一种四旋翼直升飞机小范围动态跟踪的方法技术

本发明专利技术是关于一种四旋翼直升飞机小范围动态跟踪的方法。其首先安装泰览Tele‑15型激光雷达测距仪，测量动态目标的位置信息，再安装INS300自主导航定位定向系统，测量四旋翼直升机的俯仰角与偏航角以及加速度信息，通过积分解算得到位置信息。再通过设计一类基于目标距离自适应调节的非线性数字微分器，一器四用，实现偏航角期望值、纵向位置误差、偏航角误差、俯仰角误差的微分解算。同时通过目标视线驱动的逻辑设计偏航角期望信号，通过纵向距离误差驱动的逻辑设计俯仰角期望信号，最终实现对雷达测距范围内的目标的动态跟踪。其优点在于设计简洁，跟踪的稳定性好，精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种四旋翼直升飞机小范围动态跟踪的方法
本专利技术涉及四旋翼飞行器飞行控制与目标跟踪领域，具体而言，涉及一种四旋翼直升飞机小范围动态跟踪的方法。
技术介绍
四旋翼飞机由于其陈本低，携带方便，设计与操纵简单易学，而在民用的各个领域中广泛使用，如高空航拍、短途快递、灾情勘探等等领域均有使用。在工业领域以及警用领域中，有时需要对某一个运动目标，进行动态跟踪与监视，那么其功能与目的则完全不同于上述航拍等。传统的直升机质心控制一般采用航路规划与位置误差驱动的方式实现位置的精确控制。但由于监视问题中的直升飞机目的地的不确定性，目标的运动等特点，单单使用误差驱动的常规方法容易出现目标丢失等问题。基于上述背景原因，本专利技术提出了一种采用视线解算实现航向跟踪，采用距离解算实现纵向跟踪，两者复合实现激光雷达测距范围内小目标的动态跟踪方法，结果具有很好的跟踪精度与快速性，也具有很高的工程实用价值。需要说明的是，在上述
技术介绍
部分专利技术的信息仅用于加强对本专利技术的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种四旋翼直升飞机小范围动态跟踪的方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的直升飞机目标跟踪的精度不高与目标丢失问题。根据本专利技术的一个方面，提供一种四旋翼直升飞机小范围动态跟踪的方法，包括以下步骤：步骤S10，在四旋翼直升飞机上安装泰览Tele-15型激光雷达测距仪，测量动态目标的位置信息，并通过转换解算得到目标位置信息；在四旋翼直升飞机上安装INS300自主导航定位定向系统，测量四旋翼直升机的加速度信息，并通过转换，得到直升机的位置信息；步骤S20，根据四旋翼直升机与目标的相对位置信号，解算理想偏航角信号，然后设计非线性数字微分器，得到理想偏航角速率信号，再根据非线性组合，得到偏航角指令信号；步骤S30，根据目标的纵向位置信息与直升机的位置信息，设计非线性数字微分器，求解纵向位置偏差信息的微分信号，然后设计位置姿态折算算法，得到俯仰角期望信号；步骤S40，采用INS300自主导航定位定向系统，测量四旋翼直升飞机的俯仰角，同时通过设计数字微分器，得到俯仰角速率角速率信号，然后进行线性综合，得到俯仰角稳定跟踪控制信号，并对期望俯仰角进行信号跟踪；步骤S50，采用INS300自主导航定位定向系统，测量四旋翼直升飞机的偏航角，同时通过设计数字微分器，得到偏航角速率信号，然后进行非线性综合，得到偏航角稳定跟踪控制信号，并对偏航角指令进行跟踪。步骤S60，通过参数调试，以及由高度通道的定高稳定飞行，由俯仰通道与偏航通道对期望俯仰角与期望偏航角进行角度稳定跟踪，即可实现对小范围动态目标的无人跟踪值守。在本专利技术的一种示例实施例中，在四旋翼直升飞机上安装泰览Tele-15型激光雷达测距仪与INS300自主导航定位定向系统，通过变换与解算得到目标与直升机的位置信息包括：vx＝∫axdt；vy＝∫aydt；xj＝∫vxdt；zj＝∫vzdt；xt＝rcos(κ)+xj；zt＝rsin(κ)+zj；其中ax为通过INS300自主导航定位定向系统测量四旋翼直升机的纵向加速度信号，az为测量得到的侧向加速度信号。vx为加速度积分得到的纵向速度信号，vz为侧向速度信号。xj为纵向位置信号记作，zj为侧向位置信号，dt表示对时间信号的积分。r为采用泰览Tele-15型激光雷达测距仪测量待跟踪目标的距离信息，κ为角度信息，xt为目标的纵向位置坐标，zt为目标的侧向位置坐标。