[发明专利]基于Dubins路径的无人机空中加油最短时间会合方法

说明书

本发明公开了一种基于Dubins路径的无人机空中加油最短时间会合方法，属于飞行器飞行控制技术领域。加油机按照固定航路飞行等待无人机接近加油，无人机接收空中加油指令，自主飞行至加油机后方完成会合任务再进行对接加油。本发明有助于无人机以最短路径飞向预计会合点，在紧急情况下以最小的时间消耗完成会合并进行空中加油，确保任务的执行和无人机的飞行安全。

技术领域

本发明涉及无人机空中加油会合方法，具体讲是一种基于Dubins路径的无人机空中加油最短时间会合方法，属于飞行器飞行控制技术领域。

背景技术

空中加油技术主要分为软管式加油技术和硬管式加油技术。软管式空中加油设备亦称软管-锥套加油系统，是英国航空公司在继承前人工作的基础上最早制造出来的。采用此种方法进行空中加油，只需要在机头或机翼前缘装一根固定的或可伸缩的受油管即可。而加油设备是有一条20～30m长的软管和一个漏斗式锥套所组成的。整个空中加油过程可以划分为四个主要阶段：即会合、对接、加油和分离。其中会合阶段的主要任务为：借助会合制导与控制系统，控制无人机到达一定的加油空域，并要求无人机的最终速度和航向和加油机的速度和和航向一致。空中加油无人机与加油机的会合是一个三维空间内的飞机制导与控制的问题。会合作为空中加油的第一阶段，是安全顺利完成空中加油任务的基础。

空中加油会合阶段，无人机接收指令之后，按一定航路从其它空域往加油指定空域飞行。为实现这一目标，需要根据无人机与加油机不同初始位置条件下的会合航路进行研究，设计制导律导引无人机飞行目标空域，设计无人机的飞行控制系统精确跟踪制导指令。当遇到突发情况，要求无人机在最短时间内与加油机会合的情况下，需要设计相应的航路优化方案，以保证及时会合。由于很难建立精确的无人机模型，因此需要提高无人机控制系统的抗干扰能力、动态性能和鲁棒性能，保证闭环系统性能和满足稳定性的要求。现有技术中，无人机和加油机在难以保证在最短时间内进行会合，无法进行正常的油料供给，影响无人机执行任务和飞行安全。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种基于Dubins路径的无人机空中加油最短时间会合方法，以实现无人机的油料快速供给。

为了解决上述技术问题，本发明提供的基于Dubins路径的无人机空中加油最短时间会合方法，包含以下步骤：

步骤1)，无人机获得加油机的位置和速度信息，并将加油机固定直线航路上的某一点设为与加油机的预计会合点(xREN,yREN)，在地面坐标系下加油机到达该点耗时TT；

步骤2)，无人机通过Dubins路径计算模块计算出一条从无人机相对位置(xR,yR)到与加油机的预计会合点(xREN,yREN)的最短路径PathD，进而得到无人机到达所述预计会合点所要消耗的时间TR；