纵向甲板运动补偿技术研究

纵向甲板运动主要造成理想着舰点高度的变化,给着舰过程增加了难度,同时也严重威胁了舰载机着舰的安全性。为了减小由甲板运动引起的着舰误差,基于超前网络设计了甲板运动补偿器,并通过卡尔曼最优预估理论设计了甲板运动预估器,将甲板运动通过预估器和补偿器后加入纵向自动着舰导引系统中,实现了舰载机着舰末端过程甲板运动的补偿。仿真结果表明,设计的甲板运动预估器与补偿器可以有效地补偿由于纵向自动着舰导引系统在有效频率段内存在的相位迟后所引起的着舰误差,提高了舰载机着舰的安全性。     

无人直升机着舰甲板运动预估与补偿方法

无人直升机担负着越来越重要的作战使命,而甲板运动是影响其着舰安全的重要因素,对着舰甲板运动进行精确预估与补偿是亟待解决的难题。为此,基于自适应AR模型与最优预见控制方法,提出了一种甲板运动预估与补偿方法。基于AR模型设计甲板运动预估器时,引入时变因子设计了自适应模型参数更新律优化模型性能,强调数据的实时性,仿真结果表明,该方法在一定程度上提高了甲板运动预估的准确性,且计算相对简单;将甲板运动预估器产生的预估信号作为可预见的未来信息引入预见控制器,并基于最优控制理论对着舰甲板运动进行补偿,较好地改善了甲板运动补偿系统相位延迟问题,并在一定程度上提高了甲板运动跟踪精度,进而提高无人直升机着舰成功率。     

舰载机着舰过程中甲板运动补偿技术研究

舰载机自动着舰引导系统是现代航母舰载飞机系统的关键技术之一,是舰载机安全着舰的重要保障。研究了自动引导着舰系统的组成和工作机理,在此基础上提出了对甲板纵向和侧向运动分别进行补偿方法,纵向甲板运动补偿上采用基于AR模型的预估器和采用基于超前网络的补偿器相结合的方法,实现舰载机纵向上同步跟踪甲板运动;侧向甲板运动补偿上,一方面让自动着舰引导系统的测量轴迅速跟踪到甲板中线,另一方面根据飞机侧偏速率等于舰船侧偏速率的原则引入侧向补偿指令,最终使得飞机侧向着舰轨迹沿着甲板中线。     

基于H_2预见控制的舰载机自动着舰控制方法

以舰载机为研究对象,建立了舰载机的动力学模型,设计了基于H2全信息预见控制器的舰载机自动着舰控制系统,实现了舰尾流干扰的抑制和下滑道的跟踪。以某舰载机为受控对象,进行非线性数值仿真,结果表明,采用H2全信息预见控制策略能够提高对舰尾流干扰的抑制效果,获得较快的系统响应和满意的轨迹跟踪效果,控制效果优于PID控制。     

基于卡尔曼滤波的理想着舰点垂向运动估计

为了满足无人机着舰的高精度需求, 提高对航母运动的预报精度, 研究了甲板运动预估技术。利用有理形式的成型滤波器引入白噪声作为系统输入, 以拟合航母俯仰运动, 运用卡尔曼滤波理论对航母甲板的俯仰运动进行了预估; 并在此基础上, 结合对甲板升沉及横滚运动的预估结果, 实现对理想着舰点垂向运动的预估。仿真结果表明, 能够有效将航母甲板的俯仰运动及理想着舰点垂向运动提前3秒预报, 对提高着舰安全性有着重要意义。     

舰载无人机着舰纵向控制律设计

针对舰载无人机着舰末端纵向通道存在姿态与轨迹耦合的问题,提出了一种采用升降舵通道控制姿态、发动机通道控制轨迹的解耦控制策略;应用动态逆与自适应相结合的控制方法,削弱了控制系统中未知扰动带来的影响,保证了控制系统的快速性。为减小着舰末端甲板运动对着舰误差的影响,设计了甲板运动补偿网络。仿真结果显示,该控制方案控制效果良好,控制器具备较强的抗扰能力,可以有效减小舰尾气流对无人机着舰的影响。     

