飞行器自动驾驶仪的制作方法
【专利说明】飞行器自动驾驶仪
【背景技术】
[0001] 传统的自动驾驶仪能够使用由陀螺仪测量的角速率和来自惯性测量单元(IMU)的 平移加速度两者来控制航空飞行器的飞行。炮射弹(传统的和电磁的两者)在发射时受到非 常大的地心引力（"重力"）。这种重力能够损坏或损毁用来稳定晃动机身的陀螺仪。在一些 例子中，用来抵抗在发射期间以及另一些可能的操作期间受到的大的重力的这些和另一些 类型传感器的硬化(重力硬化)能够是困难的且昂贵的。
[0002] 本文关于本文公开内容所呈现的这些和另一些考量。
【发明内容】
[0003] 应当理解，本
【发明内容】
部分以简化的形式引入了一些概念，这些概念在下面的具 体实施方式中进一步被描述。本
【发明内容】
部分不意在用于限制所要求保护主题的范围。
[0004] 根据本文公开的一个实施例，公开了一种用于控制飞行器的计算机执行的方法。 在一些实施方式中，该方法包括:接收引导命令，接收移动测量值，并生成多个状态估计值。 该方法还包括:利用引导命令和多个状态估计值来输出控制表面命令。该方法也包括:根据 控制表面命令确定效应器命令，以及输出效应器命令到至少一个控制效应器，从而根据效 应器命令来控制飞行器。
[0005] 根据本文公开的另一个实施例，公开了一种用于飞行器的引导和控制系统。在一 些实施方式中，引导和控制系统包括：引导系统，其可操作以生成引导命令;移动测量设备， 其可操作以测量飞行器的移动以生成移动测量值；以及自动驾驶仪模块，其可操作以接收 引导命令。自动驾驶仪模块还可操作以生成多个状态估计值以及利用引导命令、移动测量 值和多个状态估计值来输出控制表面命令。引导和控制系统可以进一步包括:控制逻辑模 块，其可操作以接收控制表面命令，并且生成效应器命令作为响应;和控制效应器，其可操 作以接收效应器命令，从而根据效应器命令来控制飞行器。
[0006] 根据本文公开的又另一个实施例，公开了一种用于飞行器的控制模块。根据一些 实施方式，控制模块可以包括自动驾驶仪模块和控制逻辑模块。自动驾驶仪模块可以被配 置成接收来自引导系统的引导命令和移动测量设备的输出。自动驾驶仪模块可操作以增加 引导命令的增益成增益的引导命令。自动驾驶仪模块可以包括误差模块、状态估计器和增 益模块。
[0007] 误差模块可操作以接收引导命令和移动测量装置的输出作为输入，并进一步可操 作以输出误差。状态估计器可操作以接收增益的引导命令和误差之间的差值，并计算一个 或更多个状态估计值。增益模块可操作以接收一个或更多个状态估计值，从而计算控制表 面命令。控制逻辑模块可操作以接收控制表面命令并输出效应器命令。
[0008] 已经讨论的特征、功能和优点能够独立地实现在本公开的各种实施例中，或在另 一些实施例中被组合，实施例的进一步细节能够参照如下描述和附图了解到。
【附图说明】
[0009] 根据【具体实施方式】和附图，本文所呈现的实施例将被更全面地理解，其中：
[0010] 图1根据本文公开的至少一个实施例的利用引导和控制系统的状态估计值的飞行 器的框图。
[0011] 图2是根据本文公开的至少一个实施例的垂直控制模块的图示说明。
[0012] 图3是根据本文公开的至少一个实施例的横向/倾斜角控制模块的图示说明。
[0013] 图4是根据本文公开的至少一个实施例的可替代的横向/倾斜角控制模块的图示 说明。
[0014] 图5是根据本文公开的至少一个实施例的引导和控制系统的图示说明。
[0015] 图6是根据本文公开的至少一个实施例的用于控制飞行器的一种程序配置。
[0016] 图7是根据本文公开的至少一个实施例的用于修改引导命令的一种程序配置。
[0017] 图8图示说明了根据本文公开的至少一个实施例的在其中使用状态估计器可以实 施引导和控制系统的计算机。
[0018] 本申请中呈现的多幅附图示出了本公开的实施例的变化和不同方面。因此，对每 个图示说明的详细描述将描述在相应图示说明中确定的差异。
【具体实施方式】
