舰载机着舰甲板运动误差及其补偿仿真研究

论述了舰载机着舰过程中的甲板运动扰动,分析了其对飞机着舰的影响,据此对舰载机着舰引导系统进行甲板运动补偿网络设计,并进行仿真,仿真结果表明,补偿网络明显的减小了飞机着舰的纵向误差,通过随即给的航母甲板运动初始相位进行仿真,说明补偿网络具有良好的适应性。     

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.     

侧向甲板运动补偿技术研究

 为提高着舰的安全性, 减小着舰误差, 研究了侧向甲板运动补偿机理, 设计了雷达测量轴跟踪滤波器, 导出了侧向甲板运动补偿指令模型, 建立了甲板运动补偿状态下侧向自动着舰导引系统结构配置, 仿真表明, 开发的甲板运动补偿技术可有效地补偿由海浪引起的着舰误差。     

舰载机自动着舰导引的相关技术

介绍了舰载机自动着舰导引系统的基本组成及工作原理。围绕提高着舰精度和安全性，着重讨论了甲板运动补偿及预估、进场动力补偿、舰尾气流扰动抑制、着舰系统中噪声处理，以及复飞决策等着舰的相关技术。     

缩比模型模拟全尺寸飞机自动着舰的相似关系

由于直接采用全尺寸舰载机进行全自动着舰试验的风险较高，可以采用缩比模型模拟全尺寸飞机进行着舰的试验方案。基于相似系统原理，研究了缩比模型模拟全尺寸飞机着舰的相似关系，具体包括着舰导引律、自动驾驶仪、进近动力补偿系统与甲板运动补偿系统的增益以及航母运动与机舰相对运动参数的相似比例关系。以某算例舰载机及其缩比模型为算例，完成了各自着舰的数学仿真计算。结果表明，全尺寸飞机着舰数学仿真结果与缩比模型仿真结果满足运动相似关系，且各项参数的相似比例与推导结果一致，证明了本文研究结论的正确性。     

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。     

舰载飞机纵向着舰自抗扰导引系统设计

为使舰载飞机沿着理想的下滑轨迹安全着舰,自动着舰系统必须具备跟踪甲板运动和抑制气流扰动的性能。因此,采用自抗扰控制器(ADRC)设计了纵向着舰导引系统。仿真结果表明,自抗扰导引系统不但对典型输入的跟踪性能令人满意,而且抑制突风扰动的能力较强;和PID导引律相比,系统响应的品质有较大的改善。     

考虑杆臂效应与挠曲变形的全自动着舰技术

联合精确进近和着陆系统（JPALS）舰载组件旨在为最终进近阶段的舰载机提供自动着舰能力。针对由于舰船杆臂效应与挠曲变形的存在导致舰载机着舰定位精度下降的问题,开发了一种基于卫星引导的全自动着舰非线性化参数误差模型,结合舰船甲板运动及舰载机纵向飞行控制模型,评估舰船结构挠曲和姿态不确定性对着舰落点精度的影响。结果表明,杆臂效应与挠曲变形对着舰落点精度有显著影响,利用建立的误差模型以及飞行控制模型,能够将着舰落点精度有效控制在着舰标准之内。     

基于粒子滤波算法的载机着舰甲板运动预测

舰载机在着舰过程中对甲板运动的跟踪存在相位差,需要采用预报技术将甲板的运动信息提前加入到舰载机自动着舰控制系统中：文章利用粒子滤波算法,提出了载舰甲板运动的在线预估方法,及时准确地反映出各种甲板运动形式的实质。对典型海况下甲板的俯仰运动、垂直起伏运动和偏航运动进行预报仿真,仿真结果对比表明基于粒子滤波算法得到的预估结果...     

甲板运动对舰载机人工着舰的影响和补偿

分析了甲板各自由度运动对舰载飞机准确着舰造成的影响,提出根据主要的影响因素,由降落指挥官发出补偿引导指令,对甲板运动进行补偿。在此基础上,采用神经网络预测甲板运动并结合模糊控制,建立了补偿指令和控制模型,并通过数值仿真分析了所建立的模型的合理性。     

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.     

