一种飞机蛇形机动自动控制方法及装置与流程

1.本技术属于飞行控制技术领域，特别涉及一种飞机蛇形机动自动控制方法及装置。


背景技术：

2.蛇形机动，又叫s形机动，一般指频繁、剧烈且左右交替改变航迹方位角，同时可伴有高度升降的机动。
3.飞机为了躲避敌人瞄准或者躲避敌方，消耗来袭发射物的能量，一般都涉及剧烈的轨迹和航迹变化，此时可以使用蛇形机动。如果采用人工来控制飞机蛇形机动，会给飞行员带来较大的操作负担，并且控制效果因人而异。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本技术提供了一种飞机蛇形机动自动控制方法及装置，以减轻飞行员负担。
5.本技术第一方面提供了一种飞机蛇形机动自动控制方法，主要包括：
6.步骤s1、采集顶层机动算法给出的控制指令，所述控制指令包括法向过载指令、滚转角指令、航迹偏置角、速度指令、油门指令、直线段飞行时间及转弯方向；
7.步骤s2、基于给定的滚转角指令及转弯方向控制飞机进行横向滚转，滚转过程中，设定法向过载指令为1g，并按速度指令对飞行速度进行控制；
8.步骤s3、当横向滚转到位后，基于给定的法向过载指令进行法向过载控制，并按所述油门指令进行油门控制；
9.步骤s4、当飞机转过航迹偏置角后，对飞机进行改平，改平过程中，按当前气压高度进行纵向控制，按航迹偏置角进行横向控制，按速度指令进行自动油门控制，直至满足飞机平飞条件；
10.步骤s5、当飞机完成直线段飞行时间后，按所述转弯方向的反方向进行横向滚转，滚转过程中，设定法向过载指令为1g，并按速度指令对飞行速度进行控制；
11.步骤s6、横向滚转到位后，基于给定的法向过载指令进行法向过载控制，并按所述油门指令进行油门控制；
12.步骤s7、当飞机转过两倍的航迹偏置角后，对飞机进行改平，改平过程中，按当前气压高度进行纵向控制，按航迹偏置角进行横向控制，按速度指令进行自动油门控制，直至满足飞机平飞条件；
13.步骤s8、当飞机完成两倍的直线段飞行时间后，按所述转弯方向重新进行横向滚转，滚转过程中，设定法向过载指令为1g，并按速度指令对飞行速度进行控制；
14.步骤s9、横向滚转到位后，基于给定的法向过载指令进行法向过载控制，并按所述油门指令进行油门控制；
15.步骤s10、当飞机转过两倍的航迹偏置角后，对飞机进行改平，改平过程中，按当前
气压高度进行纵向控制，按航迹偏置角进行横向控制，按速度指令进行自动油门控制，直至满足飞机平飞条件。
16.优选的是，步骤s2中，对飞行速度进行控制包括：
17.步骤s21、按给定的速度指令降低或增加百分比设定速度范围的速度下限及速度上限；
18.步骤s22、在横向滚转过程中，当速度低于速度下限时，以油门上限限制值作为控制策略，增大油门直至速度落入所述速度范围内，当速度高于速度上限时，通过滞环减少油门偏度直至速度落入所述速度范围内。
19.优选的是，步骤s3进一步包括：
20.向驾驶员展示保持飞机高度不变的滚转角与法向过载对应关系；
21.接收驾驶员参考所述对应关系所做出的对法向过载指令和/或滚转角指令的修改，并基于修改后的法向过载指令和/或滚转角指令进行高度修正，其中，当需要增加高度时，由驾驶员根据所述对应关系，减小滚转角或增大法向过载，当需要降低高度时，由驾驶员根据所述对应关系，增加滚转角或减小法向过载。
22.本技术第二方面提供了一种飞机蛇形机动自动控制装置，主要包括：
23.指令采集模块，用于采集顶层机动算法给出的控制指令，所述控制指令包括法向过载指令、滚转角指令、航迹偏置角、速度指令、油门指令、直线段飞行时间及转弯方向；
