基于单轴光电探测系统的MUAV目标捕获与盘旋跟踪系统

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1、第31卷第3期航空学报V01．31No．32010年3月ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICAMar．2010文章编号：1000—6893(2010)03—0564—08基于单轴光电探测系统的MUAV目标捕获与盘旋跟踪系统韩永根h2，徐烨烽1，刘伟1，王洋1(1．北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京10019I)(2．北京临近空间飞行器系统工程研究所，北京100076)Roll-onlyCameraBasedTargetCaptureandTrackingMUAVSystemHanYonggenl”．XuYefen

2、91，LiuWeil，WangYan91(1．SchoolofInstrumentScienceand0pto—electronicsEngineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)(2．BeijingInstituteofNearspaceVehicle’SSystemsEngineering，Beijing100076，China)摘要：研究了基于侧向单轴光电探测系统的微小型无人飞行器(MUAV)捕获、跟踪地面目标的飞行控制方法，提出一种探测器

3、单轴消除视场y向失谐角，MUAV航向控制消除视场z向失谐角的控制方案。采用常规的飞行动力学纵向和侧向运动方程及小干扰线性化方法，并分别对MUAV定高寻航迹段、目标搜索捕获段及盘旋跟踪段进行了MATI。AB仿真。分析了侧向突风以及飞机俯仰角变化对视场中z向失谐角的耦合影响，并提出了解决方案。仿真结果验证了所提方案的有效性，其能够满足MUAV持续盘旋跟踪地面目标的飞行任务。关键词：无人机；导航与控制；光电探测；跟踪；飞行仿真中图分类号：V249文献标识码：AAbstract：Aroll—onlycamerabasedmicrounmannedaerialve

4、hicle(MUAV)captureandtracksystemisstudied．Anewcontrolmethodisdesignedinthisarticlewithwhichtheyaxismismatchingangleintheim—ageplaneframeiseliminatedbythecameraroll-onlyaxis，whilethezaxismismatchingangleintheimageplaneframeiseliminatedbytheMUAVheadingcontrolloop．Basedonnormalpneum

5、aticformulationandlittledisturbancelinearizationmethod，threeflightstatesoftheMUAV(theflightpathfollowingstatewithfixedheight，thetargetsearchandcapturestateandthecircletrackstate)aresimulatedwithaMATLABprogram．Theeffectofsuddensidewindandthecouplingbetweenan2；7axismismatchingangle

6、andMUAVpitchingisconsidered，andasolutionschemeisproposed．SimulationresultsshowthatthenewcontrolmethodiseffectiveandcouldmeettherequirementsofMUAVflightwhilecapturingandtrackinggroundtargets．Keywords：unmannedaerialvehicles；navigationandcontrol；optoelectronicdetection；tracking；flig

7、htsimula—tion微小型无人飞行器(MUAV)因其体积小、重量轻、价格低和操纵灵活等特点被广泛应用于贴近侦察及对地观测领域。一般机载的图像观测系统都由两轴双框架结构组成[1。2]，以便在飞行过程中对各个角度方向进行观测。此类观测系统一般呈半球形状置于机腹，可提供良好的下半球全覆盖能力，但对于体积小、重量轻的MUAV来说，此种外露的安装模式容易引起较大的空气阻力，从而改变MUAV的气动特性。同时，双框架的收稿日期：2008—12—05；修订日期：2009—03—05基金项目：985高校建设科研项目通讯作者：韩永根E—mail：robinhyg@16

8、3．corn结构和图像稳定功能往往大大增加设备的复杂程度和重量，而MUAV对于体