无人机空中加油会合段制导与控制系统设计及视景仿真

摘要

迄今无人机得到广泛应用，并经历多次实战考验，完成任务能力显著。空中加油可以增大无人机的作战半径，延长飞行时间，提升有效载荷，提高无人机的总体作战效能。本文针对空中加油会合阶段无人受油机的制导与控制问题进行了探索和研究。
　　首先，本文对空中加油会合阶段中加油机和受油机的飞行策略进行了分析，在此基础上研究了无人受油机空中加油自主会合策略和任务要求，建立了无人受油机的动力学模型和加油机运动模型。同时，分析了加油机和无人受油机的相对运动关系，为制导与控制系统的设计打下坚实的基础。
　　其次，设计了无人受油机飞行控制系统。从精确跟踪制导指令的角度，采用动态逆方法设计飞行控制系统，使飞机直接跟踪航迹角指令。考虑到建模误差和不确定性干扰的影响，设计了基于RBF神经网络的Backstepping飞行控制系统，并通过仿真验证了所设计的控制系统的有效性。结果表明，通过引入神经网络补偿不确定性干扰，提高了飞行控制系统的鲁棒性。
　　再次，针对空中加油会合的任务，根据无人受油机与加油机的视线角及无人受油机飞行速度之间关系建立了满足会合要求的滑模控制面，设计了滑模追踪制导律，实现了自主会合。基于Dubins最短路径原理，根据几何关系设计了空中加油会合航路点生成器，计算出预计转弯点和预计会合点。仿真结果表明，该方法优化了无人受油机的飞行轨迹，提高了效率。
　　最后，基于Vega、MFC和MATLAB搭建了空中加油会合视景仿真系统，实现了从不同视角观察受油机在空中加油会合过程中的运动。
　　研究表明，本文设计的无人机空中加油会合制导与控制系统，实现了引导和控制无人受油机与加油机会合。本文的研究成果对实现无人受油机自主会合工程化具有参考价值。

目录

声明

中文摘要

英文摘要

目录

注释表

缩略词

单位换算

第一章 绪论

1.1课题的研究背景及意义

1.2无人机空中加油技术研究现状

1.3本文主要工作及章节安排

第二章 空中加油会合策略分析与加油机受油机系统建模

2.1空中加油会合策略与要求

2.2无人受油机模型

2.3加油机运动模型

2.4加油机和受油机的相对运动关系

2.5本章小结

第三章 无人受油机空中加油会合飞行控制系统设计与仿真

3.1无人受油机空中加油会合飞行控制系统要求分析

3.2动态逆飞行控制系统设计

3.3 Backstepping飞行控制系统设计

3.4飞行控制系统仿真

3.5本章小结

第四章 无人受油机空中加油会合制导系统设计与仿真

4.1无人受油机空中加油会合制导系统要求分析

4.2基于滑模追踪制导的会合制导系统设计与仿真

4.3基于Dubins路径的会合制导系统设计与仿真

4.4本章小结

第五章 空中加油会合视景仿真

5.1空中加油会合视景仿真系统总体结构设计及各模块功能分析

5.2空中加油会合视景仿真系统展示

5.3本章小结

第六章 总结与展望

6.1本文主要工作总结

6.2后续工作展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文