24.第一滚转控制模块，用于基于给定的滚转角指令及转弯方向控制飞机进行横向滚转，滚转过程中，设定法向过载指令为1g，并按速度指令对飞行速度进行控制；
25.第一方位控制模块，用于当横向滚转到位后，基于给定的法向过载指令进行法向过载控制，并按所述油门指令进行油门控制；
26.第一改平控制模块，用于当飞机转过航迹偏置角后，对飞机进行改平，改平过程中，按当前气压高度进行纵向控制，按航迹偏置角进行横向控制，按速度指令进行自动油门控制，直至满足飞机平飞条件；
27.第二滚转控制模块，用于当飞机完成直线段飞行时间后，按所述转弯方向的反方向进行横向滚转，滚转过程中，设定法向过载指令为1g，并按速度指令对飞行速度进行控制；
28.第二方位控制模块，用于横向滚转到位后，基于给定的法向过载指令进行法向过载控制，并按所述油门指令进行油门控制；
29.第二改平控制模块，用于当飞机转过两倍的航迹偏置角后，对飞机进行改平，改平过程中，按当前气压高度进行纵向控制，按航迹偏置角进行横向控制，按速度指令进行自动油门控制，直至满足飞机平飞条件；
30.第三滚转控制模块，用于当飞机完成两倍的直线段飞行时间后，按所述转弯方向重新进行横向滚转，滚转过程中，设定法向过载指令为1g，并按速度指令对飞行速度进行控制；
31.第三方位控制模块，用于横向滚转到位后，基于给定的法向过载指令进行法向过载控制，并按所述油门指令进行油门控制；
32.第三改平控制模块，用于当飞机转过两倍的航迹偏置角后，对飞机进行改平，改平过程中，按当前气压高度进行纵向控制，按航迹偏置角进行横向控制，按速度指令进行自动
油门控制，直至满足飞机平飞条件。
33.优选的是，所述第一滚转控制模块包括：
34.速度范围确定单元，用于按给定的速度指令降低或增加百分比设定速度范围的速度下限及速度上限；
35.速度控制单元，用于在横向滚转过程中，当速度低于速度下限时，以油门上限限制值作为控制策略，增大油门直至速度落入所述速度范围内，当速度高于速度上限时，通过滞环减少油门偏度直至速度落入所述速度范围内。
36.优选的是，所述第一方位控制模块进一步包括：
37.对应关系展示单元，用于向驾驶员展示保持飞机高度不变的滚转角与法向过载对应关系；
38.指令修改单元，用于接收驾驶员参考所述对应关系所做出的对法向过载指令和/或滚转角指令的修改，并基于修改后的法向过载指令和/或滚转角指令进行高度修正，其中，当需要增加高度时，由驾驶员根据所述对应关系，减小滚转角或增大法向过载，当需要降低高度时，由驾驶员根据所述对应关系，增加滚转角或减小法向过载。
39.本技术能够自动控制飞机完成蛇形机动，不需要人为干预，飞行员可以专注对抗任务。如果需要改变转弯速度和高度，可以对法向过载指令和滚转角指令的大小进行实时调整，具有较好的灵活性。
附图说明
40.图1是本技术飞机蛇形机动自动控制方法的一优选实施例的流程图。
41.图2是飞机蛇形机动一优选实施例的方位变化示意图。
具体实施方式
42.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。下面结合附图对本技术的实施方式进行详细说明。
43.本技术第一方面提供了一种飞机蛇形机动自动控制方法，如图1所示，主要包括：
44.步骤s1、采集顶层机动算法给出的控制指令，所述控制指令包括法向过载指令、滚转角指令、航迹偏置角、速度指令、油门指令、直线段飞行时间及转弯方向；
45.步骤s2、基于给定的滚转角指令及转弯方向控制飞机进行横向滚转，滚转过程中，设定法向过载指令为1g，并按速度指令对飞行速度进行控制；