具有甲板运动预估的三旋翼无人机着舰研究

在无人机着舰的最后阶段,舰船的甲板运动严重威胁着无人机的着舰安全,其中沉浮和横摇运动威胁最大.首先介绍了三旋翼无人机的建模方法、控制律以及模拟的甲板运动模型;在此基础上,针对舰船甲板运动对无人机安全着舰的影响,提出了抗舰船横摇/沉浮的着舰控制方案;最后,对控制方案下的着舰性能进行了仿真分析.仿真结果表明,该控制方案可以满足着舰指标要求.     

舰载飞机着舰精确轨迹跟踪控制研究

根据着舰运动及Ｈ∞控制方法概念对用Ｈ∞控制方法设计舰载飞机自动着舰导引系统进行了研究;并按着舰导引系统的性能要求,确定了Ｈ∞控制综合模型的结构,给出了权阵的选取准则。以ＡＤ－４飞机为例进行了仿真验证,仿真结果表明,所设计的自动着舰导引系统能满足着舰要求,并有效地提高了导引系统着舰轨迹跟踪精度及抗气流扰动的能力。     

舰载机着舰中侧风和常值甲板风的影响研究

舰载机要安全着舰,需要精确控制全着舰航线轨迹及其稳定性,风是影响舰载机着舰航线的主要因素。论文主要研究了侧风和常值甲板风对舰载机着舰飞行产生的影响,建立了影响舰载机着舰飞行的不同侧风、甲板风的数学模型。根据数学模型计算了不同甲板风和侧风下着舰飞行轨迹参数,从而提出了着舰飞行修正方法。     

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。     

基于滑模变结构控制的舰载机动力补偿系统设计

分析了舰载机进场动力补偿系统的必要性,给出了一种基于趋近律的离散时间滑模变结构控制方法。利用该方法设计了一种保持地速迎角恒定的舰载机进场动力补偿系统,建立了舰载机自动着舰的综合仿真模型。仿真结果表明,通过控制俯仰角的变化量,能够使舰载机快速准确地沿着理想的下滑轨迹着舰,该动力补偿系统能够有效抑制舰尾气流扰动的影响,具有较强的鲁棒性。     

基于自适应AR模型的甲板运动预估技术

甲板运动对飞机安全着舰存在很大的影响,将甲板运动的未来信息引入飞机控制中可以降低这一影响,但是甲板运动的未来数据很难得到。为此,采用自适应AR模型对甲板运动进行预估。根据随时间不断增加的历史数据,设计了预估模型参数实时更新的自适应律,研究了一种基于自适应AR甲板运动实时预估算法。基于MATLAB,利用确定性甲板运动模型和随机模型分别作为甲板运动的数据源,验证了算法的可行性。仿真结果表明,基于自适应AR模型的预估算法对于甲板运动的预估误差很小,预估响应较快。     

基于ADRC的舰载机着舰飞行控制系统解耦设计

针对舰载机在着舰下滑时飞行轨迹不稳定、在控制升降舵的同时还需要进行发动机推力补偿的问题,建立了舰载机纵向着舰飞行姿态运动模型,采用自抗扰控制技术对着舰飞行控制系统进行解耦。首先,将俯仰角回路和迎角回路中的耦合项视为扰动,设计扩张状态观测器对回路中的状态量和总扰动进行估计;然后,采用非线性状态误差反馈律和扰动实时补偿来计算虚拟控制量,并通过控制分配得到升降舵和发动机推力控制量。仿真结果表明,在升降舵偏转角和发动机推力可用的范围内,所设计的姿态控制系统和动力补偿系统能使航迹角快速、准确地跟踪姿态角指令。     

舰面纵摇对弹射起飞性能的影响

研究甲板纵向摇动对舰载飞机弹射起飞性能的影响。利用国外某型舰载飞机的数据,对弹射起飞的几个重要参数进行了分析。结果表明:甲板纵摇对飞机离舰后的最大下沉量、迎角等参数影响较大,在舰载飞机设计和使用条件方面必须考虑甲板纵摇的影响。