无人机自动回收技术研究
|
摘要
本文以无人机(UAV)自动回收技术作为研究对象，以结构简单、机动灵活、经济实用为目的，研究了无人机自动回收导航系统、回收控制系统和无人机自动回收方案。
本文分析了无人机各导航系统导航精度，构建了GPS/INS／电视跟踪回收导航系统，并对电视跟踪系统定位无人机进行了误差分析和计算，采用PD控制律设计了无人机侧向角稳定、高度保持和指数拉平自动回收控制系统，并针对某型无人机进行了控制系统的6自由度全数字仿真，在此基础上，本文初步设计了一种简单实用的撞网回收系统，分析了回收网体尺寸的设计方法，进行了无人机撞网时网绳及无人机的强度分析和计算。
With the purpose of improving the simplicity,agility,economy and practicability of the automatic recovery of unmanned automatic vehicle(UAV),the article has researched the automatic recovery techniques of unmanned automatic vehicle,Which includes the automatic recovery navigation systems,automatic recovery control techniques and automatic recovery projects.
The article has brought up a new combination navigation system of GPS/INS and television tracker system,the accuracy of the television tracker navigation system to get the unmanned automatic vehicle's location is analyzed and calculated. Applying PD control method,the article has designed the high-keeping stabilizing control system of the unmanned automatic vehicle. In addition,the article has also analyzed the even flying track to recovery and the automatic control system of even flying track to bump the net is designed too,both the high-keeping and the even flying track control systems are simulated really and digitally by 6 free degrees at the same time. Finally,a brief bumping net recover system is the first step designed and the methods to design the recovery bumping net are provided. Beyond these,the intensions of the unmanned automatic vehicle and the net of the bumping the net to recover system are analyzed and computed.
本文分析了无人机各导航系统导航精度，构建了GPS/INS／电视跟踪回收导航系统，并对电视跟踪系统定位无人机进行了误差分析和计算，采用PD控制律设计了无人机侧向角稳定、高度保持和指数拉平自动回收控制系统，并针对某型无人机进行了控制系统的6自由度全数字仿真，在此基础上，本文初步设计了一种简单实用的撞网回收系统，分析了回收网体尺寸的设计方法，进行了无人机撞网时网绳及无人机的强度分析和计算。
With the purpose of improving the simplicity,agility,economy and practicability of the automatic recovery of unmanned automatic vehicle(UAV),the article has researched the automatic recovery techniques of unmanned automatic vehicle,Which includes the automatic recovery navigation systems,automatic recovery control techniques and automatic recovery projects.
The article has brought up a new combination navigation system of GPS/INS and television tracker system,the accuracy of the television tracker navigation system to get the unmanned automatic vehicle's location is analyzed and calculated. Applying PD control method,the article has designed the high-keeping stabilizing control system of the unmanned automatic vehicle. In addition,the article has also analyzed the even flying track to recovery and the automatic control system of even flying track to bump the net is designed too,both the high-keeping and the even flying track control systems are simulated really and digitally by 6 free degrees at the same time. Finally,a brief bumping net recover system is the first step designed and the methods to design the recovery bumping net are provided. Beyond these,the intensions of the unmanned automatic vehicle and the net of the bumping the net to recover system are analyzed and computed.