46.步骤s3、当横向滚转到位后，基于给定的法向过载指令进行法向过载控制，并按所述油门指令进行油门控制；
47.步骤s4、当飞机转过航迹偏置角后，对飞机进行改平，改平过程中，按当前气压高度进行纵向控制，按航迹偏置角进行横向控制，按速度指令进行自动油门控制，直至满足飞
机平飞条件；
48.步骤s5、当飞机完成直线段飞行时间后，按所述转弯方向的反方向进行横向滚转，滚转过程中，设定法向过载指令为1g，并按速度指令对飞行速度进行控制；
49.步骤s6、横向滚转到位后，基于给定的法向过载指令进行法向过载控制，并按所述油门指令进行油门控制；
50.步骤s7、当飞机转过两倍的航迹偏置角后，对飞机进行改平，改平过程中，按当前气压高度进行纵向控制，按航迹偏置角进行横向控制，按速度指令进行自动油门控制，直至满足飞机平飞条件；
51.步骤s8、当飞机完成两倍的直线段飞行时间后，按所述转弯方向重新进行横向滚转，滚转过程中，设定法向过载指令为1g，并按速度指令对飞行速度进行控制；
52.步骤s9、横向滚转到位后，基于给定的法向过载指令进行法向过载控制，并按所述油门指令进行油门控制；
53.步骤s10、当飞机转过两倍的航迹偏置角后，对飞机进行改平，改平过程中，按当前气压高度进行纵向控制，按航迹偏置角进行横向控制，按速度指令进行自动油门控制，直至满足飞机平飞条件。
54.在执行上述步骤过程中，持续从步骤s1中获取顶层机动算法，机动开始后，转弯方向不可改变，如果需要改变，则需要重新自步骤s1执行转弯控制。在步骤s2中，如图1所示，在纵向控制方面，输出的法向过载nyg初始为1g，当滚转角到位后，在步骤s3中，输出的法向过载nyg再使用顶层机动算法给定的法向过载指令ny_ai。在横向控制方面，输出的滚转角指令gammag基于顶层机动算法给定的转弯方向left_or_right以及顶层机动算法给定的滚转角指令gamma_ai确定，left_or_right为转弯方向，-1为左转，1为右转。
55.在一些可选实施方式中，步骤s2中，对飞行速度进行控制包括：
56.步骤s21、按给定的速度指令降低或增加百分比设定速度范围的速度下限及速度上限；
57.步骤s22、在横向滚转过程中，当速度低于速度下限时，以油门上限限制值作为控制策略，增大油门直至速度落入所述速度范围内，当速度高于速度上限时，通过滞环减少油门偏度直至速度落入所述速度范围内。
58.该实施例主要是为了避免转弯大法向过载时速度降低过多的问题，通过设定的速度范围进行控制，这里的百分比例如可以是20％或者30％。当速度过低时，加大油门，油门控制直接采用油门限制值(指的是上限，一般较大)，当速度过高时，通过滞环减小油门偏度。
59.在步骤s3中，当横向滚转到位后，调整法向过载为顶层机动算法的法向过载指令ny_ai，调整所输出的油门指令plag为顶层机动算法的油门指令pla_ai。
60.转过航迹偏置角后，在步骤s4中进行改平控制，在纵向控制方面，采用当前气压高度h作为本算法输出的气压高度指令hg，将顶层机动算法的航迹偏置角dpsi_ai乘以转弯方向作为本算法输出的航迹方位角指令psig，将顶层机动算法的速度指令vb_ai作为本算法输出的速度指令vbg。其中转弯方向left_or_right，-1为左转，1为右转，在图1中，为表示清楚，以left_or_right表示为1，以-left_or_right表示-1。
61.在一些可选实施方式中，步骤s3进一步包括：
62.向驾驶员展示保持飞机高度不变的滚转角与法向过载对应关系；
