一种无人机固定半径盘旋领航方法

摘要

本发明公开了一种无人机固定半径盘旋领航方法，根据既定的盘旋半径、期望的盘旋方式以及由传感器获得的飞机位置、高度及地速信息，连续实时计算飞机期望轨迹的侧向偏离及侧偏移速度等导航参数，并同由姿态运动传感器获得的飞机姿态运动信息一同输入至侧向控制回路得到舵偏度指令，最终实现引导飞机沿着期望航线飞行。应用本发明提供的领航方法能够实现引导飞机进行固定半径盘旋飞行；避免了折线飞行过程中频繁的直飞和转弯动作切换，飞机机体所承受的过载较小，在风干扰情况下，飞机仍然按照期望轨迹飞行。

主权项

1、一种无人机固定半径盘旋领航方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一：计算飞机当前位置子午面内地球主曲率半径R_m以及当前位置子午面垂直平面内的地球主曲率半径R_n，然后计算飞机盘旋时的圆心位置与当前飞机位置的地理经度偏差量ΔL及地理纬度偏差量ΔB：$\left\{\begin{array}{c}{R}_m=R_a\times (1-2\times f+3\times f\times {\sin }^{2}B)\\ R_n=R_a\times (1+f\times {\sin }^{2}B)\end{array}\right.$$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Delta L}=\frac{\mathrm{Rturn}·V_{\mathrm{dn}}}{\sqrt{V_{\mathrm{dn}}^2+V_{\mathrm{de}}^2}·R_m·\cos B}\\ \mathrm{\Delta B}=\frac{\mathrm{Rturn}·V_{\mathrm{de}}}{\sqrt{V_{\mathrm{dn}}^2+V_{\mathrm{de}}^2·R_n}}\end{array}\right.$上式中的参数依据WGS_84坐标系，地球长半轴R_a＝6378137.0m，地球椭偏度f＝0.003352811；Rturn为既定的盘旋半径，V_dn为飞机的北向地速，V_de为飞机的东向地速，B为飞机的地理纬度；步骤二：根据收到的盘旋指令的不同解算相应的盘旋圆心地理经度L_C和地理纬度B_C；根据步骤一中的ΔB和ΔL，计算盘旋圆心地理经度L_C和盘旋圆心地理纬度B_C为：其中B为飞机的地理纬度，L为飞机的地理经度；步骤三：根据盘旋圆心地理纬度B_C计算盘旋圆心处的地心半径B_p、地心纬度B_ECC及飞机的地心纬度B_EC：$R_p=R_a·\{1+\frac{f^2}{2}·[\frac{1}{1+(1-f^2)·\mathrm{tg}{B}_C}-1\left]\right\}$$B_{\mathrm{EC}}=\mathrm{arctg}[{\left(\frac{H+R_b}{H+R_a}\right)}^2·\mathrm{tgB}]$$B_{\mathrm{ECC}}=\mathrm{arctg}[{\left(\frac{H+R_b}{H+R_a}\right)}^2·{\mathrm{tgB}}_C]$其中，地球短半轴R_b＝6356752.3m，长半轴R_a＝6378137.0m，H和B分别为飞机高度和纬度；步骤四：计算飞机到盘旋圆心的距离D和飞机的侧偏距D_Z：$D=\sqrt{{\mathrm{\Delta x}}^2+\Delta y^2},$其中$\begin{array}{c}\mathrm{\Delta x}=R_p·\cos B_{\mathrm{ECC}}·\mathrm{\Delta L}\\ \mathrm{\Delta y}=R_p·(B_{\mathrm{EC}}-B_{\mathrm{ECC}})\end{array}$D_Z＝D-Rturn；步骤五：计算从盘旋圆心到飞机当前位置的向量与东向的夹角α、侧偏移速度D_Zd：α＝arctg(Δy/Δx)步骤六：将步骤四及步骤五中得到的飞机的侧偏距D_Z及侧偏移速度D_Zd输出至侧向控制回路得到舵偏度指令，最终实现引导飞机沿着期望航线飞行。