在本专利技术的一种示例实施例中，根据四旋翼直升机与目标的相对位置信号，解算理想偏航角信号，然后设计非线性数字微分器，得到理想偏航角速率信号，再根据非线性组合，得到偏航角指令信号包括：Δx＝xt-xj；Δz＝zt-zj；φd2(n+1)＝φd2(n)+k14φd1；φd3＝k15φd+k16φd1+k17φd2；其中Δx为根据四旋翼直升机与目标的位置信息，解算得到的纵向位置偏差信息，Δz为侧向位置偏差信息。φd为理想偏航角信号，φd1为理想偏航角速率信号，φd2为理想偏航角滞后信号，k11、k12、k13、k14、k15、k16、k17为常值参数信号，其详细设计见后文案例实施，φd3为偏航角期望信号。在本专利技术的一种示例实施例中，根据目标的纵向位置信息与直升机的位置信息，设计非线性数字微分器，求解纵向位置偏差信息的微分信号，然后设计位置姿态折算算法，得到俯仰角期望信号包括：Δx2(n+1)＝Δx2(n)+k24Δx1；其中Δx为纵向位置偏差信号，Δx1为理想向位置偏差微分信号，Δx2为纵向位置偏差滞后信号，k21、k22、k23、k24、k25、k26、k27为常值参数信号，其详细设计见后文案例实施。θd3为俯仰角期望信号。在本专利技术的一种示例实施例中，采用INS300自主导航定位定向系统，测量四旋翼直升飞机的俯仰角，同时通过设计数字微分器，得到俯仰角速率角速率信号，然后进行线性综合，得到俯仰角稳定跟踪控制信号包括：ea＝θ-θd3；ea2(n+1)＝ea2(n)+k34ea1；uf＝k35ea+k36ea1+k37s1a；其中θ为采用INS300自主导航定位定向系统测量得到的四旋翼直升飞机俯仰角，θd3为俯仰角期望信号，ea为俯仰角误差信号，ea1为俯仰角误差微分信号，k31、k32、k33、k34、k35、k36、k37为常值参数信号，其详细设计见后文案例实施。s1a为俯仰角误差非线性积分信号，dt表示对时间信号的积分。uf为俯仰角稳定跟踪控制信号。在本专利技术的一种示例实施例中，测量四旋翼直升飞机的偏航角，同时通过设计数字微分器，得到偏航角速率信号，然后进行非线性综合，得到偏航角稳定跟踪控制信号包括：eb＝φ-φd3；eb2(n+1)＝eb2(n)+k44eb1；up＝k45eb+k46eb2+k47s1b；其中φ为采用INS300自主导航定位定向系统测量得到的四旋翼直升飞机偏航角信号，φd3为偏航角期望信号，eb为偏航角误差信号，eb1为偏航角误差微分信号，其中k41、k42、k43、k44、k45、k46、k47为常值参数信号，其详细设计见后文案例实施。s1b为偏航角误差非线性积分信号，dt表示对时间信号的积分。up为最终的偏航角稳定跟踪控制信号。最后，将所述的俯仰角稳定跟踪控制信号输送给俯仰舵系统，实现俯仰通道与对期望俯仰角的跟踪；将所述的偏航角稳定跟踪控制信号输送给偏航舵系统，实现偏航通道与对期望偏航角的跟踪，从而实现偏航通道的质心控制任务。对四旋翼直升机的高度通道进行定高稳定飞行，由于高度通道的稳定控制非本专利技术的保护内容，故在此不再累述，在案例实施中选取高度PID控制即可。对俯仰通道、偏航通道与高度通道进行联本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四旋翼直升飞机小范围动态跟踪的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S10，在四旋翼直升飞机上安装泰览Tele-15型激光雷达测距仪，测量动态目标的位置信息，并通过转换解算得到目标位置信息；在四旋翼直升飞机上安装INS300自主导航定位定向系统，测量四旋翼直升机的加速度信息，并通过转换，得到直升机的位置信息；/n步骤S20，根据四旋翼直升机与目标的相对位置信号，解算理想偏航角信号，然后设计非线性数字微分器，得到理想偏航角速率信号，再根据非线性组合，得到偏航角指令信号；/n步骤S30，根据目标的纵向位置信息与直升机的位置信息，设计非线性数字微分器，求解纵向位置偏差信息的微分信号，然后设计位置姿态折算算法，得到俯仰角期望信号；/n步骤S40，采用INS300自主导航定位定向系统，测量四旋翼直升飞机的俯仰角，同时通过设计数字微分器，得到俯仰角速率角速率信号，然后进行线性综合，得到俯仰角稳定跟踪控制信号，并对期望俯仰角进行信号跟踪；/n步骤S50，采用INS300自主导航定位定向系统，测量四旋翼直升飞机的偏航角，同时通过设计数字微分器，得到偏航角速率信号，然后进行非线性综合，得到偏航角稳定跟踪控制信号，并对偏航角指令进行跟踪。/n步骤S60，通过参数调试，以及由高度通道的定高稳定飞行，由俯仰通道与偏航通道对期望俯仰角与期望偏航角进行角度稳定跟踪，即可实现对小范围动态目标的无人跟踪值守。/n...

