无人机撞网回收技术研究

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1、无人机撞网回收技术研宄林杰杨坤白一平吴了泥厦门大学361005摘要与国外相比，国内对无人机撞网回收技术的研宄应用存在着相当大的差距，其中精确制导和控制技术为主要瓶颈。随着无人机的推广，舰载无人机以及通用无人机对撞网回收技术的需求迫切。无人机的撞网回收是指无人机以自主方式进场，逐渐降低高度、减小速度，然后直接飞入拦阻网进行回收。无人机撞网回收系统的工程研制是一项系统工程,一般由拦阻网装置、吸能缓冲装置和末端引导装置等组成,在技术研究方面必须解决好诸如无人机吸能缓冲技术、无人机末端精确导引技术、高精度控制技术和系统试验验证等相关关键技

2、术，即如何引导无人机准确地飞向拦阻网，触网后如何柔和地吸收能量，从而平稳、准确地实现撞IM回收。关键词无人机回收导引第一章应用背景与研究意义无人机(UnmannedAerialVehicle，UAV)是当今世界上航空发展的一个热点。无人机通常指的是无人驾驶、自主推进，由无线电遥控或自身程序控制，利用空气动力承载飞行并可回收重复使用的飞行器。无人机应用途径广泛，20世纪60年代初，自从美国首先将无人机用于军事侦察，无人机先后参加了越南战争、中东战争、海湾战争、科索沃战争、阿富汗战争及伊拉克战争，均发挥了重要作用。在民用领域，无人机也

3、有很大用途，在电力、通信、气象、农林、海洋、勘探等领域应用无人机的技术效果和经济效益都非常看好。此外，无人机在缉毒缉私、边境巡逻、治安反恐等方面也有着良好的应用前景，目前世界各国都在积极拓展民用无人机的皮用范围。无人机的一个重要课题是着陆回收。常见的无人机着陆回收方式主要有着陆滑跑、伞降回收和气垫着陆回收等类型。撞网回收是一种适合小型固定翼无人机在狭窄场地或舰船上实现精确定点回收的先进回收方式。可以认为它是一种零距离回收方式。撞网冋收系统一般由拦阻网装置、吸能缓冲装置和末端引导装置等组成，其核心技术在于如何引导无人机准确地飞向拦阻

4、网，从而平稳、准确地实现撞网冋收。小型无人机以其造价便宜，体积小，维护方便，隐蔽性好等优点，越来越受到警方、消防等部门的亲睐。但是，由于城市空旷区域狭小，常规的着陆滑跑方式不再适用于小型无人机。为突破小型无人机发展的瓶颈，找到一种场地需求小、操作相对方便的着陆方式就显得尤为重要，而高精度的撞网冋收完全满足要求。因此，撞网冋收在民用无人机领域具有极高的应用价值。第二章理论分析2.1无人机数学模型无人机的数学模型是无人机对象特性分析、飞行控制系统设计、飞行仿真的基础。建模过程需要将无人机的运动抽象为六自由度刚体运动的12阶微分方程。一

5、般使用Matlab的S-function描述无人机的非线性数学模型，根据风洞实验或者CFD计算得到的气动数据，对无人机精确建模。2.1.1十二阶微分方程无人机属于六自由度运动体，艽通用的非线性数学模型可采用如下的微分方程的形式描述：其中，状态量，分别表示，是机体坐标系下前向速度、侧向速度、地向速度、滚转角速率、俯仰角速率、偏航角速率、滚转角、俯仰角、偏航角、北向位置、东向位置、高度；控制量，分别表示升降舵偏角、副翼偏角、方向舵偏角、汕门；为吋间。y是输出量，即传感器测量输出。采用欧美坐标体制下的机体坐标系、速度坐标系、地面坐标系可

6、以简单的描述飞机的转动和移动。可以列写无人机六自由度非线性微分方程。飞机的运动包括三个线运动（前后、上下、左右）和三个角运动（俯仰、偏航、滚转）。为了简化问题，还可以将飞机的运动分为纵向运动和横侧向运动。根据刚体动力学可获得飞机机体坐标系下的十二个微分方程：2.1.2无人机气动力和气动力矩的计算气动数据反映到飞机运动方程中主要是以三个力和三个力矩形式给出的，即阻力D、侧力Y、升力L、滚转力矩R、俯仰力矩M、偏航力矩N。这些气动力（力矩）都是随着飞机的状态变化而变化的，计算公式如下：气动力通常是马赫数、迎角、侧滑角的函数，气动力矩是

7、马赫数、迎角、侧滑角、气动舵面的函数。2.1.3无人机数学模型MATLAB实现采用实验室某无人机气动数据，利用Matlab的S-function建立无人机的十二阶微分方程。模型输入为升降舵，副翼，方向舵，油门以及风速。输出为飞机姿态参数，位置参数，速度参数等。对视线角等信号也给出输出，方便后面的比例导引分析验证。2.2无人机撞网冋收策略撞网冋收策略主要冇两类：等下滑角撞网冋收策略、比例导引撞网冋收策略。其中比例导引撞网冋收策略又分为经典比例导引和积分型比例导引两种。这里将对这两类策略进行简单的介绍。2.2.1等下滑角撞网冋收策略小

8、型无人机撞网冋收要求是对定点的0标进行打击。工程上定点制导的有舰载飞机和导弹等飞行器。舰载飞机阻拦着陆方式采用等倾角下滑，在0标固定的情况下，可以规划一条下滑轨迹线，该下滑轨迹角度恒定，无人机撞击到该轨迹线后跟踪这条虚拟的下滑线，按照前向距离实吋解