Формирование траектории полета летательного аппарата при наблюдении за наземным объектом Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Системы управления, космическая навигация и связь

apparatov. Available at: http://nuclphys.sinp.msu.ru/ crd/index.html (accessed 25.08.2015).

2. Artuhova M., Jadnov V., Prohorov V., Polesski S. Obespechenie radiacionnoi stoikosti apparaturi kosmicheskih apparatov pri proektirovanii // Components and technologies. 2010. № 9. Available at: http://www.kit-e.ru/articles/elcomp/2010_9_93 .php (accessed: 25.08.2015).

3. Bolshaya enciklopedia nefti i gaza. Available at: http://www.ngpedia.ru/id290161p1.html (accessed: 25.08.2015).

4. Schott Catalogue. Available at: schott_optical_ glass_pocket_catalogue_jan_2012_rus.pdf (accessed: 25.08.2015).

© Monga6e»3B M. M., Eny6aeB C. A., TeH B. B., Arn6a3apoB E. E., EoneeB T. M., 2015

УДК 681.5

ФОРМИРОВАНИЕ ТРАЕКТОРИИ ПОЛЕТА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ПРИ НАБЛЮДЕНИИ ЗА НАЗЕМНЫМ ОБЪЕКТОМ

Л. М. Неугодникова

Уфимский государственный авиационный технический университет Российская Федерация, 450000, г. Уфа, ул. Карла Маркса, 12 E-mail: [email protected]

Рассмотрена задача наблюдения летательным аппаратом наземной цели, движущейся с произвольной скоростью и направлением. Показано, что эффективным средством решения этой задачи является использование метода прямого наведения с заданным промахом.

Ключевые слова: наведение, наблюдение за наземными целями, летательный аппарат.

AIRCRAFT FLIGHT PATH GENERATION FOR GROUND OBJECT OBSERVATION

L. M. Neugodnikova

Ufa State Aviation Technical University 12, Karla Marksa Str., Ufa, 450000, Russian Federation. E-mail: [email protected]

The problem of ground object moving with random velocity and direction observation by the aircraft is considered. It is shown, that the effective way to solve this problem is to use a direct guidance method with predetermined mishit.

Keywords: guidance, ground object observation, algebraic selector, aircraft.

При решении информационных задач от летательного аппарата (ЛА) может потребоваться следование за наблюдаемым объектом на определенном расстоянии. Если создание подъемной силы для удержания ЛА в воздухе требует постоянного поддержания некоторой скорости, как, например, ЛА самолетного типа в атмосфере, наблюдение за наземным объектом, скорость перемещения которого ниже скорости ЛА, может быть реализовано при движении по окружности. Наблюдение неподвижной точки возможно, например, при использовании функции «Удержание» в БЛА «Сокол» [1]. Если же объект наблюдения движется, то траектория полета ЛА-наблюдателя может быть сформирована комбинацией движения по окружности и наведения с заданным промахом, равным радиусу этой окружности.

Одним из широко известных является прямой метод наведения (погони) [2], при котором угол упреждения равен нулю, то есть вектор скорости ЛА все время направлен на цель. При прямом наведении на наземную цель в плоскости требуемый курс должен формироваться по правилу [3]:

VT = arctg-

Хц ЗС

где ут - требуемый курс; Хц , Хц и хс, хС - текущие координаты цели и самолета.

Обозначим через И расстояние, на котором летательный аппарат должен находиться от цели, и назовем ее величиной заданного промаха. Для выхода на заданную окружность используется метод погони с тем отличием, что вместо точки цели используется точка касания прямой, проведенной из текущей точки ЛА к окружности радиуса И от цели (см. рисунок). Используемые при этом величины обозначены индексом к.

Тогда кинематические уравнения наведения в плоскости можно записать в виде:

rk = ¥ц ■ cos(9i- ¥Ц )- vc • cos(§i); VC ■ rk = V ■ sin(9i - ¥ц ) + Vc ■ sin(5k);

(1)

где Ус - скорость ЛА; Уц - скорость цели; г - вектор относительной дальности, направленный от ЛА к це-

Решетневские чтения. 2015

ли; vc - курс ЛА; S - угол упреждения; Vц - курс цели, а Sk ^ 0,

Фк = Vi - arctg(h I rk). (2)

Схема наведения с заданным промахом

Выбор ближайшей (по курсу) из двух симметричных точек касания реализуется по выражению

Фk =

VT - arctg(h I rk ) при vc < VT; VT + arctg(h I rk ) при vc ^ VT.

