舰点垂直运动补偿技术仿真研究

基于Conolly线性理论建立甲板运动通用模型来模拟多种情况(不同舰船大小及航态)下的甲板运动,设计了基于超前网络的甲板运动补偿器和基于时间序列自回归模型的甲板运动预估器。在着舰末端过程,将不同情况下的舰载机理想着舰点垂直运动信号通过预估器和补偿器加入到纵向着舰导引系统中进行仿真模拟研究。仿真结果表明,所设计的甲板运动预估器和补偿器可以有效地消除由纵向自动着舰导引系统相位迟后所引起的着舰误差影响,并且对复杂多变的着舰环境(不同舰船大小及航态)具有很好的适应性。

“艾科尔斯”改进型光学助降系统的纵向着舰精度研究

基于“艾科尔斯”(ICOLS:Improved carrier optical landing system)改进型光学助降系统的人工着舰系统是几种新型光电或激光舰载机助降系统之一,研究了“ICOLS”改进型光学助降系统的引导技术,整个系统的关键是引入激光束。研究重点是当航母在海浪、海涌干扰作用时,飞机在ICOLS系统引导下,人工操纵飞机着舰时的仿真结构配置,并导出终端误差方程。最后给出了在典型海浪作用下,ICOLS近程系统采用角稳定助降系统控制律的着舰精度仿真计算实例,从而为地面仿真研究着舰误差提供了基本思路与研究手段,对保证飞机安全着舰有十分重要的意义。

基于极短期运动预报的舰载机着舰过程仿真分析

[目的]舰载机着舰过程是其整个飞行过程中的一个关键环节,由于受到舰船运动的影响,技术难度较大。[方法]基于舰船极短期运动预报,开展舰载机着舰过程的仿真研究。首先,基于传统的舰船极短期运动预报方法,采用波形匹配和仿射变换,提出一种最优预报算法的确定方法;然后,建立基于光波束导引的舰载机着舰导引系统模型,并提出3个衡量着舰导引系统性能的终端误差指标;最后,开展舰载机着舰过程的仿真研究,分析舰载机对光波束运动轨迹的跟踪偏差及落点分布,得到着舰终端误差。[结果]由仿真结果可知,舰载机的着舰点相对集中,大多位于理想着舰点范围内,着舰终端误差满足着舰引导系统规范的要求。[结论]研究成果对于舰载机的着舰引导具有参考价值。