引文
[1] 王淑芬 吴卫，无人机发展的情报研究，飞航导弹，1998年第10期
[2] 蔡长军，无人机驾驶飞机的发展趋势，中国航天，2000(3)16-18
[3] Gerken L C, UAV-unmanned aerial vehicles, American Scientific Corp, E-55136, 1991
[4] [苏]别洛格拉斯基，飞行着陆控制的自动化，国防工业出版社，1980
[5] 袁信 方群 郑谔，GPS在飞行器定位导航中的应用，西北工业大学出版社，2000
[6] Francis M. S (Tactical Technology Office), Advanced unmanned vehicle systems, E54960, 1996
[7] 刘继宗，世界中高空长航时无人机概览，无线电工程，1999(2)31-37
[8] S.J.Baumgartner J. G. Brister, New Remotely Piloted Vehicle Launch and Recovery Concepts, Jun. 1979, (AD-A077475)
[9] 万德钧 徐晓苏，GPS／惯性导航系统研究进展，导航，1998(4)1-9
[10] 吴晓进，未来中小机场的进场着陆设备，导航与雷达动态，1994(2)30-31
[11] 陈佩贞，一种无人驾驶飞机的全自动着陆系统，南京航空航天大学学报，1993(11)141-144
[12] Mackinnon D, Performance limitation of a simplified radio-inertial lateral control system for automatic landing, AIAA71-0957, 1971
[13] 吴锋 朱晓亮，应用动态载波跟踪技术的自动着陆系统，电光系统，1997(2)35-38
[14] 冯世诚，微波着陆系统的最新进展，导航，1992(3)104-111
[15] Smith, J. M, information processing requirements for on-board monitoringof automatic landing, AIAA77-1093
[16] 谭雁英 周旗，无人机应用GPS定位导航的升空试验分析，导航，1996(3)51-55
[17] 李艳 周旗，小型无人机GPS／航程推算组合导航系统研究，西北工业大学学报，1993(4)419-423
[18] 朱纪洪 夏云程，基于GPS某无人飞机的导航与制导算法，弹道学报1998(1)24-29
[19] 夏云程，无人机的通用核心电子设备，国际航空1996(2)47-48
[20] Lawrence Hogle, Investigation of the Potential Application of GPS for Precision Approaches, Journal of The Institute of Navigation, Vol.35, No.3, 1988
[21] W.W. Patterson, Multiple function sensors for enhanced vision appplication, IEEE AES system Magazine, March, 1992
[22] Lawrence Vallot Design and Flight Test of a Differential GPS/Inertial Navigation System for Approach/Landing Guidence, Navigation, Vol.38 No.2, 1991:103-122
[23] 徐廷学罗锋，使用DGPS／SINS／RA组合导航系统的无人机纵向自动着陆系统研究，导航，1997(2)37-41
[24] 徐廷学 曹云峰，某型无人机自动着陆系统研究，南京航空航天大学学报，1997(5)523-528
[25] 黄振康，DGPS/RA引导飞机进近着陆研究，航空电子技术，1994(1)7-12
[26] 江学明，DGPS精密进近着陆系统的现状与未来，航空电子技术，1996(3)18-21
[27] 江学明，DGPS进场着陆系统用于Ⅰ类着陆的可行性初探，飞行试验，1995(4)9-12
[28] 戴德沛，阻尼技术的工程应用，清华大学出版社，1991
[29] 栗恒义，新型进场／着陆系统将在美国进行鉴定，导航与雷达动态，1997(4)30-33
[30] 默哈 蒯文娟，泡沫塑料着陆缓冲系统，运载火箭与返回技术，1989(4)38-48
[31] 赵汉元，大气飞行器姿态动力学，国防科大出版社，1987
[32] 龚文科，一种新型锥形降落伞的设计，南京航空航天大学学报，1996(2)132-135
