基于虚拟目标的固定翼无人机飞行编队试验方法与流程

本发明属于无人机飞行控制，应用于无人机编队飞行中，具体为基于虚拟目标的固定翼无人机飞行编队试验方法。

背景技术：

1、随着无人机技术的快速发展，无人机编队飞行逐渐成为了重点关注的方向，无人机编队飞行能够完成单无人机不能完成的飞行任务。

2、现有技术中，相较于旋翼无人机的编队飞行，固定翼无人机的编队飞行技术成熟度较低，编队飞行试验风险大，尤其是固定翼无人机进行近距离的编队飞行试验，风险将上升至极大水平，达到单固定翼无人机飞行试验风险的数倍甚至数十倍。

3、如何发展固定翼无人机的编队飞行技术，首要解决的问题便是降低固定翼无人机的编队飞行试验风险，从而节约飞行试验成本，获得技术的提升后，提高固定翼无人机编队飞行的效率。

技术实现思路

1、本发明的目的是降低固定翼无人机的编队飞行试验风险，因此提出了一种基于虚拟目标理念的固定翼无人机飞行编队试验方法；本发明的方法通过设置单个或多个虚拟目标，降低飞行试验风险，节约固定翼无人机编队飞行试验成本，提高固定翼无人机编队飞行效率。

2、本发明采用了以下技术方案来实现目的：

3、一种基于虚拟目标的固定翼无人机飞行编队试验方法，所述方法包括如下步骤：

4、s1、设置虚拟目标，初始化虚拟目标信息；

5、s2、建立虚拟目标的运动模型和动力学模型，将虚拟目标作为对应的虚拟无人机，解算出虚拟目标的运动状态信息；

6、s3、获取真实无人机的传感信息和虚拟无人机的运动状态信息，通过协同控制算法，解算出真实无人机和虚拟无人机的编队状态指令；

7、s4、依据真实无人机和虚拟无人机的编队状态指令，解算出对应的控制指令；将虚拟无人机的控制指令输入至虚拟目标的运动模型和动力学模型中，实时仿真解算虚拟目标在飞行编队中的运动状态信息；

8、s5、将真实无人机的控制指令发送至真实无人机中对应的作动器，控制真实无人机与虚拟无人机的编队飞行过程，得到试验结果。

9、具体的，步骤s1中，虚拟目标信息包括虚拟目标数量、虚拟目标位置、虚拟目标速度和虚拟目标姿态，在初始化过程中设置各类信息的初始状态。

10、具体的，步骤s2中，虚拟目标的运动状态信息为解算过程中实时更新的虚拟目标位置、虚拟目标速度和虚拟目标姿态。

11、具体的，步骤s3中，解算的编队状态指令包括速度指令和制导指令。

12、具体的，步骤s4中，依据真实无人机和虚拟无人机的速度指令和制导指令，解算出对应的控制指令；依据虚拟无人机对应的控制指令，实时仿真解算并更新虚拟无人机的位置、速度和姿态信息；步骤s5中，真实无人机的控制指令包括舵控制指令和油门指令。

13、综上所述，由于采用了本技术方案，本发明的有益效果如下：

14、本发明的方法，在固定翼无人机的飞行编队试验中，基于虚拟目标的理念，通过设置单个或多个虚拟目标的飞行参数，建立虚拟目标运动模型；再通过虚拟目标与固定翼无人机之间相关参数的计算，来控制无人机的速度，同时保持无人机与虚拟目标之间的距离。

15、在应用本发明的方法后，固定翼无人机的飞行编队试验风险大幅下降；同时由飞行试验结果证明，本发明的方法节约了固定翼无人机编队飞行的试验成本，提高了固定翼无人机编队飞行的效率。

技术特征：

1.一种基于虚拟目标的固定翼无人机飞行编队试验方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于虚拟目标的固定翼无人机飞行编队试验方法，其特征在于：步骤s1中，虚拟目标信息包括虚拟目标数量、虚拟目标位置、虚拟目标速度和虚拟目标姿态，在初始化过程中设置各类信息的初始状态。

3.根据权利要求2所述的基于虚拟目标的固定翼无人机飞行编队试验方法，其特征在于：步骤s2中，虚拟目标的运动状态信息为解算过程中实时更新的虚拟目标位置、虚拟目标速度和虚拟目标姿态。

4.根据权利要求3所述的基于虚拟目标的固定翼无人机飞行编队试验方法，其特征在于：步骤s3中，解算出的编队状态指令包括速度指令和制导指令。

5.根据权利要求4所述的基于虚拟目标的固定翼无人机飞行编队试验方法，其特征在于：步骤s4中，依据真实无人机和虚拟无人机的速度指令和制导指令，解算出对应的控制指令；依据虚拟无人机对应的控制指令，实时仿真解算并更新虚拟无人机的位置、速度和姿态信息；步骤s5中，真实无人机的控制指令包括舵控制指令和油门指令。

6.根据权利要求1所述的基于虚拟目标的固定翼无人机飞行编队试验方法，其特征在于，步骤s1的具体内容为：依据最终编队飞行无人机总数量和此次编队飞行试验的真实无人机数量，设置虚拟目标数量；在多次试验的每一次试验过程中，真实无人机数量随着试验成熟度的增加而对应增加；虚拟目标信息的初始化依据编队飞行任务进行设置，当编队飞行任务在无人机飞行的平飞段执行时，则虚拟目标速度设为恒定不变的平飞速度，为速度指令，且速度倾角为0、速度偏角为平飞方向，虚拟目标位置则对应真实无人机平飞初始位置设置。

7.根据权利要求6所述的基于虚拟目标的固定翼无人机飞行编队试验方法，其特征在于，步骤s2的具体内容如下：

8.根据权利要求7所述的基于虚拟目标的固定翼无人机飞行编队试验方法，其特征在于，步骤s3中：真实无人机的传感信息被传输至机上搭载的实时仿真计算机，实时仿真计算机将计算出的虚拟无人机位置与真实无人机位置转换到同一惯性坐标系中，在同一惯性坐标系中计算虚拟无人机与真实无人机的相对位置、相对速度和相对姿态；随后，将相对位置、相对速度和相对姿态作为输入，在协同控制算法下解算出真实无人机和虚拟无人机各自的速度指令和制导指令。

9.根据权利要求8所述的基于虚拟目标的固定翼无人机飞行编队试验方法，其特征在于，步骤s4的具体内容如下：

10.根据权利要求9所述的基于虚拟目标的固定翼无人机飞行编队试验方法，其特征在于，步骤s5中：真实无人机的速度指令是通过油门控制空速的方式实现，即速度指令为油门指令；而对于制导相关作动器的舵控制指令，采用如下方式实现：

技术总结
本发明提供基于虚拟目标的固定翼无人机飞行编队试验方法，属于无人机飞行控制技术领域，解决了现有飞行编队试验风险高的问题；本发明中，通过设置单个或多个虚拟目标的飞行参数，建立虚拟目标运动模型，计算虚拟目标与真实无人机间距离等相关参数，来解算出真实无人机和虚拟无人机的编队状态指令和对应的控制指令，并将虚拟无人机的控制指令输入至虚拟目标的对应模型中，将真实无人机的控制指令发送至真实无人机的作动器，从而控制真实无人机在编队飞行过程中的速度、位置和姿态，实现其与虚拟目标间的距离保持等效果；本发明可有效降低飞行试验风险，节约固定翼无人机编队飞行试验成本，提高固定翼无人机编队飞行效率。

技术研发人员：刘滔,程艳青,陈志刚,卢德勇,徐明兴,钱炜祺,侯金鑫,赵暾,郑凤麒,周铸
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15