运输机空投货物的远距离引导方法

摘要

本发明公开了一种运输机空投货物的远距离引导方法，依次根据原计划总飞行距离及时间和期望总飞行距离及时间计算得到距离差及时间差；先调整各个恒速阶段的距离消除时间差，在各个恒速阶段的距离调整后，更新状态初值；然后调整各个恒速段的时间消除距离差，在各个恒速阶段的时间调整后，更新状态初值：当可以达到调整目标时，方法步骤结束；当需要消除的时间差或者距离差超出临界范围，无法达到调整目标，方法结束。本发明能够适应距离差和时间差都存在的情况，使得同时达到期望总飞行时间和期望总飞行距离。

主权项

1.一种运输机空投货物的远距离引导方法，其特征在于包括下述步骤：步骤一、根据原计划总飞行距离S₀及时间T₀和期望总飞行距离S_f及时间T_f，计算得到距离差ΔS及时间差ΔT：任务规划时：有n个恒速阶段P1、P2、……、Pn；P1段速度V₁，飞行距离为S₁₀，飞行时间为T₁₀；P2段速度为V₂，飞行距离为S₂₀，飞行时间为T₂₀；……；Pn段速度为V_n，飞行距离为S_n0，飞行时间为T_n0；即有，Pi，i＝1，2，...，n，段的飞行速度为V_i，飞行距离为S_i0；且有V₁＞V₂＞…＞V_n＞0，S_i0≥0，T_i0≥0，在线飞行时：Pi段的飞行速度不变，飞行距离为S_if，飞行时间为T_if；且有S_if≥0，T_if≥0，时间差和距离差计算公式为：$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Delta S}=S_f-S_0\\ \mathrm{\Delta T}=T_f-T_0\end{array}\right.$其中：$S_0=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{S}_{i0},$$T_0=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{T}_{i0},$$S_f=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{S}_{\mathrm{if}},$$T_f=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{T}_{\mathrm{if}};$对于相异的两个恒速阶段Pk，k＝1，2，...，n，段和Pj，j＝1，2，...，n，段配对调整，两段的距离调整量之和与时间调整量之和均为零，记ΔS_kj为Pk段和Pj段配对调整时，Pk段的距离调整量，即ΔS_kj＝-ΔS_jk，显然当k＝j或者Pk段和Pj段未配对调整时ΔS_kj＝0，记ΔT_kj为Pk段和Pj段配对调整时，Pk段的时间调整量，即ΔT_kj＝-ΔT_jk，显然当k＝j或者Pk段和Pj段未配对调整时ΔT_kj＝0，记ΔS_k为Pk段的距离调整总量：$\Delta S_k=S_{\mathrm{kf}}-S_{k0}=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta S}}_{\mathrm{kj}},$记ΔT_k为Pk段的时间调整总量：${\mathrm{\Delta T}}_k=T_{\mathrm{kf}}-T_{k0}=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta T}}_{\mathrm{kj}};$步骤二、先调整各个恒速阶段的距离消除时间差，根据时间差的取值不同有如下四种情况：(1)若$\mathrm{\Delta T}>\underset{k=i}{\overset{n-1}{\Sigma }}\frac{(V_k-V_n)S_{k0}}{V_k{V}_n}$或$\mathrm{\Delta T}<-\underset{k=0}{\overset{n-2}{\Sigma }}\frac{(V_1-V_{n-k})S_{n-k,0}}{V_1{V}_{n-k}},$则此时先调整各个恒速阶段的距离消除不了时间差，故转步骤六；(2)若$\underset{k=1}{\overset{i-1}{\Sigma }}\frac{(V_k-V_n)S_{k0}}{V_k{V}_n}<\mathrm{\Delta T}\le \underset{k=1}{\overset{i}{\Sigma }}\frac{(V_k-V_n)S_{k0}}{V_k{V}_n},$i＝1，2，…，n-1，则从P1到Pi段需要与Pn段配对调整，此时从P1到Pi-1段距离均减为零，从Pi+1到Pn-1段距离均未变，Pi段距离减少，Pn段距离增加，即有：${\mathrm{\Delta S}}_{\mathrm{kn}}=\left\{\begin{array}{c}-S_{k0},k=\mathrm{1,2},···,i-1\\ -\frac{V_k{V}_n}{V_k-V_n}[\mathrm{\Delta T}-\underset{j=1}{\overset{k-1}{\Sigma }}\frac{(V_j-V_n)S_{j0}}{V_j{V}_n}],k=i\\ 0,k=i+1,i+2,···,n-1\end{array}\right.