【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空航天器的制导与控制领域，涉及一种基于简单推力法的时变速度飞行器位置可达集计算方法。
技术介绍
1、在航空航天器的制导与控制领域，对于位置可达集(flight envelopereachability set)的计算方法一直是关注的焦点之一。位置可达集是指在给定的飞行环境和控制约束条件下，飞行器可以到达的一组状态集合，它对于飞行器的飞行安全性、性能以及作战效能都有着重要的影响。
2、传统的可达集计算方法通常面向速度不变的场景，即假设飞行器在计算过程中保持恒定的速度。然而，在实际飞行中，特别是在复杂环境下或者在需要快速响应的任务中，飞行器的速度可能会显著变化。飞行包线主要由平飞最小速度、平飞最大速度和静升限三部组成。“简单推力法”是一种根据飞行器的气动参数、发动机推力等数据求解出飞行器的在特定高度下最小和最大平飞速度的方法。本专利技术根据飞行器的气体动力学和发动机模型得出飞行器的最小速度与最大速度，基于速度边界限制设计了一种时变速度飞行下的位置可达集计算方法。
技术实现思路
1、要解决的技术问题
2、为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种基于简单推力法的时变速度飞行器位置可达集计算方法。
3、技术方案
4、一种基于简单推力法的时变速度飞行器位置可达集计算方法，其特征在于步骤如下：
5、步骤1：建立飞机与发动机的模型即飞行器的受力方程，包括飞行器所受重力g和发动机推力p；
6、步骤2：利用简
7、步骤3：在极限速度状态下对飞行器位置可达集分析：
8、在确定飞行器的最小速度与最大速度后，在给定高度状态下，计算飞行器在给定时间内的位置可达集范围；
9、根据飞行器的极限速度的可达集空间范围，求出飞行器的极限速度下的可达集前沿位置；
10、步骤4：在求出飞行器的极限速度位置后，在可变速度下对飞行器位置动态可达集分析，得到飞行器在时间范围内到达的位置坐标(pi,x,pi,y)；
11、步骤5：根据飞行器以固定的法向加速度和速度进行最小转弯半径转弯，得到的左右转弯圆求出飞行器的最短时间轨迹，以最短时间轨迹等效于飞行器的dubins的最短路径轨迹；以最短路径画出飞行器以可变速度下飞行器的dubins轨迹，所有dubins轨迹的集合即为可变速度飞行器的位置集合。
12、所述飞机与发动机的模型的飞行器所受重力g和发动机推力p为：
13、
14、其中：g为飞行器所受重力，ρ(h)为与高度相关的空气密度，clmax为最大允许升力系数，s为机翼面积，v'为当地声速，ma为马赫数，cdmin表示最小阻力系数，p为发动机推力。
15、所述飞行器的最小速度vmin和飞行器的最大速度vmax为：
16、其中：g为飞行器所受重力，ρ(h)为与高度相关的空气密度，clmax为最大允许升力系数，s为机翼面积，v'为当地声速，ma为马赫数，g取9.80665m/s2；
17、
18、其中：p表示发动机可用推力，ρ(h)表示与高度相关的空气密度，cdmin表示最小阻力系数，s表示机翼面积，v'表示当地声速，ma表示马赫数，tmax为发动机最大可用推力。
19、所述可达集描述系统的演化过程，系统在给定的初始条件下，经过控制输入，达到的所有可能状态的集合。
20、所述可达集的前沿是一条由给定时间内飞行器达到的最远距离点组成的曲线，飞行器的可达集通过飞行器左、右转弯半径圆的渐开线获得；所述渐开线由所有等长的基于dubins曲线的最短路径轨迹终点组成。
21、所述飞行器的可达集范围的计算为：
22、首先计算可达集的前沿rsfi为：
23、rsfi(t,t+δt|xi(t))＝g(vi,ai,max,xi(t),δt)＝rsfi,r∪rsfi,l
24、其中rsfi,r和rsfi,l分别为以航向为基准的rsfi右半边和左半边，通过下述渐开线公式求得：
25、
26、其中θi为速度航向角，和为右、左最小半径转弯圆的圆心坐标，分别等于和是最小转弯半径，其值为vi2/ai,max；
27、将求出的最小速度与最大速度带入渐开线公式，即得到飞机以最小速度和最大速度进行转弯时的可达集范围；最小和最大速度状态下最小半径转弯半径分别是vmin2/ai,max与vmax2/ai,max，ai,max为飞行器转弯的最大法向加速度。
28、所述飞行器以时间t为起点，经过δt的时刻到达的位置坐标(pi,x(t+δt),pi,y(t+δt))：
29、
30、roi(t)＝vi(t)2/ai,max
31、其中：初始速度设为vi0，飞行器的法向加速度设定为ai,max，以ai的切向加速度作加速运动/减速运动。
