Способ коррекции формируемой конфигурации маршрута беспилотного планирующего летательного аппарата Российский патент 2021 года по МПК G05D1/08 B64C19/00 B64C39/02 G01C21/16 

Изобретение относится к области наведения беспилотных планирующих летательных аппаратов (БПЛА) и может быть использовано при эксплуатации таких летательных аппаратов.

Наиболее близким к данному изобретению является «Способ управления беспилотным планирующим летательным аппаратом» (RU 2654238, 2018), базирующийся на следующих основных положениях:

1. БПЛА обладает возможностью автономного управления величиной и направлением аэродинамической подъемной силы путем целенаправленного изменения угла аэродинамического крена ϕ и угла атаки α.

2. Движение БПЛА по маршруту, заданному совокупностью опорных точек M_j (j = 1, …, N), осуществляется последовательным наведением на эти точки.

Маршрут БПЛА выбирается на карте земной поверхности в местах, где по каким-либо причинам требуется изменение направления движения БПЛА, и задается опорными точками маршрута в виде совокупности геодезических координат B_j, L_j. В соответствии с общей протяженностью маршрута определяются начальные условия (начальные значения скорости V₀ и высоты H₀), в функции удаленности от начальной точки вычисляются высоты промежуточных опорных точек H_j.

Перед полетом сформированный маршрут и соответствующая ему опорная траектория проверяются на возможность реализации, т.е. на удовлетворение всем техническим ограничениям, и прежде всего, по поперечным перегрузкам. Контроль реализуемости заданных опорных траекторий летательных аппаратов осуществляется методом компьютерного моделирования полета. Моделированием полета БПЛА с управлением по методу, описанному в аналоге, можно осуществить контроль реализуемости заданного маршрута, но только до той опорной точки, в которой обнаружится невыполнение ограничений. Наведение на следующую опорную точку срывается и требуется изменить заданный маршрут и проверить его снова на реализуемость. Как корректировать маршрут способ-аналог не определяет. Если на маршруте несколько проблемных опорных точек, процесс контроля реализуемости маршрута затягивается, поскольку его коррекцию приходится осуществлять «методом проб и ошибок».

Задачей предлагаемого изобретения является внесение в процесс контроля реализуемости маршрута БПЛА изменений, которые позволят провести коррекцию формируемого маршрута БПЛА при невыполнении технических ограничений в опорных точках.

Технический результат достигается тем, что маршрут БПЛА задают опорными точками в виде совокупности геодезических координат, при формировании маршрута БПЛА в опорных точках определяют величины углов поворота и, если при сравнении с допустимыми значениями заблаговременно установленных и заданных таблично в функции дальности полета углов обнаруживают различие, обуславливающее нарушение заданных технических ограничений на управляющие параметры БПЛА, то по правилам сферической тригонометрии итерационно смещают проблемную опорную точку на малые расстояния с уменьшением величины угла поворота маршрута до допустимого значения.

Коррекция формируемой конфигурации маршрута БПЛА включает в себя следующие операции:

1. Заблаговременно, на этапе баллистического проектирования БПЛА с помощью многократного моделирования типовых траекторий (с начальными условиями - заданными значениями высоты и скорости , ) при экстремальных значениях управляющих поперечных перегрузок определяется зависимость допустимых углов поворота траектории от удаленности БПЛА от начальной точки траектории. Составляются таблицы вида (таблица 1):

Зависимость допустимого угла поворота траектории γ_доп от удаленности БПЛА от начальной точки траектории при =30000 м и =4500 м/с

2. При формировании конкретного маршрута БПЛА на сфере среднего радиуса Земли (фиг. 1) по формулам сферической тригонометрии определяются углы γ_i между звеньями формируемого маршрута БПЛА. Используя зависимость (1), определяются проблемные опорные точки, в которых имеет место неравенство

и, следовательно, в полете в опорной точке S_j(B_j, L_j, H_j) не может выполняться ограничение по поперечным перегрузкам.

3. Осуществляется коррекция положения проблемных опорных точек маршрута по алгоритму, обеспечивающему уменьшение углов γ_i(D) до допустимых значений.

