[发明专利]坐标系转换方法、其装置、飞行器航向控制方法及飞行器

说明书

本发明涉及一种坐标系转换方法、其装置、飞行器航向控制方法及飞行器。所述坐标系转换方法包括：分别获取机身坐标系的X轴和Y轴在当地水平坐标系的水平面上的投影的X轴单位向量和Y轴单位向量，所述机身坐标系为以飞行器为坐标原点的坐标系；计算所述X轴单位向量和Y轴单位向量的向量和；通过所述向量和表示倾斜角；使用所述倾斜角进行所述当地水平坐标系和控制坐标系之间的转换。该转换方法使用了新的方式来表示倾斜角，从而使得进行当地水平坐标系与控制坐标系之间的旋转转换时具有对称性。

【技术领域】

本发明涉及飞行器航向控制技术领域，尤其涉及坐标系转换方法、其装置、飞行器航向控制方法及飞行器。

【背景技术】

在传统的飞行器航向控制过程中，存在着多个不同的坐标系，需要使用欧拉角旋转转换等的刚体转动表示方法来进行坐标系之间的转换。通过构建相应的坐标系，采用速度向量控制的方式可以方便的实现飞行器对于控制信号的响应，实现飞行器航向的改变。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：在采用传统的欧拉角表示或者定义不同坐标系之间的转换关系时，存在着不对称性。

因此，在基于上述的转换关系或者数学表示方法进行控制时，对于飞行器的控制行为也是不对称的，对于人类感觉而言是不直观的。另外，也限制了飞行器航向物理控制的精确度。

【发明内容】

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种具有对称性和直观表达的坐标系转换方法、其装置、飞行器航向控制方法及飞行器。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：一种飞行器的坐标系转换方法。

所述坐标系转换方法包括如下步骤：分别获取机身坐标系的X轴和Y轴在当地水平坐标系的水平面上的投影的X轴单位向量和Y轴单位向量，所述机身坐标系为以飞行器为坐标原点的坐标系；计算所述X轴单位向量和Y轴单位向量的向量和；通过所述向量和表示倾斜角；使用所述倾斜角进行所述当地水平坐标系和控制坐标系之间的转换。

在一些实施例中，所述机身坐标系与所述当地水平坐标系之间通过欧拉角旋转矩阵进行转换；

所述欧拉角旋转矩阵的旋转顺序为依次绕飞行器自身的横滚轴、航向轴以及俯仰轴旋转。

在一些实施例中，分别通过如下算式计算所述X轴单位向量和Y轴单位向量；

其中，T为一个取自所述欧拉角旋转矩阵的2×2矩阵，k_x为X轴单位向量，k_y为Y轴单位向量，为矩阵乘积的范数。

在一些实施例中，T为从所述欧拉角旋转矩阵中前两行和前两列中取出的数据构成的2×2矩阵。

在一些实施例中，所述倾斜角通过如下算式表示：

其中，Ψ为倾斜角，所述向量和为二维向量，k(2)和k(1)分别为所述向量和在Y轴和X轴上投影的长度。

为解决上述技术问题，本发明实施例还提供以下技术方案：一种飞行器的坐标系转换装置。

所述飞行器的坐标系转换装置包括：单位向量获取模块，用于获取机身坐标系的X轴和Y轴在当地水平坐标系的水平面上的投影的X轴单位向量和Y轴单位向量，所述机身坐标系为以飞行器为坐标原点的坐标系；向量和计算模块，用于计算所述X轴单位向量和Y轴单位向量的向量和；倾斜角表示模块，通过所述向量和表示倾斜角，以及坐标系转换模块，用于使用所述倾斜角进行所述当地水平坐标系和控制坐标系之间的转换。

在一些实施例中，所述机身坐标系与所述当地水平坐标系之间通过欧拉角旋转矩阵进行转换；所述欧拉角旋转矩阵的旋转顺序为依次绕飞行器自身的横滚轴、航向轴以及俯仰轴旋转。