基于光学引导下飞行员操纵着舰建模

针对驾驶员操纵舰载机着舰的任务,建立一个在菲涅尔透镜光学助降系统(FLOLS)下的改进的驾驶员模型。在人工着舰时,飞行员驾驶飞机对下滑轨迹跟踪为基础,对驾驶员控制飞机的增益进行自适应控制的改进,对驾驶员在FLOLS光学引导下的视觉感受模型进行模糊控制的改进。结合舰载机动力学特性对舰载机着舰任务进行仿真。仿真结果表明了模型的合理性,可为飞行员操纵着舰提供参考。     

FLOLS误差源建模与仿真研究

菲涅尔光学助降系统(FLOLS)是典型的舰载机光学着舰引导系统。分析了影响FLOLS着舰引导精度的指示误差源和光学误差源,包括稳定平台跟踪误差、光源位置与理想着舰点位置偏差、光源温度、飞行员视觉误差,研究了FLOLS相关系统的工作原理和着舰引导误差的产生机理,建立了各误差源的数学模型。通过对FLOLS着舰过程进行重复仿真,使用标准偏差统计方法,得到各着舰引导误差的统计特性,进而得出各误差源影响着舰精度程度比较。     

光学助降系统引导下舰载机着舰人机系统建模

针对菲涅耳光学助降系统(Fresnel lens optical landing system,FLOLS)引导和甲板指挥官(landing signal officer,LSO)指挥下的着舰飞行中,驾驶员对FLOLS光学引导信息感知的模糊特性,基于模糊控制理论建立了舰载机着舰过程的驾驶员感知模型。在此基础上,考虑了驾驶员、LSO和舰载机,以及来自航母、舰尾流的扰动,建立了多源引导的人机系统模型。仿真结果表明了模型的合理性。该模型不仅能用于舰载机的飞行品质和安全性分析,也可以应用于FLOLS的引导灯组设计。     

基于相似构型决策的舰载机驾驶员建模与评估

舰船运动和舰尾流等复杂海况是影响舰载机着舰难易度和精确度的重要因素，建立驾驶员着舰控制行为模型并构建人机闭环系统是评估复杂海况对驾驶员操纵负荷影响的有效手段。此外，新一代舰载机存在多种构型配置，并且即便是同一飞机其每次开始着舰时也可能处于不同的质量和气动构型下，因此在驾驶员建模中有必要考虑飞机构型变化。针对舰载机着舰操纵负荷评估问题，基于飞行试验手段和频域计算方法，建立了纵向俯仰跟踪的Hess结构驾驶员模型。考虑飞机着舰构型的变化，基于CAP准则和控制扩展方法，构建了舰载机典型构型库，并应用驾驶员在环仿真试验建立了与各飞机构型匹配的驾驶员模型，形成驾驶员模型库。在此基础上，给出了相似构型决策准则和方法，提出了针对指定飞机构型的驾驶员行为模型预测方法。针对舰载机在复杂海况下的着舰任务开展仿真分析，结果表明，本文方法能够支撑研究不同舰载机构型的操纵负荷的影响。     

机载视觉和IMU融合的无人机自主着舰研究

针对无人机着舰过程中动-动平台视觉相对定位、定姿难的问题,搭建了一套可模拟不同海况下的无人机着舰物理仿真系统,并进行基于机载视觉和惯性测量仪(IMU)融合的无人机自主着舰研究。使用六自由度转台模拟不同级别下的海况,采用机载视觉检测和跟踪降落平台上的合作标志,计算出无人机相对于标志板的位姿,控制无人机在标志板上空悬停、自主降落到降落平台上。试验结果表明,该方法能为无人机在高海况条件下的自主着舰提供高精度的相对定位数据,并引导无人机实现安全地自主着舰。     

舰载机理想着舰点垂直运动的预估与补偿

理想着舰点的垂直运动是影响着舰精度和安全的一个主要因素,因此必须加强舰载机对理想着舰点垂直运动的同步跟踪能力.为此,提出对理想着舰点垂直运动的位置和速度信号进行预估和补偿的方法,将垂直运动的位置和速度信号经过预估和补偿后分别引入到纵向自动着舰引导系统和飞控系统的垂向速度通道中,使得舰载机可以准确跟踪理想着舰点的垂直运动,以减小甲板运动对着舰的影响.针对不同海况条件,对设计的补偿器和预估器进行仿真验证,并与其他方法进行比较.结果表明本文提出的理想着舰点垂直运动预估与补偿方法可有效地补偿由甲板运动引起的着舰误差,显著提高了着舰的安全性和精确性.     

