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飞机水平航迹规划技术

作者:admin关键字: 航迹角  
2012年9月长春理工大学学报(自然科学版) JournalofChangchunUniversityofScienceandTechnology(NaturalScienceEdition) V01.35 No.3 Sep.2012 飞机水平

  2012年9月长春理工大学学报(自然科学版) JournalofChangchunUniversityofScienceandTechnology(NaturalScienceEdition) V01.35 No.3 Sep.2012 飞机水平航迹规划技术 于国权1’2,崔爽1’2,王建军1,李岩1(1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春130033;2.中国科学院研究生院北京100039) 摘要:提出了一种飞机水平航迹规划方法,分析了飞机目标运动航迹及其特点,考虑了飞机的速度和姿态因素,建立了 飞机运动航迹的数学模型,以最小航迹通过规划的关键点,使代价达到最优,并提出了航迹规划的约束条件,仿真结果证 明了该方法的正确性。 关键词:航迹规划;最小航迹;转弯半径 中图分类号:V249 文献标识码:A 文章编号:1672—9870(2012)030028—03 PlanningTechnique ofLevel Flight Track Yu Guoquanl一,CUIShuan91一,WANGJianjunl,LI Yanl (LChangchun Instituteof Optics,Fine Mechanicsand Physics,ChineseAcademy Sciences,Changchun130033;2.GraduateSchooloftheChinese Academy Sciences,GSCAS,Beijing100039) Abstract:Amethodof levelroute planning about flight given.Analyzingmovingtrack andcharacteristicsof flight tar—— get,andconsidering velocityandattitude flight,mathematicalmodelare given tO describe flight track mov—ingtarget,whichpassthroughplanningkeypointswithminimumtrack,andis optimal,Moreover,constraint condition aboutit given,Practiceproves thatthemethodis correct. Key words:route planning;minimumtrack;turning radius 飞机航迹规划就是指在综合考虑飞机机动性 能和飞行时间等约束因素下,在飞机的规划空间 中,要求确定其中的一个线段或路径点序列作为飞 行路线,使代价函数达到最优…。航迹规划对于高 效研制和仿真防空指挥控制系统起着十分重要的 作用,也是部队训练演练的一个基本前提。构建飞 机目标运动航迹的数学模型是空情产生仿线{。要逼真地模拟目标的航迹,客观地反映 空情态势是一个十分复杂的问题。为了降低问题 的难度及方便使用,本文忽略飞机驾驶员的无意机 动、空气扰动等随机因素的影响,提出了一种水平航 迹规划的数学模型,该模型通过规划的路径上的关 键点,利用最小航迹方法生成飞机水平航迹,通过计 算机仿真证明此方法符合实际飞行航迹,对仿真训 练等项目有着实际应用意义。 1飞机水平航迹分析和数学模型 飞机的飞行是一个复杂的动力学系统,可以把 飞机视为质点,并把飞行运动分解为水平和铅垂两 个面内的运动,在飞行航路上,只要给定飞行航迹角 改变点高度,任意高度剖面就能唯一确定,对多组水 平剖面进行耦合就能生成飞机的航迹曲线,因此水 平剖面航路尤为重要,本节针对飞机的水平剖面航 路进行分析。 1。1常用航迹规划 传统航迹规划大部分采用bezier曲线方法来规 划飞机的航迹,对于给定i个关键航迹点,规划的航 迹如图1所示。。这种方法能规划出很好的平滑曲 线,但是没有考虑飞机本身的速度、姿态等因素,v8娱乐平台因 此规划的航迹和真实的航迹有一点差异。 