[发明专利]基于分段式的无人机超低空飞行控制方法

说明书

本发明公开了一种基于分段式的无人机超低空飞行控制方法，包括根据预设的无人机飞行模态判别条件判别无人机飞行模态，分为进入超低空飞行模态、超低空平飞段飞行模态和退出超低空飞行模态；根据判别结果确定超低空模态无人机纵向分段飞行控制策略并设计无人机纵向分段控制律，细化具体的控制逻辑和控制律参数。本发明实现了无人机在较小扰动环境下以比较平稳的姿态进入超低空飞行，航程缩短，油耗降低；同时可以实现无人机退出超低空飞行后可以在最大动压下以允许的过载爬高继而进入第二次超低空飞行或回收。

技术领域

本发明涉及无人机飞行控制领域，具体涉及一种基于分段式的无人机超低空飞行控制方法。

背景技术

超低空飞行是目前世界上广泛采用的一种战术飞行，它具有很好的隐蔽性和突然性。超低空突防战术和技术始于第二次世界大战期间，近20～30年来，又有了突飞猛进的发展，其中以高精度、亚声速、超低空和掠海飞行的巡航导弹、反舰导弹、反坦克导弹、对地攻击导弹、无人机的发展和实战应用最引人注目。将超低空飞行运用在无人机上，则可以大大提高无人机的隐蔽性和机动性，能够以较小的代价，获得最大的战果，实现具有战略意义的作战样式。

无人机超低空飞行能够隐蔽自己，具有突防的无比优越性，使它成为世界各国航空兵夺取制空权、对地(水)面目标实施攻击的主要战术之一。但是毋庸置疑，超低空飞行也存在着许多危及飞行安全的不利因素。由于无人机离地(水)面高度低、速度大给飞行安全带来许多不利的因素。主要是：飞行撞地概率增大；飞机受力增大、操纵困难，机动飞行受到限制等。同时随着飞行高度的降低，大气温度升高，飞行动压增加，零阻上升，发动机需要推力和耗油率急剧增加，致使结构受载恶化，航程缩短，活动半径降低。由于诸多因素对超低空飞行造成的影响，因此，必须提出合适的超低空飞行策略，来使超低空飞行能够安全、有效的进行。这也是实现无人机超低空飞行的一项关键技术。

无人机纵向通道的传统控制模式是依靠通过测量俯仰角及俯仰角速率来进行升降舵舵面调节从而实现无人机下滑及姿态保持，但是这种策略下高度控制误差较大且模态之间切换不够平滑且阶跃响应较大，不利于超低空飞行。目前，针对无人机超低空飞行控制的困难，国内外研究机构主要是通过加装精度在厘米级的激光高度传感器，利用测得的相对高度直接参与控制提高高度控制精度，但成本也大幅增加。也有学者提出将高度差项引入无人机超低空飞行纵向控制律方程，解决高度超调问题，通过选择合适高度差，不仅控制靶机快速下滑，模糊化下滑和平飞的界限，实现平滑过渡，但是此种方式一般采用PID(Proportion Integral Differential,比例-积分-微分)方式调节控制律系数，仍然存在一定的超调，全程不变的控制逻辑也导致航程变短、油耗变高。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于分段式的无人机超低空飞行控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种基于分段式的无人机超低空飞行控制方法，包括如下步骤：

根据预设的无人机飞行模态判别条件判别无人机飞行模态，所述无人机飞行模态分为进入超低空飞行模态、超低空平飞段飞行模态和退出超低空飞行模态；

根据判别结果确定超低空模态无人机纵向分段飞行控制策略并设计无人机纵向分段控制律。

进一步地，所述无人机纵向分段控制律如下：

1)进入超低空飞行模态的纵向控制律表达式如下：

其中，δ_z为升降舵舵面输出，θ为俯仰角，θ_g为俯仰角给定，ω_z为俯仰角速率，为俯仰角增益系数，为俯仰角速率增益系数；

2)超低空平飞段飞行模态的纵向控制律表达式如下：