飞行器侧向机动制导方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本申请涉及飞行器导航技术领域，具体而言，涉及一种飞行器侧向机动制导方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
高超声速滑翔飞行器再入飞行除了要考虑动压、过载及终端约束条件外，还需要考虑复杂禁飞区约束。飞行器的侧向运动一般通过倾侧角符号变化来实现，多采用航向角误差走廊的方法，即通过将航向角误差限制在一定的范围中，以保证飞行器进行横向机动逼近目标。现有的侧向机动制导方法通过偏差距离来确定反转点的倾侧角反转逻辑，仅仅适用于小行程的侧向控制，无法满足滑翔式飞行器大行程侧向机动的要求。
针对上述问题，目前尚未有有效的技术解决方案。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种飞行器侧向机动制导方法、装置、电子设备及存储介质，可以满足对滑翔式飞行器大行程侧向机动的要求，提高机动制导的灵活性。
第一方面，一种飞行器侧向机动制导方法，用于指引飞行器由起点位置绕过禁飞区域以到达目的位置，所述方法包括以下步骤：
获取所述飞行器的当前位置以及当前航向角；
根据所述当前位置以及所述当前航向角判断所述飞行器的飞行方向指向风险区域或第一安全区域；其中，所述风险区域由禁飞区域的两条经过所述起点位置的第一切线以及该禁飞区域的边界线围成，所述第一安全区域由所述两条第一切线及经过所述起点位置的两条航向角误差界线界定出；
若所述飞行器的飞行方向指向所述风险区域，则调整所述飞行器的航向角使得其飞行方向指向所述第一安全区域；
若所述飞行器的飞行方向指向所述第一安全区域，则对所述飞行器进行侧向控制，使其航向角位于第一预设范围内。
可选地，在本申请实施例所述的飞行器侧向机动制导方法中，所述对所述飞行器进行侧向控制，使其航向角位于第一预设范围内之后，还包括：
判断所述飞行器的飞行方向是否指向第二安全区域；其中，所述第二安全区域由禁飞区域的两条经过目的位置的第二切线及经过所述两条航向角误差界线界定出；
若指向第二安全区域，对所述飞行器进行侧向控制，使其航向角位于第二预设范围内；
若指向第一安全区域，则返回执行对所述飞行器进行侧向控制，使其航向角位于第一预设范围的步骤。
可选地，在本申请实施例所述的飞行器侧向机动制导方法中，所述若指向第二安全区域，对所述飞行器进行侧向控制，使其航向角位于第二预设范围内，包括：
若指向第二安全区域，则判断所述飞行器的航向角是否位于第二预设范围内；
若所述飞行器的航向角未处于所述第二预设范围，则控制所述飞行器的倾侧角取相反数，以使得所述飞行器的航向角转换至所述第二预设范围。
可选地，在本申请实施例所述的飞行器侧向机动制导方法中，所述调整所述飞行器的航向角使得其飞行方向指向所述第一安全区域，包括：
以预设幅度调整所述飞行器的航向角；
获取所述飞行器进行航向调整后的当前位置及当前航向角；并返回至所述根据所述当前位置以及所述当前航向角判断所述飞行器的飞行方向指向风险区域或第一安全区域的步骤。
可选地，在本申请实施例所述的飞行器侧向机动制导方法中，所述根据所述当前位置以及所述当前航向角判断所述飞行器的飞行方向指向风险区域或第一安全区域，包括：
若所述飞行器的当前位置位于所述禁飞区域的远离所述目的位置的一侧，且所述航向角位于第一预设夹角范围内，则判断所述飞行器的飞行方向指向所述第一安全区域；
若所述飞行器的当前位置位于所述禁飞区域的远离所述目的位置的一侧，且所述航向角不位于第一预设夹角范围内，则判断所述飞行器的飞行方向指向所述风险区域。
可选地，在本申请实施例所述的飞行器侧向机动制导方法中，所述对所述飞行器进行侧向控制，使其航向角位于第一预设范围内，包括：
若指向第一安全区域，则判断所述飞行器的航向角是否位于第一预设范围内；
若所述飞行器的航向角未处于所述第一预设范围，则控制所述飞行器的倾侧角取相反数，以使得所述飞行器的航向角转换至所述第一预设范围。
可选地，在本申请实施例所述的飞行器侧向机动制导方法中，所述根据所述当前位置以及所述当前航向角判断所述飞行器的飞行方向指向风险区域或第一安全区域之前，包括：
将所述飞行器的当前位置设置为起点位置。
第二方面，本申请还提供了一种飞行器侧向机动制导装置，用于指引飞行器由起点位置绕过禁飞区域以到达目的位置，所述装置包括：
获取模块，用于获取所述飞行器的当前位置以及当前航向角；
判断模块，用于根据所述当前位置以及所述当前航向角判断所述飞行器的飞行方向指向风险区域或第一安全区域；其中，所述风险区域由禁飞区域的两条经过所述起点位置的第一切线以及该禁飞区域的边界线围成，所述第一安全区域由所述两条第一切线及经过所述起点位置的两条航向角误差界线界定出；