$进一步计算得到距离调整总量${\mathrm{\Delta S}}_k=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta S}}_{\mathrm{kj}};$(3)若$-\underset{k=0}{\overset{i}{\Sigma }}\frac{\left(V_1{-V}_{n-k}\right)S_{n-k,0}}{V_1{V}_{n-k}}\le \mathrm{\Delta T}<-\underset{k=0}{\overset{i-1}{\Sigma }}\frac{(V_1-V_{n-k})S_{n-k,0}}{V_1{V}_{n-k}},$i＝0，1，…，n-2，则从Pn-i到Pn段需要与P1段配对调整，此时从Pn-i+1到Pn段距离均减为零，从P2到Pn-i-1段距离均未变，Pn-i段距离减少，P1段距离增加，即有：${\mathrm{\Delta S}}_{1,n-k}=\left\{\begin{array}{c}{S}_{n-k,0},k=\mathrm{0,1},···,i-1\\ -\frac{V_1{V}_{n-k}}{V_1-V_{n-k}}[\mathrm{\Delta T}+\underset{j=0}{\overset{k-1}{\Sigma }}\frac{(V_1-V_{n-j})S_{n-j,0}}{V_1{V}_{n-j}}],k=i\\ 0,k=i+1,i+2,···,n-2\end{array}\right.$进一步计算得到距离调整总量${\mathrm{\Delta S}}_k=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta S}}_{\mathrm{kj}};$(4)若ΔT＝0，则此时不存在时间差，故不需要进行距离调整，即有距离调整总量${\mathrm{\Delta S}}_k=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta S}}_{\mathrm{kj}}=0;$步骤三、在各个恒速阶段的距离调整后，更新状态初值：$\left\{\begin{array}{c}{T}_{k,0}=T_{k,0}+\frac{\Delta S_k}{V_k}\\ S_{k,0}=S_{k,0}+{\mathrm{\Delta S}}_k\end{array}\right.$步骤四、调整各个恒速段的时间消除距离差，根据距离差的取值不同有如下四种情况：(1)若$\mathrm{\Delta S}>\underset{k=0}{\overset{n-2}{\Sigma }}(V_1-V_{n-k})T_{n-k,0}$或$\mathrm{\Delta S}<-\underset{k=1}{\overset{n-1}{\Sigma }}(V_k-V_n)T_{k0},$则此时调整各个恒速阶段的时间也消除不了距离差，故转步骤十；(2)若$\underset{k=0}{\overset{i-1}{\Sigma }}(V_1-V_{n-k})T_{n-k,0}<\mathrm{\Delta S}\le \underset{k=0}{\overset{i}{\Sigma }}(V_1-V_{n-k})T_{n-k,0},$i＝0，1，…，n-2，则从Pn-i到Pn段需要与P1段配对调整，此时从Pn-i+1到Pn段时间均减为零，从P2到Pn-i-1段时间均未变，Pn-i段时间减少，P1段时间增加，即有：${\mathrm{\Delta T}}_{1,n-k}=\left\{\begin{array}{c}{T}_{n-k,0},k=\mathrm{0,1},···,i-1\\ \frac{1}{V_1-V_{n-k}}[\mathrm{\Delta S}-\underset{j=0}{\overset{k-1}{\Sigma }}(V_1-V_{n-j})T_{n-j,0}],k=i\\ 0,k=i+1,i+2,···,n-2\end{array}\right.