Необходимым условием реализации любого криволинейного участка траектории является непревышение максимальной угловой скорости по курсу, определяемой максимально допустимым значением угла крена утах или нормальной перегрузки пу , что может

быть обеспечено применением автопилотов с ограничениями предельных значений [4]:

V C < V Cm

А/ ' tgYmax

C

4

Пу- - 1 .

Кинематические уравнения для движения по окружности заданного радиуса к вокруг движущейся точки имеют вид:

r = /ц ■ cos(фI - Vц ) - Vc ■ cos^i - Vc); Vс ■ (2h - r ) = -/ц ■ sin^r - Vц ) + Vc ■ sin^ - Vc ).

(3)

При этом (ут -ус) ^ 90°, г ^ к , Г ^ 0 . Соответственно, ус ^ Ус / к [5].

Для обеспечения непрерывности наблюдения цели при любом характере ее движения выражения (1) и (3) следует дополнить логическими правилами перехода между движением по окружности и наведением на касательную к ней. В общем случае достаточно ввести переменную logic1:

|0 при г >к;

Ь^Л = ^

[1 при г < к.

Тогда (1) будет выполняться при условии \ogic1 = 0, а (3), соответственно, при условии \ogic1 = 1. Также следует разделить еще две возможных ситуации: ЛА движется по круговой траектории и отклоняется от нее (например, из-за движения цели) либо задана новая цель и требуется значительное перемещение для ее наблюдения. Для этого введена переменная logic2::

il при r < C ■ h;

logic2 Ч„ „ ,

[0 при r > C ■ h.

Mножитель C > 1 следует выбирать, исходя из возможного отклонения ЛА из-за перемещения цели, то есть в зависимости от соотношения их скоростей. Условие logic2 = 1 соответствует отклонению при наблюдению за целью, и курс нужно корректировать в соответствии с (1). При logic2 = 0 следует строить новую траекторию в режиме дальнего наведения, но прежде необходимо выставить курс фk по (2).

Рассмотренный метод обеспечивает наведение на цель и движение по заданному радиусу вокруг нее; при движении цели в любом направлении или назначении новой цели формируется новая траектория из текущей точки с учетом текущего курса ЛА. Mодели-рование в пакете Simulink Matlab показало высокую эффективность метода; по результатам работы была подана заявка на способ формирования траектории полета информационного летательного аппарата и устройство для его осуществления (№ 2015129734 в Реестре заявок на выдачу патента Российской Федерации на изобретение).

Библиографические ссылки

1. ООО «Авиационные Беспилотные Комплексы» [Электронный ресурс]. URL: http:IIwww.bespilotnik.com (дата обращения: 29.08.2015).

2. Красовский А. А. Системы автоматического управления полетом и их аналитическое конструирование. M. : Наука, глав. ред. физ.-мат. лит., 1973, 560 с.

3. Верба В. С. Авиационные комплексы радиолокационного дозора и наведения. Состояние и тенденции развития. M. : Радиотехника, 2008. 432 с.

4. Петунин В. И., Неугодникова Л. M. Патент № 2503585. Российская Федерация, ЫПК 8 B64C 13I18. Система автоматического управления углом курса и ограничения нормальной перегрузки летательного аппарата.

5. Рэндал У. Биард, Тимоти У. MакЛэйн. Mалые беспилотные летательные аппараты: теория и практика. M. : Техносфера, 2015. 312 с.

References

1. OOO «Aviacionnye bespilotnye kompleksy» Available at: URL: http:IIwww.bespilotnik.com (accessed 29.08.2015).

2. Krasovskij A. A. Automatic flight control systems and it's analytical design. Glavnaya redakciya fiziko-matematicheskoj literatury izd-va «Nauka», M., 1973, 560 p.

3. Verba V. S. Aviation complex radar surveillance and guidance. State and development trends. - M.: Radio-texnika, 2008. 432 s.

4. Petunin V. I., Neugodnikova L. M. The aircraft course angle and normal overload restriction automatic control system, RF patent № 2503585.

5. Beard, Randal W. Small unmanned aircraft: theory and practice. Moskva: Texnosfera, 2015. 312 s.

© Неугодникова Л. M., 2015