[33] 何洁莹，水雷伞的飞行轨迹研究，南航无人机研究所，南京航空航天大学学报，1994(4)543-550
[34] 陈渝洲 穆宇新，国产飞机拦阻装置概况，航空工艺技术，1991(1)41-42
[35] 李守佳 于静成，国产LZ—Ⅲ型飞机拦阻设备，国际航空，1993(9)60-61
[36] 杨致明 何洁莹 周同礼 无人机网回收系统研究的历史和现状，南航科技报告，1999
[37] Army completing development tests for Lockheed Aquila RPA system, Aviation week and space technology, April 28,1986, P85-87
[38] 齐照辉 王中伟，无人机撞网回收系统综述，湖南省航空学会论文集，2001
[39] 黄晓华 马立诚，GPS传感与罗兰一C镶嵌技术，导航，1996(223-27)
[40] 章卫国 薛璞，舰载机自动着舰模糊控制系统的设计，西北工业大学，飞行力学，1997(2)33-37
[41] 章卫国 薛璞，一种高精度模糊控制系统的设计方法，西北工业大学，测控技术，1997(2)22-24
[42] 范洪涛 史忠科，用多重模糊控制结构实现飞机着陆控制，西北工业大学学报，1998(3)458-462
[43] 章卫国 王新民，舰载飞机自动着舰控制系统的设计，航空与航天，1995(2)1-3
[44] 罗锋 夏云程，”长空”超低空无人驾驶飞机的飞行控制系统，航空学报，1990(6)B261-B268
[45] 张明廉 徐军，舰载飞机自动着舰系统的研究，北京航空航天大学学报，1994(4)386-391
[46] 罗先震 金长江，舰载飞机着舰下滑轨迹控制和分析，飞行力学，1993(3)31-41
[47] 金长江 洪冠新，舰载机弹射起飞及拦阻着舰动力学问题航空学报，1990(12)B534-B542
[48] 张怡 张玉琢，无人机撞网回收末制导系统的研究，西北工业大学学报，1997(4)607-612
[49] 邱晓红 高金源，无人飞行器综合检测控制系统，北航无人驾驶飞行器设计研究所，测控技术1999(1)25-27
[50] David Bischoff, automatic control of adverse yaw in the landing environmentusing optimal control theory, AIAA73-0861, 1973
[51] Smith G. Allan George Meyer, Aircraft Automatic Digital Flight Control System With Inversion of the Model in the Feed-Forward Path, AIAA 84-2627
[52] Smith G. Allan George Meyer, Application of the Conception of Dynamic Trim Control to Automatic Landing of Carrier Aircraft, NASA TP-1512, 1980
[53] J.M Urnes R.K.Hess R.F. Moomaw, Development of the NAVY H-DOT
automatic Carrier Landing System Designed to Give Improve Approach Control in Air Turbulence, AIAA 79-1772
[54] D.Joseph Mook Douglas A. Swanson Miehael J. Roemer, Improved Nosie Reiecfion in Automatic Carrier Landing Systems, AIAA 90-3374-cp
[55] 黄继昌 朱振福 阎兆春等，多特征实时电视跟踪器，系统工程与电子技术，1992(11)28-31
[56] 曹兵，电视跟踪的计算机控制系统，应用与实践，1996(6)70-73
[57] 刘爱东，电视跟踪系统中目标精确坐标的确定，舰船光学，1994(4)11-15
[58] 方云九，谈谈电视跟踪测量系统中的跟踪波门，舰船光学，1994(4)1-4
[59] 李大键 谢利理 解万成等，基于电视跟踪器的撞网回收系统仿真研究，光子学报，1996(11)1037-1042
[60] 包根，用于导弹制导的实时电视跟踪器，舰船光学，1994(4)4-8
[61] 单振国 干福熹，当代激光，科学出版社，2000，9
[62] 谷雷 肖业伦，用GPS实现飞机进场导引的可行性和问题研究，飞行力学，1990(2)92-97
[63] 丁振良，误差理论与数据处理，哈尔滨工业大学出版社，1994