[0019] 下述详细的描述针对在抛射弹、制导武器、导弹或飞机(本文在此被称为飞行器） 中的自动驾驶仪系统的技术。所述飞行器可以是，但不限于，超高速抛射弹、迫击炮、炮弹、 侧滑转弯武器、倾斜转弯武器或任何通过媒介制导的物体，具体在高速条件下。本公开不限 于任何具体类型的飞行器。相反，本文描述的技术可以在任何飞行器(包括那些经受可能损 坏传统陀螺仪的大的重力的飞行器）中受益。在一些实施方式中，本文描述的技术可以用作 当陀螺仪测量失败且只有平移加速度可用于控制计算时维持稳定飞行的备份系统。
[0020] 根据一种配置，飞行器的引导和控制系统使用状态估计器确定飞行器的状态的估 计值。引导和控制系统的控制模块使用状态估计值执行从引导和控制系统的引导模块接收 到的引导命令。引导和控制系统可以使用移动测量设备测量加速度。移动测量设备可以包 括，但不限于，垂直加速度、横向加速度、倾斜角或推力。在飞行器不包括机载推力部件(如 子弹壳或炮弹壳）的一些配置中，该配置可以不包括推力测量设备。
[0021] 基于测量的加速度，飞行器的状态可以被估计。这些估计值可以被用作在执行来 自引导模块的引导命令或在执行来自引导模块的后续引导命令期间的输入。如本文所使用 的，"状态"是飞行器的运行特性，包括，但不限于，位置、方向、方向的变化、速率动力学和控 制效应器状态。
[0022] 控制模块可以包括自动驾驶仪模块和控制逻辑模块。根据下面详细描述的多个实 施例，自动驾驶仪模块可以接收来自引导模块的引导命令。虽然不限于任何特定引导命令， 但在一些例子中，引导命令可以与目标位置、飞行轨迹、飞行线路或飞行器导航的航路点相 关联。
[0023] 自动驾驶仪模块利用飞行器的状态估计值计算用于根据引导命令控制飞行器的 控制表面命令。控制表面命令可以是用于升降舵、副翼、方向舵或另一些传统控制表面操作 的命令。自动驾驶仪模块发出控制命令，从而控制逻辑模块。
[0024] 控制表面命令确定控制命令有待被发出到的合适的控制表面。在一些配置中，使 用一个或更多个控制效应器可以控制飞行器。控制效应器可以采用传统控制表面(如升降 舵、副翼或方向舵）的方式。在一些配置中，控制效应器可以包括上述传统控制表面或可替 代上述传统控制表面而被使用。在这些实施方式中，控制效应器可以是飞行器的可移动表 面，其无论单独或与其他控制效应器结合均改变飞行器的航空动力学。航空动力学的改变 能够操控飞行器。控制效应器可以用在飞行器不被设计或不打算像传统的飞机那样围绕中 心轴线来维持旋转取向的某些情况中。控制效应器由一个或更多个致动器操纵。
[0025] 当无论单独或与其他控制效应器使用控制效应器时，该控制效应器能够模仿传统 的升降舵、副翼和/或方向舵控制表面的航空动力学效果。控制表面命令(其可以包括升降 舵、副翼、方向舵或其他传统控制表面的输出）可以被转译成用来修改飞行器的一个或更多 个控制效应器的效应器命令，以便以某种方式修改飞行器的当前状态，该方式将实现从引 导模块接收到的期望的航行目标。
[0026] 参考形成其一部分的附图，并且通过图示说明、具体实施例或示例的方式示出该 附图。在若干附图中，相同的数字标号表示相同的元件。
[0027]现转向图1，图1是利用引导和控制(G&C)系统102的状态估计值的飞行器100的局 部图，该系统可以根据本文公开的至少一个实施例而被使用。G&C系统102可以被用来控制 稳定或不稳定飞机或抛射弹（如飞行器100)的飞行。G&C系统102可以被配置成提供一个或 更多个输出以引起飞行器1〇〇的一个或更多个飞行路径轨迹变化。
[0028] G&C系统102包括引导模块104。引导模块104可以被配置成发出引导命令106。在一 个实施方式中，引导命令106可以是存储在飞行器100的机载存储设备中的预编程的指令。 预编程的指令可以被配置成根据指定航线或指定目的地或航路点来指导G&C系统102,从而 引导飞行器100。
[0029] 在另一个实施方式中，引导模块104可以在飞行器100在飞行时接收来自传输源的 指令。传输源可以包括，但