侧向自动着舰引导控制L1自适应设计

针对具有不确定性及外部干扰的着舰轨迹精确跟踪控制问题,提出了一种对侧向自动着舰引导控制内外回路进行综合化设计的方法.使用特征结构配置实现侧向模态解耦跟踪控制,同时设计L1自适应控制器以补偿系统由于不确定性、舵面故障、舰尾流干扰带来的不利影响,将其应用到侧向自动着舰控制系统.仿真结果表明,对内外回路进行综合设计的着舰引导控制律具有抑制不确定性及干扰的能力,能够实现对侧向自动着舰轨迹的精确跟踪控制.     

舰载机综合光电着舰引导信息融合

飞机着舰过程对着舰引导信息的精度要求非常高,为了更好地辅助飞行员着舰或者实现舰载机自主着舰,文章将电子着舰系统和光学助降系统提供的引导信息进行融合,实现了电子与光学着舰信息的综合运用。其中,电子着舰系统提供斜距、方位仰角和方位偏航角,光学助降系统提供方位仰角和方位偏航角。仿真结果表明,该方法提供的着舰引导信息精度高。     

油门响应特性对飞行员操纵着舰任务的影响研究

为了研究舰载机小油门响应特性对着舰任务的影响,建立舰载机着舰动力学模型以及驾驶员模型,以此为研究基础,采用自动油门系统(APCS)来分担驾驶员的操纵负荷,提高舰载机着舰的准确性。小油门的响应设计准则为:在油门阶跃输入后1.2 s的时间内使飞机的稳态加速度值达到±0.12g的90%。针对3种不同油门特性进行了飞行员操纵着舰的仿真计算。结果表明,飞机在进入下滑道时达到5 m的高度误差、小油门响应超过1.6 s时,驾驶员操纵舰载机将不能达到着舰要求。     

舰载机着舰下滑中油门操纵对迎角的影响及修正

针对舰载机着舰下滑阶段,油门操纵对迎角的影响,建立着舰下滑纵向小扰动方程,分析影响机理,仿真油门对迎角的影响过程及驾驶员的应对操纵,总结驾驶员保持下滑道精准操纵油门和驾驶杆的配合方式及训练中需要克服的问题,对保证安全着舰具有借鉴意义。     

舰载飞机着舰过程的参数适配特性

 舰载飞机着舰过程的参数适配特性对于着舰安全性有着重要的影响.基于着舰安全准则,研究了无风和平静海况下驾驶员视野、着舰下沉速率和拦阻距离对舰载飞机参数适配特性的影响,给出了一定初始状态下舰载飞机的着舰质量和着舰速度的适配包线,分析了影响最大着舰质量的因素并对适配包线的扩展方法进行了研究.结果表明,适配包线由最小着舰速度和最大着舰速度封闭而成.其中,最小着舰速度主要由驾驶员视野准则决定;对于最大着舰速度,当着舰质量较小时主要由着舰下沉速率准则决定,当着舰质量较大时主要由拦阻距离准则决定;最大着舰质量由拦阻系统性能和驾驶员视野共同决定.通过增大拦阻力、改善飞机的低速气动特性可以有效扩展适配包线范围,增加许用的最大着舰质量,但下滑角大小的改变对其影响不大.     

基于视觉引导的无人直升机着舰技术研究

以无人直升机为被控对象,根据实际着舰流程研究了视觉引导系统的软硬件架构。在硬件上通过在摄像头加装云台,避免了无人机因姿态改变造成视野中目标图像的丢失,提高了位姿解算的精度。提出一种以红外灯设计的合作目标图案为着舰目标的视觉引导着舰系统,能够在不同光线强度、复杂周边环境下成功识别合作目标,具有良好的抗噪能力。研究设计了一套图像处理与位姿解算的引导系统,通过实验验证姿态参数的误差在2°以内,位置参数的误差小于2cm,能够满足着舰的精度要求;每帧图像的处理速度在30ms左右,具有良好的实时性。     

航母甲板运动对舰载机着舰影响仿真分析

分析了航母运动的主要模式;建立了甲板运动相关模型;分别仿真了在不同海况条件下,航母横摇、纵摇、垂荡运动对舰载机着舰的主要影响;基于仿真结果,分析了影响舰载机着舰安全的主要因素,为改进进舰和着舰操纵方法和引导技术提供参考。     

着舰引导系统“软故障”研究初探

给出了着舰引导系统“软故障”的定义,对其特点进行了深入的分析,并对着舰引导系统“软故障”进行了分类,阐述了各种“软故障”对着舰安全的影响,以及预防和解决“软故障”的技术方法.最后预测了着舰引导系统“软故障”的研究方向.     