[64] 毛英泰，误差理论与精度分析，国防工业出版社，1982
[65] 复旦大学，概率论与数理统计，人民教育出版社，1981
[66] 戴忠达 吕林等，自动控制理论基础，清华大学出版社，1987
[67] 章卫国，先进控制理论与方法，西北工业大学出版社，2000
[68] 无人机回收技术综述，国际航空，1996(11)29-31
[69] 降落伞技术导论，降落伞技术导论编写组，国防工业出版社，1977
[70] 谭雁英 周旗，无人机应用GPS定位导航的升空试验分析，导航，1996(3)51-55
[71] 席庆彪 解万成，无人机飞行控制系统的优化设计，西北工业大学学报，1998(4)521-525
[72] 袁冬莉 席庆彪，小型无人机飞行变结构控制，信息与控制，1999(6)471-474
[73] 席庆彪 袁冬莉，小型无人机飞行控制系统多目标参数最优化设计与应用，合肥炮兵学院学报，1997(4)35-40
[74] J.M.Urness R.K.Hess, Integrated Flight Control Systems Development-The F/A—18A Automatic Carrier Landing System, AIAA 83-2162
[75] H.E. Harschburger B.glaser, Backup Models for the F/A—18A Digital Flight Control System, AIAA 84-2622
[76] 徐士良，C常用算法程序集，清华大学出版社，1993
[77] 徐萃薇，计算方法引论，高等教育出版社，1995
[78] 北京航空航天大学，南京航空航天大学，西北工业大学合编，张明廉主编，飞行控制系统，航空工业出版社，1991
[79] 刘同仁，用参数化方法计算最优飞行轨迹，航空学报，1994(11)1299-1301
[80] 贾沛然 陈克俊 何力，远程火箭弹道学，国防科技大学出版社，1993
[81] 熊海泉 刘昶 郑本武，飞机飞行动力学，航空工业出版社，1990
[82] 冯亚昌 陈刚，飞机纵向起飞着陆动态特性仿真研究，北京航空航天大学学报，1989(4)23-32
[83] 周之桢，材料力学，国防科技大学出版社，1987
[84] 着陆载荷动力分析与标准要求，第三机械工业部第601研究所，1980
[85] 机械技术手册，机械工业出版社，1975
[2] 蔡长军，无人机驾驶飞机的发展趋势，中国航天，2000(3)16-18
[3] Gerken L C, UAV-unmanned aerial vehicles, American Scientific Corp, E-55136, 1991
[4] [苏]别洛格拉斯基，飞行着陆控制的自动化，国防工业出版社，1980
[5] 袁信 方群 郑谔，GPS在飞行器定位导航中的应用，西北工业大学出版社，2000
[6] Francis M. S (Tactical Technology Office), Advanced unmanned vehicle systems, E54960, 1996
[7] 刘继宗，世界中高空长航时无人机概览，无线电工程，1999(2)31-37
[8] S.J.Baumgartner J. G. Brister, New Remotely Piloted Vehicle Launch and Recovery Concepts, Jun. 1979, (AD-A077475)
[9] 万德钧 徐晓苏，GPS／惯性导航系统研究进展，导航，1998(4)1-9
[10] 吴晓进，未来中小机场的进场着陆设备，导航与雷达动态，1994(2)30-31
[11] 陈佩贞，一种无人驾驶飞机的全自动着陆系统，南京航空航天大学学报，1993(11)141-144
[12] Mackinnon D, Performance limitation of a simplified radio-inertial lateral control system for automatic landing, AIAA71-0957, 1971
[13] 吴锋 朱晓亮，应用动态载波跟踪技术的自动着陆系统，电光系统，1997(2)35-38
[14] 冯世诚，微波着陆系统的最新进展，导航，1992(3)104-111
[15] Smith, J. M, information processing requirements for on-board monitoringof automatic landing, AIAA77-1093
[16] 谭雁英 周旗，无人机应用GPS定位导航的升空试验分析，导航，1996(3)51-55