收稿日期:2012—05—18 基金项目:国家重点实验室研究基金(SKI^IM0902-01) 作者简介:f国权(1980),男,博士研究生,主要研究方向为半实物仿真,E—mail:yu—guoquan{n163 COnl 万方数据 于国权,等:飞机水平航迹规划技术29 Bbezier曲线 TrackofBeziercurve 1.2最小航迹规划 对于给定的i点P。、P:、Ph坐标已知,如图2所 示,可以看出飞机直飞P,P。然后以最小半径转弯,然 后直飞P。,这样规划的航迹最小,即最优。 图2最小航迹示意图 Fig.2 ChartofminimumTrack 设转弯中心点为o,且转弯时飞机速度恒定,则 。点坐标为 Iz。=27P2+尺 SIGN‘sin妒1 r1、 lY。=YP2一R SIGN COS妒1 其中妒】为P。P:点航向角,R为最小转SIGN弯半径,由飞机速度和坡度决定,SIGN为符号函数定 义如下。 SIGN=sgnl(j’P3—27re)sing)1一(yP3一yJ鬯)cos妒ll 妒。=arctan YP2-YP—i] IN中D、“。、d:、眠分别定义如下:D-、厍j万五iij再 转弯角大小和方向Yv一:2-y_) 可表示为:122—12i—SIGN’123+SIGN 27【 ^.=la当,一SI口G1N一'…(122…-.12口1)/xqp NICON L4JIa9一口1一 l当SIGN(a2一a1)<0 PP3航向角和P点坐标为: SIGNsin92 IyP=YP3一RsIGN COS驴2 由图中可以看出当P3点落在圆()内部时,即 、/(zP{~工’。,)‘+(y鹏一y。)‘<JR 生成的曲线为不平滑曲线,航迹规划失败,这与实际飞行过程航迹也比较相符。 1.3最小转弯半径的确定 飞行中的飞机是一个复杂的动力学系统,建立 准确的运动方程比较困难,为了尽可能建立一个精 确可靠又简单的数学模型,忽略地球自转和飞机弹 性形变的影响,并对飞机的运动作如下假设: 1.飞机为刚体,其运动过程中质量不变; 2.不计地球自转和公转影响,视地球表面为平 3.重力加速度不随高度而变化;4.机体坐标系中的垂直平面为对称平面; 那么简化后飞机的质点运动方程为4 图3生成航迹流程图Fig.3 Processof creating track 万方数据长春理T大学学报(自然科学版) 埘面dv=P—Q~,wsin曰 聊口面dO=yc。sy一袷wc。s曰 其中P为发动机推力,Q气动阻力,y为升力,0为俯仰角,7为横滚角(即飞机坡度),为航 迹偏转角,当飞机水平飞行时,可视口为0;由此可以 得到飞机的最小转弯半径尺为: gtan7下面分析给定一系列点的航迹规划问题,v8娱乐信誉平台。给定 一组规划的关键点P,…P。,可以用上面算法计算出 P,P:P。的航迹规划曲线,然后PP.;P。点作为输人重复 上述算法,可以计算P。P;点轨迹,这样计算可以得到 P,…P。航迹规划曲线仿真结果 假设飞机的坡度为15。,飞机速度分别为200m/ S和150m/s情况下,计算机每个象素点代表10m距 离,规划i组关键点,仿线所示。 从图中可以看出不同速度和坡度的情况下计算机仿 真生成的飞行航迹的区别。从图中还可以看到在规 划的关键点距离满足(6)式时,关键点轨迹点位于转 弯圆内部,因而生成不平滑曲线情况,导致规划航迹 失败,这与飞机在实际中无法实现小距离转弯是符 合的,所以最小航迹生成方法有着重要应用价值。 (a)坡度为150速度为150m/s的轨迹 (c)关键点在转弯圆内生成的不平滑轨迹图4不同参数下生成航迹 Fig.4Creating trackwithdifferent parameter 结束语最小航迹模型考虑了飞机速度、姿态等因素,生 成航迹比较符合实际飞行航迹,目前该方法已经应 用于某仿真试验系统项目中,并取得了很好效果。 参考文献 闵昌万,袁建平.用飞行器航迹规划综述[J]|飞行力学,1998,16(4):14-19. [2]Hebert JefffeyM,Air Vehicie Path Planning[D]. AFIT/DS/ENG/01-04.2001. 何荣茂,邱超,王敏.平面假设条件下基于运动方程的飞机航迹仿真[J].舰船电子T程,2009,29(1): 122一124. [4]苏春梅,冯朝阳,王力军.通用飞机航迹生成技术[J].兵 丁自动化,2010,29(12)21-25。 [5]陈治怀.飞机性能T程[M].北京:中国民航小版社, 1993. 万方数据

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发表时间: 2018-09-26 15:17
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