基于趋近律滑模最优控制的无人机撞网回收轨迹控制

针对舰载无人机撞网回收过程的下滑轨迹跟踪控制问题,在设计基于α β滤波器的轨迹控制外回路的基础上,着重设计了趋近律滑模控制与最优控制相结合的姿态控制内回路,提高了系统的稳定性并改善了系统的动态性能。以某小型无人机为例进行了撞网回收全过程三维数值仿真,仿真结果表明,该撞网回收着舰轨迹控制系统能够实现下滑过程飞行姿态及轨迹的精确控制,且能够在舰船甲板运动情况下实现较精确的撞网回收。     

着舰控制系统中的甲板运动补偿技术研究

舰载机在着舰中对甲板运动的跟踪存在相位差,需要使用预报技术将甲板的运动信息提前加入到自动着舰控制系统(ACLS)中.甲板预报通常采用的自回归模型法(AR)是一种时间序列预报方法,在此基础上提出了一种新型的多层递阶预报模型,它是在对时变参数进行预报的基础上再对系统的状态进行预报,更能反映时变系统的运动实质.对典型海况下甲板的俯仰和沉浮运动进行预报仿真,结果表明多层递阶预报的精度更高.分别用两种方法对自动着舰纵向轨迹控制进行运动补偿,仿真表明多层递阶预报方法可以更加有效地提高轨迹跟踪精度.     

基于航迹点控制的无人机目标跟踪算法

由于运动速度的差异性,固定翼无人机跟踪机动目标时,需要规划特殊的航迹才能达到较好的跟踪效果。根据无人机的机动特性对系统进行了建模,设计了基于航迹点控制的固定翼无人机目标跟踪算法,并对该算法的性能进行了仿真,仿真结果表明该算法实时性强,当目标进行各种运动时都能有效保证无人机目标跟踪的可靠性。     

舰体运动造成的舰载MLS引导误差的抑制方案研究

微波着舰引导系统(舰载MLS)采用相控阵天线和时间基准波束扫描原理,实现对舰载机着舰的精确引导。舰体运动会引发天线各振子相对位置的改变,导致系统引导误差。通过建立舰载MLS相控阵天线方向图及振动误差模型,针对相控阵天线3个轴向随机运动模式对引导性能的影响进行仿真分析,提出了一种舰体运动造成的舰载MLS引导误差的抑制方案。仿真结果表明,该算法可以稳定地跟踪舰体的随机运动,对舰载MLS相控阵天线进行三维运动补偿,有效改善接收端的信号质量,从而一定程度上提高舰载MLS的引导性能。     

基于直接力的着舰航迹动态逆控制仿真研究

面对舰载机人工进场着舰精确航迹控制中飞行员操纵负担重、着舰环境复杂的问题,提出采用两层并联动态逆控制框架设计基于直接升力的精确着舰航迹控制方案,具体采用控制分配处理直接升力面与常规舵面的舵效耦合和多操纵面问题,并从航迹与姿态解耦角度出发,仿真分析了所提的控制框架,证明了它在实现舰载机"魔毯"式精确着舰中的有效性,最后采用全量非线性E-2C涡桨飞机模型仿真验证控制效果可行,满足着舰航迹控制要求.     

改进遗传算法在舰载机着舰队列排序中的应用

在舰载机着舰过程中,着舰指挥官需要根据飞机的飞行状态和外部条件等因素对舰载机着舰进行实时的调度,确定安全高效的着舰次序。针对舰载机群着舰排序问题,不仅考虑多种因素对着舰排序的影响,而且考虑舰载机着舰失败对着舰排序的影响,提出以减少延迟时间和延误成本为目标的优化数学模型。针对传统遗传算法的不足,提出改进遗传算法,并利用改进遗传算法对模型进行求解。通过仿真实验发现优化后的着舰顺序能够有效地减少延迟时间和延误成本,从而提高甲板利用率。     

无人机在运动舰船上着舰视觉导引技术研究

为实现舰载无人机在做六自由度运动的航母上全天候着舰,提出了舰船运动模型下基于红外合作目标的无人机着舰视觉引导方法。首先设计了一种新型的合作目标;采用形态学算法提取合作目标,根据其位置特点进行物像点匹配,并采用N点算法求解机舰相对位姿;分析了舰船运动简化模型,并基于此模型提出了一种利用卡尔曼滤波提高导航精度的新方法,最后在VegaPrime中对该导航方法进行了仿真验证,仿真结果表明,该方法能够满足无人机着舰要求。     

