[发明专利]一种基于GPS数据的高空无人机升限数据处理方法

摘要

一种基于GPS数据的高空无人机升限数据处理方法属于飞行试验技术领域，是飞机定型试飞中一项重要的考核指标，本发明根据高空无人机升限试飞的特点，分析试飞过程中的动能和势能的能量转换关系，确定高空无人机升限试飞时爬升率与气流坐标系过载之间的关系，通过对高空无人机安装的差分GPS输出的地理坐标系下的测量数据进行分析计算，得到高空无人机气流坐标系下的过载数据，从而得到高空无人机升限试飞时的实际爬升率，解决了高空无人机升限试飞大气运动影响修正问题。

主权项

1.一种基于GPS数据的高空无人机升限数据处理方法，具体步骤如下：步骤1:通过动力学分析获得高空无人机实际爬升率和气流坐标系过载之间的数据关系，高空无人机的实际爬升率表示为：V_y.sj＝V_y+v+V_y.gx    公式(1)公式(1)中V_y.sj为高空无人机在瞬时状态下的实际爬升率，V_y为高空无人机在瞬时状态下的爬升能力，v为大气运动的垂直分量，V_y.gx为惯性力影响产生的额外的爬升率。高空无人机在空间上的机动飞行实质上是一种能量转换过程，高空无人机不同飞行状态的转换能够用高空无人机的机械能变化进行描述：公式(2)中E_e为单位重量高空无人机具有的能量，也可称为高空无人机的能量高度，高空无人机改变能量的能力能够用能量高度E_e对时间的导数来表示，如公式(3)所示，式中称为高空无人机在某飞行状态下的单位剩余功率：当高空无人机飞行高度较高时，发动机剩余推力较小，高空无人机进行等速爬升时航迹倾斜角较小，且随着高度的增加逐渐减小，高空无人机的实际爬升率可以表示为：V_y＝V_t·n_x·w＝V_t·n_x.g+V_y.w    公式(4)公式(4)中的n_x.w为高空无人机相对于气流坐标系的纵向过载，V_t·n_x.g是由于风梯度引起的惯性项，逆风梯度时该项为负；V_y.w表示高空无人机相对于气流坐标系的实际爬升率，在采用公式(4)进行升限试飞事后数据处理时引入的惯性项，消除了由风梯度引起的惯性量对高空无人机实际爬升率带来的影响。步骤2:通过差分GPS设备测量的数据计算气流坐标系过载，将差分GPS设备测量的地理坐标系下的速度经过坐标转换和微分计算，得到气流坐标系的加速度，最终得到气流坐标系过载。高空无人机在实际试飞中，根据差分GPS测量速度的变化可以计算高空无人机的加速度，然后通过坐标转换，得到气流坐标系的过载n_x.w，具体过程为：根据飞行动力学原理，将差分GPS设备测量的东向速度、北向速度、天向速度转换到气流坐标系下，如公式(5)所示：公式(5)V_x.w、V_y.w、V_z.w分别为气流坐标系下的三向速度，V_ge、V_gv、V_gn分别为差分GPS设备测量的东向速度、北向速度、天向速度。对得到的气流坐标系下的三向速度进行微分处理，可得到气流坐标系下的三向过载：公式(6)n_x.w、n_y.w、n_z.w分别为气流坐标系下的三向过载，g为重力加速度。将公式(6)计算结果代入公式(4)中，可得到高空无人机在进行升限试飞时的实际爬升率。步骤3:明确数据处理所用到的关键飞行状态参数、发动机状态参数及差分GPS测量数据，通过公式4计算得到高空无人机升限试飞实际爬升率，从而获得高空无人机实用升限。