63.接收驾驶员参考所述对应关系所做出的对法向过载指令和/或滚转角指令的修改，并基于修改后的法向过载指令和/或滚转角指令进行高度修正，其中，当需要增加高度时，由驾驶员根据所述对应关系，减小滚转角或增大法向过载，当需要降低高度时，由驾驶员根据所述对应关系，增加滚转角或减小法向过载。
64.该实施例主要给出了驾驶员可以根据需要接管飞机的高度控制，在高度控制方面，如果在转弯过程中需要保持高度，需要匹配滚转角和法向过载(比如4g对应约75度)，驾驶员在获得该对应关系后，可以与顶层机动算法给定的指令进行比较，通过修改指令介入本技术的智能控制中，实现对高度的改变。
65.通过上述步骤进行一次转弯操作，之后在步骤s5～s7中执行第二次转弯，其步骤与s2～s4相一致，最后在步骤s8～s10中执行第三次转弯，完成蛇形机动。
66.图2给出了一具体的大机动转弯自动控制过程仿真示例，假设飞机当前在高度9km，以表速700km/h，航迹方位角0度，定高等速平飞。当接到蛇形机动指令时，开始机动。
67.其中，法向过载指令为4g，滚转角指令为75度，航迹偏置角为50度，直线段飞行时间为20s。由仿真结果可以看出，飞机完成了蛇形机动的自动控制，由于法向过载指令与滚转角指令匹配，因此机动过程中高度基本维持在9000m左右。
68.本技术第二方面提供了一种与上述方法对应的飞机蛇形机动自动控制装置，主要包括：
69.指令采集模块，用于采集顶层机动算法给出的控制指令，所述控制指令包括法向过载指令、滚转角指令、航迹偏置角、速度指令、油门指令、直线段飞行时间及转弯方向；
70.第一滚转控制模块，用于基于给定的滚转角指令及转弯方向控制飞机进行横向滚转，滚转过程中，设定法向过载指令为1g，并按速度指令对飞行速度进行控制；
71.第一方位控制模块，用于当横向滚转到位后，基于给定的法向过载指令进行法向过载控制，并按所述油门指令进行油门控制；
72.第一改平控制模块，用于当飞机转过航迹偏置角后，对飞机进行改平，改平过程中，按当前气压高度进行纵向控制，按航迹偏置角进行横向控制，按速度指令进行自动油门控制，直至满足飞机平飞条件；
73.第二滚转控制模块，用于当飞机完成直线段飞行时间后，按所述转弯方向的反方向进行横向滚转，滚转过程中，设定法向过载指令为1g，并按速度指令对飞行速度进行控制；
74.第二方位控制模块，用于横向滚转到位后，基于给定的法向过载指令进行法向过载控制，并按所述油门指令进行油门控制；
75.第二改平控制模块，用于当飞机转过两倍的航迹偏置角后，对飞机进行改平，改平过程中，按当前气压高度进行纵向控制，按航迹偏置角进行横向控制，按速度指令进行自动油门控制，直至满足飞机平飞条件；
76.第三滚转控制模块，用于当飞机完成两倍的直线段飞行时间后，按所述转弯方向重新进行横向滚转，滚转过程中，设定法向过载指令为1g，并按速度指令对飞行速度进行控制；
77.第三方位控制模块，用于横向滚转到位后，基于给定的法向过载指令进行法向过
载控制，并按所述油门指令进行油门控制；
78.第三改平控制模块，用于当飞机转过两倍的航迹偏置角后，对飞机进行改平，改平过程中，按当前气压高度进行纵向控制，按航迹偏置角进行横向控制，按速度指令进行自动油门控制，直至满足飞机平飞条件。
79.在一些可选实施方式中，所述第一滚转控制模块包括：
80.速度范围确定单元，用于按给定的速度指令降低或增加百分比设定速度范围的速度下限及速度上限；