舰载无人机精确着舰轨迹控制及飞行验证

舰载无人机回收是整个飞行中最困难的任务之一。在建立舰载无人机控制系统基础上,着重设计了纵向控制增稳系统和自主飞行控制系统。为保证着舰精度,引入光学导引着舰,通过试飞验证了光学引导系统的速度、精度可以满足无人机自动下滑着陆要求,其平均落地点偏差与差分GPS相当。     

舰尾流环境中载机纵向QFT/TECS控制系统设计

为了消除舰尾流对载机着舰过程产生的影响,同时完成低动压状态下飞行速度与高度的解耦工作,基于定量反馈理论/总能量控制理论(QFT/TECS)设计了纵向着舰控制系统。针对着舰过程中数学模型所具有的不确定因素及舰尾流对下滑航迹的影响,以载机高度变化率为控制对象,使用定量反馈理论结合推力补偿系统进行了内回路鲁棒控制律设计。外回路控制律设计是以总能量控制理论为基础,通过粒子群优化算法对待调控制参数进行寻优,进而实现了对高度、速度等参数的精确控制,完成了载机纵向着舰轨迹与速度的解耦工作。仿真结果表明,该控制律在拥有较强的鲁棒性的基础上具有良好的解耦控制能力,实现了载机着舰段的高度与速度的解耦控制,明显提高了载机对着舰轨迹的跟踪能力,可满足不确定条件下载机的着舰要求。     

舰载机着舰舰面效应及其补偿方法研究

根据舰面效应的作用机理,分析了舰面效应对舰载机着舰的影响,总结了舰载机在不同着舰模式下的舰面效应补偿方法.针对舰载机自动着舰模式,通过分析舰面效应所产生的附加升力造成的着舰偏差,提出了引导信号指令修正的舰面效应补偿方法,并给出了舰面效应自动补偿方法的具体流程,分析了自动补偿方法的特性及其应用面临的关键问题.     

舰载无人机自动着舰系统建模与仿真研究

针对自动着舰系统整体闭环设计问题,将全自动着舰(ACLS)的引导与控制系统结合,建立了舰/机大闭环系统模型,系统地对大闭环系统进行了仿真验证;并且在仿真中考虑了甲板扰动,设计了甲板补偿器和预估器,加入了引导雷达噪声误差并进行了仿真分析。仿真结果表明,所提出的舰载无人机全自动着舰系统分析方法对于理论分析和实际应用具有比较重要的意义。     

舰载机自动着舰引导与控制研究进展

舰载机自动着舰是一项复杂的系统工程。本文概述与总结了舰载机自动着舰系统及着舰引导与控制关键技术的发展现状;阐述了自动着舰系统的发展历程、设计规范,详细描述了自动着舰系统的基本架构和工作原理。在总结舰载机自动着舰引导与控制关键问题的基础上,详细概述和分析了舰载机数学建模、着舰引导、着舰飞行控制、动力补偿/自动油门控制、甲板运动建模、预估和补偿控制、舰尾气流建模与抑制、雷达噪声抑制与误差标校、复飞/逃逸决策与控制等关键技术的研究进展。最后,对舰载机自动着舰引导与控制的研究成果作了总结,并对未来发展方向进行了展望。本文旨在促进舰载机自动着舰技术的发展。     

基于光电引导的全天候自动着舰模式研究

舰载机成功着舰的关键之一是提高引导系统的精度.分析了一种新型高精度多传感器光电引导系统的引导机理及性能特点,研究了光电引导全自动着舰的工作模式及其转换问题,提出了一种改进型全天候自动着舰引导系统(AWACLS)方案,进一步扩展了舰载机全天候着舰手段.该项研究将为此新型多传感器光电引导系统上舰提供理论支持.