Суть предлагаемого способа коррекции первоначально заданной конфигурации маршрута БПЛА заключается в создании зависимости (1) и ее использовании для выявления проблемных опорных точек маршрута и в создании алгоритма изменения координат отдельных опорных точек до значений, обеспечивающих выполнение в полете ограничений по поперечным перегрузкам.

Алгоритм изменения координат проблемной опорной точки включает:

1. Решение по формулам сферической тригонометрии сферических треугольников PM_j-1M_j и PM_jM_j+1 (фиг. 1) с определением угла γ_i как угла между сторонами треугольников с общей вершиной M_j. Все необходимые данные для определения сторон и углов указанных треугольников имеются - это координаты B_j, L_j точек M_j-1, M_j и M_j+1. Преобразования геодезических координат в сферические известны, но здесь не приводятся. Алгоритм решения данной задачи включает:

а) из треугольника PM_j-1M_j определяются углы α₁ и β₁ (фиг. 2);

б) определяется внешний к углу β₁ угол λ = π - β₁;

в) из треугольника PM_jM_j+1 определяется угол β₂;

г) определяется угол γ_j=β₂ - λ.

2. Итерационную процедуру по смещению точки M_j вдоль нормали к линии M_j-1 M_j+1 на малые расстояния с целью изменения (уменьшения) величины угла γ_i до допустимого значения

определяемого по таблице 1.

Итерационная процедура при допущении, что звено маршрута M_j-1M'_j=M_j-1M_j=const, включает:

а) изменение угла α₂ на малый угол , его увеличение в случае, если B_j > B_j-1, и уменьшение в обратном случае;

б) определение стороны PM'_j сферического треугольника PM_j-1M'_j по теореме косинусов сторон:

где Ф_j - угловая мера звена M_j-1M_j, величина которого определяется из треугольника PM'_jM_j+1 по теореме синусов:

sinФ_j=sin(L_j-L_j-1)⋅cos B_j-1/sinβ₁;

в) определение угла ΔL'_j=L_j - L'_j из выражения для косинуса стороны M_j-1M'_j сферического треугольника PM_j-1M'_j:

г) определение координат точки M'_j:

из выражения (4) следует

д) далее все расчеты п.п. 1, 2 проводятся циклично до выполнения условия (3).

Алгоритм, представленный в п.п. 1, 2, помимо того, что он обеспечивает формирование маршрута БПЛА, может быть включен в бортовой алгоритм контроля реализуемости каждого очередного поворота траектории, устраняя воздействия возмущений движения БПЛА.

Изобретение относится к способу коррекции формируемой конфигурации маршрута беспилотного планирующего летательного аппарата (БПЛА). Для коррекции формируемой конфигурации маршрута задают маршрут опорными точками в виде совокупности геодезических координат, в опорных точках определяют величины углов поворота, и если при сравнении с допустимыми значениями заблаговременно установленных и заданных таблично в функции дальности полета углов обнаруживают различие, обуславливающее нарушение заданных технических ограничений на управляющие параметры БПЛА, то по правилам сферической тригонометрии итерационно смещают проблемную опорную точку на малые расстояния с уменьшением величины угла поворота маршрута до допустимого значения. Обеспечивается коррекция формируемого маршрута БПЛА при невыполнении технических ограничений в опорных точках. 2 ил., 1 табл.

Способ коррекции формируемой конфигурации маршрута беспилотного планирующего летательного аппарата (БПЛА), заключающийся в том, что маршрут БПЛА задают опорными точками в виде совокупности геодезических координат, отличающийся тем, что при формировании маршрута БПЛА в опорных точках определяют величины углов поворота, и если при сравнении с допустимыми значениями заблаговременно установленных и заданных таблично в функции дальности полета углов обнаруживают различие, обуславливающее нарушение заданных технических ограничений на управляющие параметры БПЛА, то по правилам сферической тригонометрии итерационно смещают проблемную опорную точку на малые расстояния с уменьшением величины угла поворота маршрута до допустимого значения.