[发明专利]基于有限状态机的自动编队飞行控制方法

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种基于有限状态机的自动编队飞行控制方法，属于计算机仿真与飞行控制领域。

背景技术

现代空战的主要形式是多机编队之间的协同空战。多架战斗机组成的编队，只要有足够有效的协同策略，就能充分发挥综合资源优势，编队作战效能就能大于多架战斗机各自为战的作战效能。它可以弥补单架战斗机执行任务时面临的问题，具有自己独特的优势和发展前景。多机协同作战训练和演习可借助现代仿真技术。

下面对有限状态自动机的原理和飞机运动模型的构建技术分别进行介绍。

(1)有限状态自动机的原理

有限状态自动机是有限的有向连通图，包括状态的集合、输入值的集合和状态转移函数，状态转移函数描述输入值的元素对图的状态的作用。输入值在图中生成一条经过有限状态自动机状态的路径。有限状态自动机可看作计算的抽象模型。

定义：所说的有限状态机指一个有序三元组(S，I，F)，其中：

S是连通图中状态的有限集合s₀，s₁，......，s_n。

I是输入值的有穷集合i₁，i₂，......，i_n。

F是状态转换函数，描述任意i∈I对机器状态S的作用，即∀i∈I,]]>F_i：(S-＞F_i(S))。如果机器正处于状态s_j，此时输入i，那么机器的下一个状态是F_i(s_j)。

举一个有限状态自动机的简单例子，令S＝{s₀，s₁}，I＝{0，1}，f₀(s₀)＝s₀，f₀(s₁)＝s₁，f₁(s₀)＝s₁，f₁(s₁)＝s₀。用这个装置，有时称为触发器，输入值0不改变状态，而输入1会改变机器的状态。我们可以用两种等价的形式来形象化的描述这个机器，第一种是带标签和有向弧的有限图，如图1所示，其中包括两个状态s₀和s₁，s₀是机器的初始状态，此图表示的意义是输入0不改变状态，而输入1机器会由当前状态转换为另一状态；第二种是状态转换表，如图2所示，它所表达的意义同图1相同，只是表现形式变化为表格。在图2所示的状态转换表中，输入值列在最顶上一行，状态列在最左边一列，一个输入应用到一个状态时的输出列在对应的行列相交的格中。

(2)飞机的运动模型

在通常情况下，由于飞机运动模型的参数是定义在不同坐标系上的，首先介绍必要的坐标系的定义。

A.常用坐标系定义：

地面坐标系O_gx_gy_gz_g

①在地面上选一点O_g；

②使x_g轴在水平面内并指向某一方向；

③z_g轴垂直于地面并指向地心；

④y_g轴也在水平面内并垂直于x_g轴，其指向按照右手定则确定。

机体坐标轴系S_b-oxyz

①原点O取在飞机质心处，坐标系与飞机固连；

②x轴在飞机对称面内并平行于飞机的设计轴线指向机头；

③y轴垂直于飞机对称平面指向机身右方；

④z轴在飞机对称平面内，与x轴垂直并指向机身下方。

B.控制输入向量：

飞机模型的控制输入向量为U^T＝[δ_T，δ_e，δ_a，δ_r，brake，landGearSwitch，speedBreakSwitch]。其中各控制量的含义如下：