81.速度控制单元，用于在横向滚转过程中，当速度低于速度下限时，以油门上限限制值作为控制策略，增大油门直至速度落入所述速度范围内，当速度高于速度上限时，通过滞环减少油门偏度直至速度落入所述速度范围内。
82.在一些可选实施方式中，所述第一方位控制模块进一步包括：
83.对应关系展示单元，用于向驾驶员展示保持飞机高度不变的滚转角与法向过载对应关系；
84.指令修改单元，用于接收驾驶员参考所述对应关系所做出的对法向过载指令和/或滚转角指令的修改，并基于修改后的法向过载指令和/或滚转角指令进行高度修正，其中，当需要增加高度时，由驾驶员根据所述对应关系，减小滚转角或增大法向过载，当需要降低高度时，由驾驶员根据所述对应关系，增加滚转角或减小法向过载。
85.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种飞机蛇形机动自动控制方法，其特征在于，包括：步骤s1、采集顶层机动算法给出的控制指令，所述控制指令包括法向过载指令、滚转角指令、航迹偏置角、速度指令、油门指令、直线段飞行时间及转弯方向；步骤s2、基于给定的滚转角指令及转弯方向控制飞机进行横向滚转，滚转过程中，设定法向过载指令为1g，并按速度指令对飞行速度进行控制；步骤s3、当横向滚转到位后，基于给定的法向过载指令进行法向过载控制，并按所述油门指令进行油门控制；步骤s4、当飞机转过航迹偏置角后，对飞机进行改平，改平过程中，按当前气压高度进行纵向控制，按航迹偏置角进行横向控制，按速度指令进行自动油门控制，直至满足飞机平飞条件；步骤s5、当飞机完成直线段飞行时间后，按所述转弯方向的反方向进行横向滚转，滚转过程中，设定法向过载指令为1g，并按速度指令对飞行速度进行控制；步骤s6、横向滚转到位后，基于给定的法向过载指令进行法向过载控制，并按所述油门指令进行油门控制；步骤s7、当飞机转过两倍的航迹偏置角后，对飞机进行改平，改平过程中，按当前气压高度进行纵向控制，按航迹偏置角进行横向控制，按速度指令进行自动油门控制，直至满足飞机平飞条件；步骤s8、当飞机完成两倍的直线段飞行时间后，按所述转弯方向重新进行横向滚转，滚转过程中，设定法向过载指令为1g，并按速度指令对飞行速度进行控制；步骤s9、横向滚转到位后，基于给定的法向过载指令进行法向过载控制，并按所述油门指令进行油门控制；步骤s10、当飞机转过两倍的航迹偏置角后，对飞机进行改平，改平过程中，按当前气压高度进行纵向控制，按航迹偏置角进行横向控制，按速度指令进行自动油门控制，直至满足飞机平飞条件。2.如权利要求1所述的飞机蛇形机动自动控制方法，其特征在于，步骤s2中，对飞行速度进行控制包括：步骤s21、按给定的速度指令降低或增加百分比设定速度范围的速度下限及速度上限；步骤s22、在横向滚转过程中，当速度低于速度下限时，以油门上限限制值作为控制策略，增大油门直至速度落入所述速度范围内，当速度高于速度上限时，通过滞环减少油门偏度直至速度落入所述速度范围内。3.如权利要求1所述的飞机蛇形机动自动控制方法，其特征在于，步骤s3进一步包括：向驾驶员展示保持飞机高度不变的滚转角与法向过载对应关系；接收驾驶员参考所述对应关系所做出的对法向过载指令和/或滚转角指令的修改，并基于修改后的法向过载指令和/或滚转角指令进行高度修正，其中，当需要增加高度时，由驾驶员根据所述对应关系，减小滚转角或增大法向过载，当需要降低高度时，由驾驶员根据所述对应关系，增加滚转角或减小法向过载。4.一种飞机蛇形机动自动控制装置，其特征在于，包括：指令采集模块，用于采集顶层机动算法给出的控制指令，所述控制指令包括法向过载指令、滚转角指令、航迹偏置角、速度指令、油门指令、直线段飞行时间及转弯方向；
