用于无人机航迹飞行高度控制的平滑过渡方法

摘要

用于无人机航迹飞行高度控制的平滑过渡方法，涉及无人机控制领域，解决了在无人机航迹飞行过程中只利用高度信息进行高度控制，而在过渡初期无人机会以最大能力爬升从而导致无人机过载大、飞行安全性降低的问题。该方法包括以下步骤：接收无人机的飞行航点信息、飞行速度和当前位置；根据当前所在航迹两端的航点信息，计算出前后两个航迹点的高度差和水平方向的直线距离；根据上述信息采用自然指数规律计算高度给定值；将实时计算出的高度给定值输入到高度控制系统，从而实现高度控制的平滑过渡。本发明根据航迹点信息按照自然指数规律实时给出高度指令，可以减小无人机航迹飞行高度控制过程中的短时较大过载，提高无人机的飞行安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及无人机控制技术领域，具体涉及一种用于无人机航迹飞行高度控制的平滑过渡方法。

背景技术

在无人机航迹飞行的高度控制中，从当前点飞向目标航点的过程中，如果只利用高度信息，高度控制律会使无人机以最大能力进行爬升，以尽快达到目标航点高度，而不管目标航点距离当前点的实际距离。在这种情况下，在过渡初期，由于无人机以最大能力进行爬升，会使得无人机的过载较大，不利于飞行安全，易出现安全事故。目前，在无人机航迹飞行的高度控制中还未见类似平滑过渡方法的报道。

发明内容

为了解决在无人机航迹飞行过程中只利用高度信息进行高度控制，而在过渡初期无人机会以最大能力爬升从而导致无人机过载大、飞行安全性降低的问题，本发明提供一种用于无人机航迹飞行高度控制的平滑过渡方法。本发明根据航迹点信息按照自然指数规律实时给出高度指令，可以减小无人机航迹飞行高度控制过程中的短时较大过载，提高无人机的飞行安全性。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的用于无人机航迹飞行高度控制的平滑过渡方法，包括以下步骤：

步骤一、无人机飞控系统接收地面测控系统上传的无人机的飞行航迹点信息以及机载传感器测得的当前飞行速度和当前位置信息，并记录航迹切换点的信息；

步骤二、根据航迹切换点和目标航迹点的信息，计算出航迹切换点和目标航迹点之间的高度差以及两者在水平方向上的直线距离；

步骤三、根据航迹切换点和目标航迹点之间的高度差、水平方向上的直线距离以及无人机在航迹切换点的飞行速度，采用自然指数规律并利用公式(1)实时计算出高度给定值；

$>H_g=H_{g,q}+(H_{g,i}-H_{g,q})(1-e^{-\frac{t-t_q}{T}})---\left(1\right)$>

公式(1)中：H_g为高度给定值，H_g,q为航迹切换点的高度，H_g,i为目标航迹点的高度，t为当前时间，t_q为航迹切换点的时间，T为时间常数，其中，l_i为航迹切换点与目标航迹点在水平方向上的直线距离，V0为航迹控制中的平均地速；

步骤四、利用无人机飞控系统将实时计算出的高度给定值输入到无人机飞控系统中的高度控制系统中，从而实现无人机航迹飞行高度控制的平滑过渡。

本发明的有益效果是：本发明的用于无人机航迹飞行高度控制的平滑过渡方法，通过航迹点信息按照自然指数规律实时计算出高度给定值，并实时将此高度给定值输入到无人机飞控系统中的高度控制系统中，从而实现无人机航迹飞行高度控制的平滑过渡。本发明的方法可以减小无人机航迹飞行高度控制过程中的短时较大过载，提高无人机的飞行安全性，保证无人机飞行安全。

具体实施方式

本发明采用自然指数规律，同时通过航迹点信息实时计算出高度给定值，并实时将此高度给定值输入到无人机飞控系统中的高度控制系统中，从而实现无人机航迹飞行高度控制的平滑过渡。

本发明的用于无人机航迹飞行高度控制的平滑过渡方法，包括以下步骤：

步骤一、无人机中的飞控系统接收地面测控系统上传的飞行航迹点信息(也就是表征无人机航迹的一系列点)以及无人机中的机载传感器所测得的当前飞行速度和当前位置信息，并记录航迹切换点的信息；

步骤二、根据航迹切换点和目标航迹点的信息，计算出航迹切换点和目标航迹点之间的高度差以及两者在水平方向上的直线距离；

步骤三、根据航迹切换点和目标航迹点之间的高度差、水平方向上的直线距离以及无人机在航迹切换点的飞行速度，采用自然指数规律并利用公式(1)实时计算出高度给定值；计算得到的实时高度给定值为一条平滑指数曲线，因此高度控制系统在跟踪此平滑指数曲线时的实际轨迹也是光滑的；

公式(1)如下所示：

$>H_g=H_{g,q}+(H_{g,i}-H_{g,q})(1-e^{-\frac{t-t_q}{T}})---\left(1\right)$>

公式(1)中：H_g为高度给定值，H_g,q为航迹切换点的高度，H_g,i为目标航迹点的高度，t为当前时间，t_q为航迹切换点的时间，T为时间常数，其中，l_i为航迹切换点与目标航迹点在水平方向上的直线距离，V0为航迹控制中的平均地速；

步骤四、利用无人机中的飞控系统将实时计算出的高度给定值输入到无人机飞控系统中的高度控制系统中，从而实现无人机航迹飞行高度控制的平滑过渡。

上述所说的无人机飞控系统、无人机飞控系统中的高度控制系统、地面测控系统、无人机中的机载传感器均为现有技术，在此不再过多介绍。