【技术特征摘要】
1.一种四旋翼直升飞机小范围动态跟踪的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S10，在四旋翼直升飞机上安装泰览Tele-15型激光雷达测距仪，测量动态目标的位置信息，并通过转换解算得到目标位置信息；在四旋翼直升飞机上安装INS300自主导航定位定向系统，测量四旋翼直升机的加速度信息，并通过转换，得到直升机的位置信息；
步骤S20，根据四旋翼直升机与目标的相对位置信号，解算理想偏航角信号，然后设计非线性数字微分器，得到理想偏航角速率信号，再根据非线性组合，得到偏航角指令信号；
步骤S30，根据目标的纵向位置信息与直升机的位置信息，设计非线性数字微分器，求解纵向位置偏差信息的微分信号，然后设计位置姿态折算算法，得到俯仰角期望信号；
步骤S40，采用INS300自主导航定位定向系统，测量四旋翼直升飞机的俯仰角，同时通过设计数字微分器，得到俯仰角速率角速率信号，然后进行线性综合，得到俯仰角稳定跟踪控制信号，并对期望俯仰角进行信号跟踪；
步骤S50，采用INS300自主导航定位定向系统，测量四旋翼直升飞机的偏航角，同时通过设计数字微分器，得到偏航角速率信号，然后进行非线性综合，得到偏航角稳定跟踪控制信号，并对偏航角指令进行跟踪。
步骤S60，通过参数调试，以及由高度通道的定高稳定飞行，由俯仰通道与偏航通道对期望俯仰角与期望偏航角进行角度稳定跟踪，即可实现对小范围动态目标的无人跟踪值守。


2.根据权利要求1所述的一种四旋翼直升飞机小范围动态跟踪的方法，其特征在于，在四旋翼直升飞机上安装泰览Tele-15型激光雷达测距仪与INS300自主导航定位定向系统，通过变换与解算得到目标与直升机的位置信息包括：
vx＝∫axdt；vy＝∫aydt；
xj＝∫vxdt；zj＝∫vzdt；
xt＝rcos(κ)+xj；
zt＝rsin(κ)+zj；
其中ax为通过INS300自主导航定位定向系统测量四旋翼直升机的纵向加速度信号，az为测量得到的侧向加速度信号。vx为加速度积分得到的纵向速度信号，vz为侧向速度信号。xj为纵向位置信号记作，zj为侧向位置信号，dt表示对时间信号的积分。r为采用泰览Tele-15型激光雷达测距仪测量待跟踪目标的距离信息，κ为角度信息，xt为目标的纵向位置坐标，zt为目标的侧向位置坐标。


3.根据权利要求1所述的一种四旋翼直升飞机小范围动态跟踪的方法，其特征在于，根据四旋翼直升机与目标的相对位置信号，解算理想偏航角信号，然后设计非线性数字微分器，得到理想偏航角速率信号，再根据非线性组合，得到偏航角指令信号包括：
Δx＝xt-xj；
Δz＝zt-zj；






φd2(n+1)＝φd2(n)+k14φd1；
φd3＝k15φd+k16...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟蕾，马培蓓，王玲玲，雷军委，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军航空大学，
类型：发明
国别省市：山东;37