[发明专利]一种飞行器在等高航路点间的定高度大圆飞行实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞行器在等高航路点间的定高度大圆飞行实现方法，一种在考虑地球曲率情况下飞行器在等高航路点间的定高度大圆飞行的实现方法，属于飞行控制领域。

背景技术

等高航路点间的定高度大圆飞行是指飞行器在相邻等高航路点间均沿给定高度进行大圆飞行的一种飞行方式，是以两个等高航路点间的定高度大圆飞行为基础的。据此，本发明着重介绍两个预置等高航路点间的定高度大圆飞行实现方法。两个等高航路点间的飞行器定高度大圆飞行是指飞行器在由两个预置航路点和地心确定的平面内从第一个预置航路点开始沿定高度飞至第二个预置航路点的过程，示意图参见附图1。定高度大圆飞行作为定高度飞行的最简单和最基本形式，对其进行深入研究有着重要的意义。基于实际需求(如研究定高度飞行火箭在地形摄影和探矿的工作效能、无人机在定高度掠地或掠海平飞时的作战效能等)，经常需要通过计算机仿真研究飞行器在定高度飞行时的工作效能。当所选飞行器的工作区域较小时，一般可将地球表面近似为平面进行处理；但是，如果工作区域较大，同样的近似处理将导致仿真处理结果失真。这时就需要一种高精度的考虑地球曲率的定高度实现方法。传统的高度控制做法是基于力矩控制，即通过改变飞行器力矩平衡来改变俯仰角姿态，进而改变升力大小，实现对高度的控制。该方法需要建立较复杂的动力学模型，不便于仿真实现，本发明给出了一种便于实现的模型简单的定高度大圆飞行控制方法，很好的克服了传统实现方法的弊端。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种飞行器在等高航路点间的定高度大圆飞行实现方法。

技术方案

一种飞行器在等高航路点间的定高度大圆飞行实现方法，其特征在于步骤如下：

步骤1将经纬高坐标转换到″R_g2″坐标系：

首先利用下述公式将给出的预置航路点的经纬高坐标转换到″R_d″坐标系：

X＝(Re+H₀)cosφ₀cosλ₀

Y＝(Re+H₀)cosφ₀sinλ₀

Z＝(Re+H₀)sinφ₀

其中Re＝6378137m，λ₀，分别表示给定点的经度、纬度，单位为弧度；H₀为给定点的高度；X，Y，Z分别表示给定点在″R_d″坐标系下对应的三坐标；

所述″R_d″坐标系为地心系，定义为：坐标原点为地心，X轴在赤道平面内并指向首子午线方向，Z轴指向北极，Y轴通过右手法则确定；

再转换到″R_g2″坐标系：为给定点在″R_g2″坐标系下对应的坐标；

其中：从″R_d″坐标系到″R_g2″坐标系的旋转矩阵

其中：λ₁、H_n为两个预置等高航路点之一的经纬高；

所述″R_g2″坐标系坐标定义为：原点为地心，X轴指向其正北方向，Y轴指向天，Z轴指向其正东方向；

步骤2计算飞行器初始速度：令为飞行器在″R_g2″坐标系下的实时速度矢量，以和表示两个预置航路点在″R_g2″坐标系下的坐标，通过对初始化，其中为对应的单位向量，″.″为点乘符号，″×″为叉乘符号；

步骤3判断飞行器当前是否需要终止飞行：以表示″R_g2″坐标系下从地心指向飞行器当前位置的向量，当飞行器距第二个预置航路点(目标点)的距离小于飞行器在一个步长的最大飞行距离时，则飞行器终止飞行；否则，执行下一步骤；

步骤4计算飞行器实现定高度大圆飞行的实时过载：根据飞行器实际飞行航线与理想大圆航线之间的实时偏差来计算在″R_g2″坐标系下飞行器沿大圆定高飞行的实时过载其中为对应的单位向量，ε_n为向心加速度所对应的过载的大小，n_H为高度方向偏差调节系数，n_B为大圆法向偏差调节系数，表示在″R_g2″坐标系下预定大圆飞行平面的法向量；