[17] 李艳 周旗，小型无人机GPS／航程推算组合导航系统研究，西北工业大学学报，1993(4)419-423
[18] 朱纪洪 夏云程，基于GPS某无人飞机的导航与制导算法，弹道学报1998(1)24-29
[19] 夏云程，无人机的通用核心电子设备，国际航空1996(2)47-48
[20] Lawrence Hogle, Investigation of the Potential Application of GPS for Precision Approaches, Journal of The Institute of Navigation, Vol.35, No.3, 1988
[21] W.W. Patterson, Multiple function sensors for enhanced vision appplication, IEEE AES system Magazine, March, 1992
[22] Lawrence Vallot Design and Flight Test of a Differential GPS/Inertial Navigation System for Approach/Landing Guidence, Navigation, Vol.38 No.2, 1991:103-122
[23] 徐廷学罗锋，使用DGPS／SINS／RA组合导航系统的无人机纵向自动着陆系统研究，导航，1997(2)37-41
[24] 徐廷学 曹云峰，某型无人机自动着陆系统研究，南京航空航天大学学报，1997(5)523-528
[25] 黄振康，DGPS/RA引导飞机进近着陆研究，航空电子技术，1994(1)7-12
[26] 江学明，DGPS精密进近着陆系统的现状与未来，航空电子技术，1996(3)18-21
[27] 江学明，DGPS进场着陆系统用于Ⅰ类着陆的可行性初探，飞行试验，1995(4)9-12
[28] 戴德沛，阻尼技术的工程应用，清华大学出版社，1991
[29] 栗恒义，新型进场／着陆系统将在美国进行鉴定，导航与雷达动态，1997(4)30-33
[30] 默哈 蒯文娟，泡沫塑料着陆缓冲系统，运载火箭与返回技术，1989(4)38-48
[31] 赵汉元，大气飞行器姿态动力学，国防科大出版社，1987
[32] 龚文科，一种新型锥形降落伞的设计，南京航空航天大学学报，1996(2)132-135
[33] 何洁莹，水雷伞的飞行轨迹研究，南航无人机研究所，南京航空航天大学学报，1994(4)543-550
[34] 陈渝洲 穆宇新，国产飞机拦阻装置概况，航空工艺技术，1991(1)41-42
[35] 李守佳 于静成，国产LZ—Ⅲ型飞机拦阻设备，国际航空，1993(9)60-61
[36] 杨致明 何洁莹 周同礼 无人机网回收系统研究的历史和现状，南航科技报告，1999
[37] Army completing development tests for Lockheed Aquila RPA system, Aviation week and space technology, April 28,1986, P85-87
[38] 齐照辉 王中伟，无人机撞网回收系统综述，湖南省航空学会论文集，2001
[39] 黄晓华 马立诚，GPS传感与罗兰一C镶嵌技术，导航，1996(223-27)
[40] 章卫国 薛璞，舰载机自动着舰模糊控制系统的设计，西北工业大学，飞行力学，1997(2)33-37
[41] 章卫国 薛璞，一种高精度模糊控制系统的设计方法，西北工业大学，测控技术，1997(2)22-24
[42] 范洪涛 史忠科，用多重模糊控制结构实现飞机着陆控制，西北工业大学学报，1998(3)458-462
[43] 章卫国 王新民，舰载飞机自动着舰控制系统的设计，航空与航天，1995(2)1-3
[44] 罗锋 夏云程，”长空”超低空无人驾驶飞机的飞行控制系统，航空学报，1990(6)B261-B268
[45] 张明廉 徐军，舰载飞机自动着舰系统的研究，北京航空航天大学学报，1994(4)386-391
[46] 罗先震 金长江，舰载飞机着舰下滑轨迹控制和分析，飞行力学，1993(3)31-41
[47] 金长江 洪冠新，舰载机弹射起飞及拦阻着舰动力学问题航空学报，1990(12)B534-B542
[48] 张怡 张玉琢，无人机撞网回收末制导系统的研究，西北工业大学学报，1997(4)607-612
[49] 邱晓红 高金源，无人飞行器综合检测控制系统，北航无人驾驶飞行器设计研究所，测控技术1999(1)25-27
[50] David Bischoff, automatic control of adverse yaw in the landing environmentusing optimal control theory, AIAA73-0861, 1973
