[发明专利]一种基于侧滑角信息的无人机测风建模方法

权利要求书

1.一种基于侧滑角信息的无人机测风建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，建立无人机横侧向开环控制模型，具体为：

横侧向开环控制模型用状态空间方程可表示为如下形式

式中，为状态量，为状态矩阵，为输入矩阵，为输入量；β为侧滑角，p为滚转角速率，r为偏航角速率，φ为滚转角；Y_b、Y_p、Y_r、Y_ph、L_b、L_p、L_r、N_b、N_p、N_r、Y_da、Y_dr、L_da、L_dr、N_da、N_dr为无人机横侧向参数，可根据无人机给定的气动参数及控制参数解算；δ_a、δ_r为方向舵和副翼的舵偏角；

由(1)式得到无人机横侧向开环控制模型方程为

步骤二，建立无人机横侧向闭环导航模型，具体为：

给定无人机航向ψ_g时，则可给出飞行控制律为

式中，ψ为航向角，k_p、k_φ、k_ψ、k_r、k_φr分别为与p、φ、ψ、r相关的系数；

将(3)代入(2)，得到

同理有

由此得到无人机横侧向闭环导航方程为

如果无人机没有侧滑角传感器，方程(9)包含的侧滑角可通过测量滚转角信息来间接得到，同时通过Kalman滤波器对所测侧滑角信息进行滤波，此方法可实现对侧滑角的无偏估计，理论精度较高；

步骤三，建立实测量与侧滑角关系模型，具体为：

机体坐标系下的空速分量为

式中，V_a为空速，α为迎角，V_xb、V_yb、V_zb为机体坐标 系下的空速分量；

惯性坐标系下的空速分量为

式中，V_x、V_y、V_z为惯性坐标系下x、y、z轴上的空速分量，为机体坐标系到惯性坐标系的转换坐标；

式中，θ为俯仰角，为航迹方位角；

将公式(12)展开可得到

步骤四，利用风速、地速和空速三者之间的矢量三角形关系建立风场估计模型，即将侧滑角数据作为风场估计中的一个变量，与GPS测得的地速、陀螺仪测得的姿态角及空速管测得的空速一起，通过矢量三角形求得风场信息；

由风速和飞行器的空速、地速的矢量三角形关系得到风速表达式为

式中，为地速，为空速，为风速；

公式(14)具体可表示为

式中，VD_x、VD_y、VD_z为风速在惯性坐标系下x、y、z轴上的分量，为在惯性坐标系下x、y、z轴上的基于GPS位置测量值解算的地速分量。