$进一步计算得到时间调整总量${\mathrm{\Delta T}}_k=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta T}}_{\mathrm{kj}};$(3)若$-\underset{k=1}{\overset{i}{\Sigma }}(V_k-V_n)T_{k0}\le \mathrm{\Delta S}<-\underset{k=1}{\overset{i-1}{\Sigma }}(V_k-V_n)T_{k0},$i＝1，2，…，n-1，则从P1到Pi段需要与Pn段配对调整，此时从P1到Pi-1段时间均减为零，从Pi+1到Pn-1段时间均未变，Pi段时间减少，Pn段时间增加，即有：${\mathrm{\Delta T}}_{\mathrm{kn}}=\left\{\begin{array}{c}-T_{k0},k=1,2,···,i-1\\ \frac{1}{V_k-V_n}[\mathrm{\Delta S}+\underset{j=1}{\overset{k-1}{\Sigma }}(V_j-V_n)T_{j0}],k=i\\ 0,k=i+1,i+2,···,n-1\end{array}\right.$进一步计算得到时间调整总量${\mathrm{\Delta T}}_k=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta T}}_{\mathrm{kj}};$(4)若ΔS＝0，则${\mathrm{\Delta T}}_k=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta T}}_{\mathrm{kj}}=0;$步骤五、在各个恒速阶段的时间调整后，更新状态初值：$\left\{\begin{array}{c}{S}_{k,0}=S_{k,0}+V_k{\mathrm{\Delta T}}_k\\ T_{k,0}=T_{k,0}+{\mathrm{\Delta T}}_k\end{array}\right.$可以达到调整目标且得到$\left\{\begin{array}{c}{S}_{\mathrm{if}}=S_{i0}\\ T_{\mathrm{if}}=T_{i0}\end{array}\right.,$结束；步骤六、先调整各个恒速段的时间消除距离差，根据距离差的取值不同有如下四种情况：(1)若$\mathrm{\Delta S}>\underset{k=0}{\overset{n-2}{\Sigma }}(V_1-V_{n-k})T_{n-k,0}$或$\mathrm{\Delta S}<-\underset{k=1}{\overset{n-1}{\Sigma }}(V_k-V_n)T_{k0},$则此时先调整各个恒速段的时间也消除不了距离差，故转步骤十；(2)若$\underset{k=0}{\overset{i-1}{\Sigma }}(V_1-V_{n-k})T_{n-k,0}<\mathrm{\Delta S}\le \underset{k=0}{\overset{i}{\Sigma }}(V_1-V_{n-k})T_{n-k,0},$i＝0，1，…，n-2，则从Pn-i到Pn段需要与P1段配对调整，此时从Pn-i+1到Pn段时间均减为零，从P2到Pn-i-1段时间均未变，Pn-i段时间减少，P1段时间增加，即有：${\mathrm{\Delta T}}_{1,n-k}=\left\{\begin{array}{c}{T}_{n-k,0},k=\mathrm{0,1},···,i-1\\ \frac{1}{V_1-V_{n-k}}[\mathrm{\Delta S}-\underset{j=0}{\overset{k-1}{\Sigma }}(V_1-V_{n-j})T_{n-j,0}],k=i\\ 0,k=i+1,i+2,···,n-2\end{array}\right.$进一步计算得到时间调整总量${\mathrm{\Delta T}}_k=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta T}}_{\mathrm{kj}};$(3)若$-\underset{k=1}{\overset{i}{\Sigma }}(V_k-V_n)T_{k0}\le \mathrm{\Delta S}<-\underset{k=1}{\overset{i-1}{\Sigma }}(V_k-V_n)T_{k0},$i＝1，2，…，n-1，则从P1到Pi段需要与Pn段配对调整，此时从P1到Pi-1段时间均减为零，从Pi+1到Pn-1段时间均未变，Pi段时间减少，Pn段时间增加，即有：${\mathrm{\Delta T}}_{\mathrm{kn}}=\left\{\begin{array}{c}-T_{k0},k=1,2,···,i-1\\ \frac{1}{V_k-V_n}[\mathrm{\Delta S}+\underset{j=1}{\overset{k-1}{\Sigma }}(V_j-V_n)T_{j0}],k=i\\ 0,k=i+1,i+2,···,n-1\end{array}\right.