32、一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机程序时实现如所述基于简单推力法的时变速度飞行器位置可达集计算方法的数据迁移步骤。
33、一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如所述基于简单推力法的时变速度飞行器位置可达集计算方法的步骤。
34、一种计算机程序产品，其特征在于包括计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现所述基于简单推力法的时变速度飞行器位置可达集计算方法。
35、有益效果
36、本专利技术提出的一种基于简单推力法的时变速度飞行器位置可达集计算方法，针对变速飞行器的可达集计算问题，提供一种基于简单推力法的位置动态可达集计算方法。首先，利用飞行器的气动和发动机模型数据，计算在给定重力和飞行高度条件下，飞行器可能达到的速度范围，即确定飞机在该模型下的最小和最大速度。其次，利用可达集计算方法，确定飞机在最小和最大速度下可能到达的可达集位置。最后，考虑速度可变的情况，即加速和减速过程，计算时变速度飞行器的位置可达集。数值仿真结果验证了这种方法在计算飞行器位置可达集时的有效性和优越性。
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1.一种基于简单推力法的时变速度飞行器位置可达集计算方法，其特征在于步骤如下：
2.根据权利要求1所述基于简单推力法的时变速度飞行器位置可达集计算方法，其特征在于：所述飞机与发动机的模型的飞行器所受重力G和发动机推力P为：
3.根据权利要求1所述基于简单推力法的时变速度飞行器位置可达集计算方法，其特征在于：所述飞行器的最小速度vmin和飞行器的最大速度vmax为：
4.根据权利要求1所述基于简单推力法的时变速度飞行器位置可达集计算方法，其特征在于：所述可达集描述系统的演化过程，系统在给定的初始条件下，经过控制输入，达到的所有可能状态的集合。
5.根据权利要求1或4所述基于简单推力法的时变速度飞行器位置可达集计算方法，其特征在于：所述可达集的前沿是一条由给定时间内飞行器达到的最远距离点组成的曲线，飞行器的可达集通过飞行器左、右转弯半径圆的渐开线获得；所述渐开线由所有等长的基于Dubins曲线的最短路径轨迹终点组成。
6.根据权利要求1所述基于简单推力法的时变速度飞行器位置可达集计算方法，其特征在于：所述飞行器的可达集范围的
7.根据权利要求1所述基于简单推力法的时变速度飞行器位置可达集计算方法，其特征在于：所述飞行器以时间t为起点，经过Δt的时刻到达的位置坐标(Pi,x(t+Δt),Pi,y(t+Δt))：
8.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述基于简单推力法的时变速度飞行器位置可达集计算方法的数据迁移步骤。
9.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述基于简单推力法的时变速度飞行器位置可达集计算方法的步骤。
10.一种计算机程序产品，其特征在于包括计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现权利要求1至7任一项所述基于简单推力法的时变速度飞行器位置可达集计算方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于简单推力法的时变速度飞行器位置可达集计算方法，其特征在于步骤如下：
2.根据权利要求1所述基于简单推力法的时变速度飞行器位置可达集计算方法，其特征在于：所述飞机与发动机的模型的飞行器所受重力g和发动机推力p为：
3.根据权利要求1所述基于简单推力法的时变速度飞行器位置可达集计算方法，其特征在于：所述飞行器的最小速度vmin和飞行器的最大速度vmax为：
4.根据权利要求1所述基于简单推力法的时变速度飞行器位置可达集计算方法，其特征在于：所述可达集描述系统的演化过程，系统在给定的初始条件下，经过控制输入，达到的所有可能状态的集合。
5.根据权利要求1或4所述基于简单推力法的时变速度飞行器位置可达集计算方法，其特征在于：所述可达集的前沿是一条由给定时间内飞行器达到的最远距离点组成的曲线，飞行器的可达集通过飞行器左、右转弯半径圆的渐开线获得；所述渐开线由所有等长的基于dubins曲线的最短路径轨迹终点组成。
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