[发明专利]基于位置信息的固定翼无人机编队飞行方法

权利要求书

1.一种基于位置信息的固定翼无人机编队飞行方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：长机把其全球位置信息连同世界统一时间打包成一条消息后，通过数据链发送到GCS，GCS通过电文中的系统ID和消息ID识别出该消息；所述的全球位置信息包括纬度、经度和高度；

步骤2：当GCS检测到某僚机已经进入编队飞行模式之后，把长机位置消息打包发送给该僚机；

步骤3：僚机第一次接收到长机位置消息时，先保持原飞行状态进行等待，第二次接收到长机位置消息后，利用时间差分法计算出长机的航向角：

其中，R_e＝6371004m，为地球的平均半径；和分别为长机的对地速度在地理正北和正东方向的分量；[Lat,Lon]_prev和[Lat,Lon]_curr分别为上一步时间t_prev和当前时间t_curr所对应的纬度、经度信息；

步骤4：根据预设的僚机的目标站位和长机的夹角σ_LT、水平距离R_T和垂直距离关系H_T，计算出该僚机的目标站位的全局坐标：

首先采用旋转矩阵法计算得到目标站位相对长机的位置偏移量：

然后根据几何关系，求解从长机的当前位置到目标站位的纬度差Δlat和经度差Δlon：

采用下式计算僚机目标站位在全球坐标系下的纬度、经度和高度为：

其中，H_curr为长机在当前时刻的高度；

步骤5：在僚机的目标站位上，根据长机的航向角信息，在水平面上建立航迹坐标系：

以僚机目标站位点为坐标原点O_k、长机的对地飞行速度的水平分量作为x_k轴正方向、y_k轴在水平面上垂直于x_k轴指向右、z_k轴垂直于O_kx_ky_k平面指向下，建立航迹坐标系O_kx_ky_kz_k；该航迹坐标系与地面坐标系的夹角为χ_T，且有：

χ_T＝χ_L

步骤5a：采用下式计算僚机到目标站位的距离在航迹坐标系中的分量：

步骤5b：采用对时间的差分方法计算得到僚机的对地速度在地面坐标系中地理正北和正东方向的分量和

Lat_{follower，prev}、Lon_{follower，prev}和Lat_{follower,curr}、Lon_{follower,curr}分别为僚机在上一步时间t_{follower,prev}和当前时间t_{follower,curr}所对应的纬度、经度信息；

采用以下坐标转换关系计算僚机的地速在航迹坐标系中的分量：

得到僚机的当前地速大小为：

步骤5c：根据僚机的目标高度和当前高度之差计算其高度差：

ΔH_F＝H_target-H_F,curr

步骤6：接下来根据导航信息进行侧向、切向和高度三个方向的编队飞行控制：

步骤6a：编队的侧向控制

根据僚机到目标站位的航迹坐标系下的侧向距离R_F,y，采用以下控制律，计算得到僚机的目标侧向速度V_F,y,c：

其中，分别为侧向距离的比例增益、积分增益和积分算子；

根据僚机的目标侧向速度V_F,y,c和航迹坐标系下的实际侧向速度V_F，y之差，采用以下控制律，计算得到僚机的目标侧向加速度a_y，c：

其中，分别为侧向速度的比例增益、积分增益；

根据僚机的目标侧向加速度a_y,c和飞机的侧向飞行动力学关系式，计算得到僚机的目标滚转角φ_c：

其中，g为重力加速度；

根据僚机的飞行性能限制的最大允许滚转角φ_c,max，对目标滚转角φ_c进行输出限幅：

将目标滚转角φ_c作为自动驾驶仪的滚转角控制回路的输入，消除僚机到其目标站位的侧向位移，从而完成僚机编队的侧向编队控制；

步骤6b：编队的切向控制

根据僚机到目标站位的切向距离R_F,x，调用切向控制律，计算得到僚机和长机的目标速度差ΔV_F,x，c，加上僚机的当前速度V_F，curr，得到僚机的目标速度V_F，c，然后将其作为自动驾驶仪的速度控制回路的输入；

具体的控制律算法公式为：

V_F,c＝V_F,curr+ΔV_F，x，c

其中，为切向距离的比例增益；

步骤6c：编队的高度控制

将僚机的目标高度H_T直接作为自动驾驶仪的高度保持与控制回路的输入值H_c，即：

H_c＝H_T。