$进一步计算得到时间调整总量${\mathrm{\Delta T}}_k=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta T}}_{\mathrm{kj}};$(4)若ΔS＝0，则${\mathrm{\Delta T}}_k=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta T}}_{\mathrm{kj}}=0,$此时没有进行调整故转步骤十；步骤七、在各个恒速阶段的时间调整后，更新状态初值：$\left\{\begin{array}{c}{S}_{k0}=S_{k0}+V_k{\mathrm{\Delta T}}_k\\ T_{k0}=T_{k0}+{\mathrm{\Delta T}}_k\end{array}\right.$步骤八、然后调整各个恒速段的距离消除时间差，根据时间差的取值不同有如下三种情况：(1)若$\mathrm{\Delta T}>\underset{k=1}{\overset{n-1}{\Sigma }}\frac{(V_k-V_n)S_{k0}}{V_k{V}_n}$或$\mathrm{\Delta T}<-\underset{k=0}{\overset{n-2}{\Sigma }}\frac{(V_1-V_{n-k})S_{n-k,0}}{V_1{V}_{n-k}},$则此时调整各个恒速段的距离也消除不了时间差，故转步骤十；(2)若$\underset{k=1}{\overset{i-1}{\Sigma }}\frac{(V_k-V_n)S_{k0}}{V_k{V}_n}<\mathrm{\Delta T}\le \underset{k=1}{\overset{i}{\Sigma }}\frac{(V_k-V_n)S_{k0}}{V_k{V}_n},$i＝1，2，…，n-1，则从P1到Pi段需要与Pn段配对调整，此时从P1到Pi-1段距离均减为零，从Pi+1到Pn-1段距离均未变，Pi段距离减少，Pn段距离增加，即有：${\mathrm{\Delta S}}_{\mathrm{kn}}=\left\{\begin{array}{c}-S_{k0},k=\mathrm{1,2},···,i-1\\ -\frac{V_k{V}_n}{V_k-V_n}[\mathrm{\Delta T}-\underset{j=1}{\overset{k-1}{\Sigma }}\frac{(V_j-V_n)S_{j0}}{V_j{V}_n}],k=i\\ 0,k=i+1,i+2,···,n-1\end{array}\right.$进一步计算得到距离调整总量${\mathrm{\Delta S}}_k=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta S}}_{\mathrm{kj}};$(3)若$-\underset{k=0}{\overset{i}{\Sigma }}\frac{\left(V_1{-V}_{n-k}\right)S_{n-k,0}}{V_1{V}_{n-k}}\le \mathrm{\Delta T}<-\underset{k=0}{\overset{i-1}{\Sigma }}\frac{(V_1-V_{n-k})S_{n-k,0}}{V_1{V}_{n-k}},$i＝0，1，…，n-2，则从Pn-i到Pn段需要与P1段配对调整，此时从Pn-i+1到Pn段距离均减为零，从P2到Pn-i-1段距离均未变，Pn-i段距离减少，P1段距离增加，即有：${\mathrm{\Delta S}}_{1,n-k}=\left\{\begin{array}{c}{S}_{n-k,0},k=\mathrm{0,1},···,i-1\\ -\frac{V_1{V}_{n-k}}{V_1-V_{n-k}}[\mathrm{\Delta T}+\underset{j=0}{\overset{k-1}{\Sigma }}\frac{(V_1-V_{n-j})S_{n-j,0}}{V_1{V}_{n-j}}],k=i\\ 0,k=i+1,i+2,···,n-2\end{array}\right.$进一步计算得到距离调整总量${\mathrm{\Delta S}}_k=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta S}}_{\mathrm{kj}};$步骤九、在各个恒速阶段的距离调整后，更新状态初值：$\left\{\begin{array}{c}{T}_{k0}=T_{k0}+\frac{\Delta S_k}{V_k}\\ S_{k0}=S_{k0}+{\mathrm{\Delta S}}_k\end{array}\right.$可以达到调整目标且得到$\left\{\begin{array}{c}{S}_{\mathrm{if}}=S_{i0}\\ T_{\mathrm{if}}=T_{i0}\end{array}\right.,$结束；步骤十、需要消除的时间差或者距离差超出临界范围，无法达到调整目标，结束。