[51] Smith G. Allan George Meyer, Aircraft Automatic Digital Flight Control System With Inversion of the Model in the Feed-Forward Path, AIAA 84-2627
[52] Smith G. Allan George Meyer, Application of the Conception of Dynamic Trim Control to Automatic Landing of Carrier Aircraft, NASA TP-1512, 1980
[53] J.M Urnes R.K.Hess R.F. Moomaw, Development of the NAVY H-DOT
automatic Carrier Landing System Designed to Give Improve Approach Control in Air Turbulence, AIAA 79-1772
[54] D.Joseph Mook Douglas A. Swanson Miehael J. Roemer, Improved Nosie Reiecfion in Automatic Carrier Landing Systems, AIAA 90-3374-cp
[55] 黄继昌 朱振福 阎兆春等，多特征实时电视跟踪器，系统工程与电子技术，1992(11)28-31
[56] 曹兵，电视跟踪的计算机控制系统，应用与实践，1996(6)70-73
[57] 刘爱东，电视跟踪系统中目标精确坐标的确定，舰船光学，1994(4)11-15
[58] 方云九，谈谈电视跟踪测量系统中的跟踪波门，舰船光学，1994(4)1-4
[59] 李大键 谢利理 解万成等，基于电视跟踪器的撞网回收系统仿真研究，光子学报，1996(11)1037-1042
[60] 包根，用于导弹制导的实时电视跟踪器，舰船光学，1994(4)4-8
[61] 单振国 干福熹，当代激光，科学出版社，2000，9
[62] 谷雷 肖业伦，用GPS实现飞机进场导引的可行性和问题研究，飞行力学，1990(2)92-97
[63] 丁振良，误差理论与数据处理，哈尔滨工业大学出版社，1994
[64] 毛英泰，误差理论与精度分析，国防工业出版社，1982
[65] 复旦大学，概率论与数理统计，人民教育出版社，1981
[66] 戴忠达 吕林等，自动控制理论基础，清华大学出版社，1987
[67] 章卫国，先进控制理论与方法，西北工业大学出版社，2000
[68] 无人机回收技术综述，国际航空，1996(11)29-31
[69] 降落伞技术导论，降落伞技术导论编写组，国防工业出版社，1977
[70] 谭雁英 周旗，无人机应用GPS定位导航的升空试验分析，导航，1996(3)51-55
[71] 席庆彪 解万成，无人机飞行控制系统的优化设计，西北工业大学学报，1998(4)521-525
[72] 袁冬莉 席庆彪，小型无人机飞行变结构控制，信息与控制，1999(6)471-474
[73] 席庆彪 袁冬莉，小型无人机飞行控制系统多目标参数最优化设计与应用，合肥炮兵学院学报，1997(4)35-40
[74] J.M.Urness R.K.Hess, Integrated Flight Control Systems Development-The F/A—18A Automatic Carrier Landing System, AIAA 83-2162
[75] H.E. Harschburger B.glaser, Backup Models for the F/A—18A Digital Flight Control System, AIAA 84-2622
[76] 徐士良，C常用算法程序集，清华大学出版社，1993
[77] 徐萃薇，计算方法引论，高等教育出版社，1995
[78] 北京航空航天大学，南京航空航天大学，西北工业大学合编，张明廉主编，飞行控制系统，航空工业出版社，1991
[79] 刘同仁，用参数化方法计算最优飞行轨迹，航空学报，1994(11)1299-1301
[80] 贾沛然 陈克俊 何力，远程火箭弹道学，国防科技大学出版社，1993
[81] 熊海泉 刘昶 郑本武，飞机飞行动力学，航空工业出版社，1990
[82] 冯亚昌 陈刚，飞机纵向起飞着陆动态特性仿真研究，北京航空航天大学学报，1989(4)23-32
[83] 周之桢，材料力学，国防科技大学出版社，1987
[84] 着陆载荷动力分析与标准要求，第三机械工业部第601研究所，1980
[85] 机械技术手册，机械工业出版社，1975