飞艇目标跟踪制导研究与仿真

飞艇目标跟踪制导研究与仿真
导航、制导、控制（GNC）技术是飞控系统的核心技术。

三个环节分别解决了”在哪儿”、”去哪儿”、”怎么去”的问题。

本文详细介绍了制导律设计的问题，并根据某飞艇模型进行了仿真。

标签：制导率、目标跟踪、飞艇、仿真
0 引言
GNC技术是控制系统的核心技术，广泛应用于航空、航天、船舶、汽车等运动物体的自主控制[1]。

对于飞艇而言，导航指飞艇在地坐标系下获得当前的位置、速度、姿态、姿态角速度等状态信息；制导指飞艇主动发现或者人为输入期望的位置或速度信息，并根据当前状态、自身性能约束和外界环境约束，获得所需的控制指令；控制指飞艇通过推进器或者舵面等执行机构，改变自身姿态、速度等状态量，完成控制指令。

导航、制导和控制三个环节分别解决了飞艇”在哪儿”、”去哪儿”、”怎么去”的问题。

本文主要针对飞艇航线跟踪制导率的问题做了分析和仿真。

1 制导律
所谓制导律，指飞艇飞向目标的过程中，飞艇和目标之间应满足的关系[2]。

为了使飞艇穩定而准确地跟踪目标，制导系统必须及时准确地提供制导信号，这个信号决定了飞艇的运动轨迹。

2航点跟踪
目标追综指飞艇在向目标飞行的过程中，飞艇运动的速度向量V时刻指向目标，即制导方程为：
3航线跟踪
建立如图2所示坐标系。

航线跟踪的方法是提前设计路径，给出每一时刻的状态信息[3，4，5]。

制导设计满足条件：
1）飞艇平面运动受到直接控制。

垂直方向的位置运动可以通过改变重浮力大小来控制；由于浮空器是自稳定系统，俯仰运动方向不需要额外控制即可保持稳定。

2）保证飞艇稳定在某一平面内，姿态角保持稳定，即，以及。

3）飞艇在指定路径上运动，。

考虑平面运动：
由于浮空器是一个自稳定模型，浮空器俯仰运动和滚转运动单独控制，根据公式，令=0，=0 ，可知欠驱动浮空器在惯性坐标系ERF中的速度与机体坐标系BRF中的速度之间的关系：
结束语：
本文研究了飞艇控制系统中的制导率设计。

详细介绍了航点跟踪和航线跟踪的方法，并对控制方法的有效性和鲁棒性予以证明。

在Matlab/Simulink上分别设计了风场干扰下，航点跟踪和航线跟踪控制任务，通过计算机仿真，验证了制导率跟踪结果。

参考文献
[1] 张昊，陈丽. 多螺旋桨组合浮空器LPV 鲁棒变增益H∞ 控制[J]. 计算机仿真，2014，31（5）：72-77..
[2] Han D，Wang Xiaoliang，Zhao ming，Duan D P. An improved Proportional navigation Guidance law for waypoint navigation of airships [C]. information technology and intelligent transportation systems，2017：373-383.
[3] 刘贤朋，卜仁祥，刘勇. 基于动态滑模的欠驱动船舶航迹跟踪控制[J]. 大连海事大学学报，2014 （2）：5-9.
[4] Yamada M，Taki Y，Katayama A，et al. Robust global stabilization and disturbance rejection of an underactuated nonholonomic airship[C]//Control Applications，2007. CCA 2007. IEEE International Conference on. IEEE，2007：886-891.
[5] Zheng Z，Huo W. Planar path following control for stratospheric airship[J]. Control Theory & Applications，IET，2013，7（2）：185-201.。