无人直升机自主着舰的航线生成与跟踪控制

为实现无人直升机自主返航着舰,根据无人直升机与舰船的位置信息,设计了一种无人直升机自主生成返航航线的方法,并将生成的参考航线离散成路径点,每个路径点都包含了无人机直升机着舰返航要求达到的位置和速度信息。采用视线引导的方法设计了无人直升机制导律,内回路采用基于显模型跟踪与PID相结合的方法,实现了无人直升机对轨迹与速度的跟踪控制。数值仿真表明所设计的系统具有良好的性能。     

垂直起降无人机自主视觉着舰方法

考虑垂直起降无人机着舰问题的特殊性,提出了一种基于机载视觉的自主着舰方案。突破了传统2D光流测速的弊端,利用图像球面光流估计出目标舰船的三维速度矢量。为解决传统位置控制方案对着落轨迹精度控制不足的问题,利用Tau理论实时规划出一条满足着舰软着落约束条件的期望轨迹,最终以无人机三维飞行速度矢量作为控制量设计了轨迹跟踪控制器。基于Unity3D软件开发视景仿真环境,模拟不同海况条件,对所设计系统进行了半实物闭环仿真验证。与传统轨迹规划方案相比,所提方法无需复杂优化迭代计算,能同时满足着舰的实时性和精确性需求。     

基于Creator/Vega Prime的无人机着舰仿真验证系统设计

针对无人机着舰关键技术仿真验证的迫切需求,设计并实现了基于Creator/Vega Prime的无人机着舰仿真验证系统。首先分析了系统应当具备的功能和结构组成,以此进行了实现方案流程设计。然后讨论了如何利用Creator/Vega Prime技术设计三维着舰场景,进而重点研究了飞行数字仿真和图像导航两项关键技术的仿真验证方法。最终基于智能可控飞行器的硬件平台实现了所提出的着舰仿真验证系统。实践证明,该系统具备多样化任务模拟、操纵手训练和关键技术验证三项功能。     

直升机着舰甲板指挥模拟训练系统的设计

直升机着舰时,需由甲板指挥员实施引导,协助飞行员将直升机安全降落在载舰的指定区域内。甲板指挥员对飞机状态的判断和指挥,将直接影响直升机着舰的安全,为此开发研制了直升机着舰甲板指挥模拟训练系统。基于3DSMAX三维建模和动画技术,以甲板指挥员的视角虚拟直升机着舰的指挥场景,模拟直升机着舰的动态过程。采用Author-ware交互控制技术,通过键盘控制,实现了甲板指挥员指挥直升机着舰的模拟指挥控制,并对指挥效果进行评判。应用表明,系统运行稳定,模拟训练效果良好。     

基于内模原理的舰载雷达稳定平台控制研究

舰载雷达稳定平台具有两个自由度,分别用于补偿舰体的纵横摇角度,同时还要克服摇摆运动导致的惯性力矩。此外,负载惯量随天线转动而变化。舰船的摇摆运动可以看作由若干正弦信号叠加而成。针对一类已知频率信息的摇摆运动,设计了基于内模原理的控制律。仿真结果表明,该控制律补偿舰体耦合扰动效果明显,系统稳态跟踪误差指数收敛至原点,且对摇摆运动的振幅、相位和负载转动惯量具有较强的鲁棒性。     

基于加速度的无人机纵向控制方案设计

针对无人机常规纵向控制方案成本较高、姿态变化剧烈、高度跟踪超调大的问题,设计一种基于加速度的纵向控制方案。建立了无人机纵向线性运动模型,介绍基于加速度的纵向控制方程和控制框图,给出纵向控制所需的硬件,提出了控制参数设计的具体步骤,进行了平飞、爬升和下降三种状态数学仿真,并与常规的纵向控制数学仿真结果进行了对比。仿真对比表明,基于加速度的纵向控制方案成本抗干扰能力强,姿态变化平稳,高度跟踪精度高、速度快、无超调,适用于各型无人机的纵向控制。     

基于神经网络的舰载无人直升机着舰控制研究

介绍了基于神经网络的无人直升机轨迹跟踪控制系统的设计方法。针对无人直升机着舰回收的特殊要求,设计了直升机着舰轨迹,采用动态逆方法设计了直升机自动着舰控制系统,通过自适应神经网络,对动态逆误差进行了补偿,利用Matlab仿真工具箱,对无人直升机自主着舰的全过程进行仿真验证,仿真结果显示,系统符合设计要求。