第一滚转控制模块，用于基于给定的滚转角指令及转弯方向控制飞机进行横向滚转，滚转过程中，设定法向过载指令为1g，并按速度指令对飞行速度进行控制；第一方位控制模块，用于当横向滚转到位后，基于给定的法向过载指令进行法向过载控制，并按所述油门指令进行油门控制；第一改平控制模块，用于当飞机转过航迹偏置角后，对飞机进行改平，改平过程中，按当前气压高度进行纵向控制，按航迹偏置角进行横向控制，按速度指令进行自动油门控制，直至满足飞机平飞条件；第二滚转控制模块，用于当飞机完成直线段飞行时间后，按所述转弯方向的反方向进行横向滚转，滚转过程中，设定法向过载指令为1g，并按速度指令对飞行速度进行控制；第二方位控制模块，用于横向滚转到位后，基于给定的法向过载指令进行法向过载控制，并按所述油门指令进行油门控制；第二改平控制模块，用于当飞机转过两倍的航迹偏置角后，对飞机进行改平，改平过程中，按当前气压高度进行纵向控制，按航迹偏置角进行横向控制，按速度指令进行自动油门控制，直至满足飞机平飞条件；第三滚转控制模块，用于当飞机完成两倍的直线段飞行时间后，按所述转弯方向重新进行横向滚转，滚转过程中，设定法向过载指令为1g，并按速度指令对飞行速度进行控制；第三方位控制模块，用于横向滚转到位后，基于给定的法向过载指令进行法向过载控制，并按所述油门指令进行油门控制；第三改平控制模块，用于当飞机转过两倍的航迹偏置角后，对飞机进行改平，改平过程中，按当前气压高度进行纵向控制，按航迹偏置角进行横向控制，按速度指令进行自动油门控制，直至满足飞机平飞条件。5.如权利要求4所述的飞机蛇形机动自动控制装置，其特征在于，所述第一滚转控制模块包括：速度范围确定单元，用于按给定的速度指令降低或增加百分比设定速度范围的速度下限及速度上限；速度控制单元，用于在横向滚转过程中，当速度低于速度下限时，以油门上限限制值作为控制策略，增大油门直至速度落入所述速度范围内，当速度高于速度上限时，通过滞环减少油门偏度直至速度落入所述速度范围内。6.如权利要求4所述的飞机蛇形机动自动控制装置，其特征在于，所述第一方位控制模块进一步包括：对应关系展示单元，用于向驾驶员展示保持飞机高度不变的滚转角与法向过载对应关系；指令修改单元，用于接收驾驶员参考所述对应关系所做出的对法向过载指令和/或滚转角指令的修改，并基于修改后的法向过载指令和/或滚转角指令进行高度修正，其中，当需要增加高度时，由驾驶员根据所述对应关系，减小滚转角或增大法向过载，当需要降低高度时，由驾驶员根据所述对应关系，增加滚转角或减小法向过载。

技术总结
本申请属于飞行控制技术领域，特别涉及一种飞机蛇形机动自动控制方法及装置。该方法包括步骤S1、采集顶层机动算法给出的控制指令；步骤S2、基于给定的滚转角指令及转弯方向控制飞机进行横向滚转，滚转过程中，设定法向过载指令为1g，并按速度指令对飞行速度进行控制；步骤S3、当横向滚转到位后，基于给定的法向过载指令进行法向过载控制，并按所述油门指令进行油门控制；步骤S4、当飞机转过航迹偏置角后，对飞机进行改平，执行直线飞行后重复步骤S2～S4进行一次反方向转弯后再执行一次正方向转弯完成蛇形机动。本申请能够自动控制飞机完成蛇形机动，不需要人为干预。不需要人为干预。不需要人为干预。


技术研发人员：王志刚 朱家兴 王业光 丁岩 马青原
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所
技术研发日：2023.06.02
技术公布日：2023/9/5