基于激光阵列引导的固定翼无人机自动着舰技术研究

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1、中图分类号：V249论文编号：102870318-SX213学科分类号：081105硕士学位论文基于激光阵列引导的固定翼无人机自动着舰技术研究研究生姓名张子豪学科、专业导航、制导与控制研究方向先进飞行控制技术指导教师王新华副教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonAutomaticCarrierLandingTechno

2、logyGuidedbyLaserArraysforFixedWingUAVAThesisinNavigation,GuidanceandControlbyZihaoZhangAdvisedbyAssociateProf.XinhuaWangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外

3、，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要近年来，随着世界各军事大国对航空母舰技术越来越重视，舰载无人机的发展也如火如荼，无人机自动着舰引导及控制技术作为其中的核心，得到了国内外科研人员的广泛研究。本文以某型高速固定翼无人机为研究对象，给出一

4、种采用激光阵列的着舰引导方式，并对激光阵列的布站问题进行优化设计，同时从提高系统鲁棒性出发设计了基于LQG/LTR方法的着舰控制律，最后搭建出硬件在环仿真系统对着舰过程进行综合仿真。首先，由无人机动力学与运动学方程建立其非线性数学模型，在低动压着舰模态平衡点处进行模型线性化分析，在此基础上对着舰过程中甲板运动及舰尾气流进行了建模及仿真验证，为无人机着舰引导与控制仿真验证奠定了基础。其次，针对无人机着舰高精度和高可靠性的要求，设计出一种基于激光阵列的着舰引导系统，并建立其数学模型及误差函数，使用遗传算法对考虑甲板几何约束的激光阵列布站

5、进行优化，确立了引导误差最小的布站几何。然后，为提高无人机着舰控制系统鲁棒性，设计了LQG/LTR纵横向姿态内环控制律和轨迹控制律以及甲板运动补偿器，并对着舰过程进行数字仿真。通过与经典PID着舰控制律对比，表明了基于LQG/LTR的着舰控制律控制性能的优越性。最后，将基于STM32设计的飞控系统和基于SimulinkDesktopReal-time的仿真计算机与三轴运动仿真转台相结合，搭建了无人机着舰引导与控制系统的硬件在环仿真环境。并进行考虑激光阵列引导误差和着舰复杂环境的着舰过程仿真，通过对比实验表明本文所设计的激光阵列布站方

6、案和着舰控制律在恶劣海况下仍具有较高着舰精度和着舰成功率。关键词：固定翼无人机，自动着舰，激光引导，LQG/LTR，硬件在环仿真I基于激光阵列引导的固定翼无人机自动着舰技术研究ABSTRACTInrecentyears,astheworld'smilitarypowersattachmoreimportancetoaircraftcarriertechnology,thedevelopmentofcarrier-basedunmannedaircraftisalsoinfullswing.Asthemaintechnology,au

7、tomaticcarrierlandingguidanceandcontroltechnologyhasbeenwidelyresearchedbyscholarsathomeandabroad.Thispaperpresentsacarrierlandingguidancemethodbasedonlaserarraysforahigh-speedfixedwingUAV,andthelayoutofthelaserarraysisoptimized.Alandingcontrollawaimingatimprovingsyste

8、mrobustnessisdesignedwithLQG/LTR.Thefulllandingprocessissimulatedinahardware-in-the-loopsimulationsystem.Firstly,then