[发明专利]虚拟长机模式下的固定翼编队飞行控制系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种虚拟长机模式下的固定翼编队飞行控制系统及控制方法：仿真模块模将仿真出的虚拟长机传送至Mission Planner地面站模块；该虚拟长机按照预先设置好的期望轨迹在地面站模块飞行；地面站模块将虚拟长机的位置信息通过地面端数传模块实时传送至机载接收端数传模块，机载接收端数传模块将收到的信息传送至飞行控制器；传感器模块实时采集固定翼无人机的姿态、速度、位置信息，并将采集的信息传送至飞行控制器和机载接收端数传模块；飞行控制器根据收到的信息控制该固定翼无人机按照预设好的编队飞行的方式飞行；机载接收端数传模块将收到的信息通过地面端数传模块传送至地面站模块显示。本发明有效降低了编队飞行的故障风险，提高了整体的鲁棒性。

技术领域

本发明属于定位导航与控制技术技术领域，尤其涉及一种虚拟长机模式下的固定翼编队飞行控制系统及控制方法。

背景技术

随着微电子传感器、嵌入式处理器和通信技术的迅速发展，多无人机编队控制系统已成为论文广泛研究的课题。编队技术在科学研究，交通运输，地质勘测以及未来无人作战的国防领域都具有非常重要的工程应用价值。

近年来多无人机编队控制的研究学者们提出了许多不同的编队控制算法和策略，相对成熟的编队控制方法有：1)Leader-Follower；2)基于行为法；3)虚拟结构法。在“Leader-Follower”方式中，编队中其中一架飞机作为长机，其他飞机作为僚机，编队中各僚机跟踪相对于长机的某个固定偏差，从而保持队形。该方法的优点是原理简单、易于实现。缺点是编队的鲁棒性和稳定性太差，长机直接控制了整个编队，在实际应用中如长机出现故障，则整个编队会处于失控状态；基于行为法是一类模拟生物反应式行为机制的编队控制方法，它具有很好的灵活性和鲁棒性，但缺点是无法精确的编队保持，也很难用数学方法对系统进行稳定性分析。虚拟结构法是编队间各飞机利用信息共享从而精确的保持编队队形，然而在实际应用中，需要数传支持多点对多点的组网模式，目前很难有数传能达到此要求

发明内容

发明目的：解决现有技术中存在长僚机模式下鲁棒性差等问题，本发明提供一种虚拟长机模式下的固定翼编队飞行控制系统及控制方法。

技术方案：本发明提供一种虚拟长机模式下的固定翼编队飞行控制系统，该系统包括：仿真模块、Mission Planner地面站模块、数传模块、固定翼无人机、飞行控制器、传感器模块；所述数传模块包括地面端数传模块和机载接收端数传模块；

所述仿真模块模拟出一个虚拟长机，并将该虚拟长机传送至Mission Planner地面站模块；该虚拟长机在Mission Planner地面站模块按照在Mission Planner地面站模块上预先设置好的期望轨迹飞行；所述机载接收端数传模块、飞行控制器、传感器模块均设置在固定翼无人机上；所述Mission Planner地面站模块将虚拟长机的位置信息通过地面端数传模块实时传送至机载接收端数传模块，所述机载接收端数传模块将收到的虚拟长机的位置信息传送至飞行控制器；所述传感器模块实时采集固定翼无人机的姿态信息、速度信息、位置信息，并将采集的信息传送至飞行控制器和机载接收端数传模块；所述飞行控制器根据收到的信息控制该固定翼无人机按照预设好的编队飞行的方式飞行；所述机载接收端数传模块将收到的固定翼无人机的姿态信息、速度信息、位置信息通过地面端数传模块传送至Mission Planner地面模块站显示。

进一步的，所述地面端数传模块与Mission Planner地面站通过USB进行通信。

进一步的，所述仿真模块模通过TCP协议将虚拟长机接入Mission Planner地面站模块。

进一步的，所述仿真模块为SITL仿真。

进一步的，所述地面端数传模块和机载接收端数传模块均采用P900无线传输设备。

进一步的，所述传感器模块包括IMU和GPS；所述IMU用于采集固定翼无人机的姿态信息，GPS用于采集固定翼无人机的位置信息和速度信息。