调整模块，用于若所述飞行器的飞行方向指向所述风险区域，则调整所述飞行器的航向角使得其飞行方向指向所述第一安全区域；
第一控制模块，用于若所述飞行器的飞行方向指向所述第一安全区域，则对所述飞行器进行侧向控制，使其航向角位于第一预设范围内。
第三方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机可读取指令，当所述计算机可读取指令由所述处理器执行时，运行如上述第一方面提供的所述方法中的步骤。
第四方面，本申请实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时运行如上述第一方面提供的所述方法中的步骤。
由上可知，本申请实施例通过获取所述飞行器的当前位置以及当前航向角；根据所述当前位置以及所述当前航向角判断所述飞行器的飞行方向指向风险区域或第一安全区域；其中，所述风险区域由禁飞区域的两条经过所述起点位置的第一切线以及该禁飞区域的边界线围成，所述第一安全区域由所述两条第一切线及经过所述起点位置的两条航向角误差界线界定出；若所述飞行器的飞行方向指向所述风险区域，则调整所述飞行器的航向角使得其飞行方向指向所述第一安全区域；若所述飞行器的飞行方向指向所述第一安全区域，则对所述飞行器进行侧向控制，使其航向角位于第一预设范围内；从而实现对飞行器的侧向机动制导，可以避免飞行器飞入禁飞区域，可以满足滑翔式飞行器大行程侧向机动的要求。
本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的飞行器侧向机动制导方法的一种流程图。
图2为本申请实施例提供的飞行器侧向机动制导方法的应用场景图。
图3为本申请实施例提供的飞行器侧向机动制导方法的一场景示意图。
图4为本申请实施例提供的飞行器侧向机动制导方法的另一场景示意图。
图5为本申请实施例提供的飞行器侧向机动制导装置的一种结构示意图。
图6为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参照图1，图1是本本申请一些实施例中的一种飞行器侧向机动制导方法的流程图。该方法用于指引飞行器由起点位置绕过禁飞区域到达目的位置，所述方法包括以下步骤：
S101、获取所述飞行器的当前位置以及当前航向角。
S102、根据所述当前位置以及所述当前航向角判断所述飞行器的飞行方向指向风险区域或第一安全区域；其中，所述风险区域由禁飞区域的两条经过所述起点位置的第一切线以及所述禁飞区域的边界线围成，所述第一安全区域由所述两条第一切线及经过所述起点位置的两条航向角误差界线界定出，每一航向角误差界线以及与该航向角误差界线相邻的第一切线之间形成第一安全区域。
S103、若所述飞行器的飞行方向指向所述风险区域，则调整所述飞行器的航向角使得其飞行方向指向所述第一安全区域。
S104、若所述飞行器的飞行方向指向所述第一安全区域，则对所述飞行器进行侧向控制，使其航向角位于第一预设范围内。
其中，在该步骤S101中，该当前位置可以采用GPS定位传感器检测得到，或者北斗定位传感器检测得到。其中，该飞行器的当前航向角可以采用陀螺仪或者球形指南针进行检测。如图2所示，该当前航向角可以设定为该飞行器的前进方向与该起点位置M和目的位置的连线T的夹角ψ。
可以理解地，在一些实施例中，该起点位置可以动态变化，也即是将每一次检测到的当前位置均设置为起点位置。该步骤S101包括：获取所述飞行器的当前位置；获取所述飞行器的当前飞行方向与所述当前位置与目的位置的连线的夹角作为当前航向角，从而实现对航向角的动态设定。
其中，在该步骤S102中，如图2以及图3所示，该第一安全区域为图中的区域II，风险区域为图中的区域I。其中，该风险区域为经过该起点位置M的两条该禁飞区域的第一切线以及该禁飞区域的边界线围成。该禁飞区域可以呈圆形，当然，在一些实施例中也可以呈椭圆形。在图2中，该区域I为线段MQ、线段MP以及该禁飞区域的边界线围成。该禁飞区域为以C点为圆心，预设长度为半径的圆形区域。该第一安全区域II由该两条第一切线以及两条航向角误差界线界定出。其中，该航向角误差界线MD界定出一个第一安全区域II，该航向角误差界线MU界定出另一个第一安全区域II。
其中，该航向角误差为航向角ψ与视线角ψLOS之差。其中，Δψ＝ψ-ψLOS；|Δψ|≤Δψthreshold(v)；其中，Δψthreshold是航向角方位误差的门限值，一般设计为速度的分段函数，即：
其中，Δψth选取的原则是既能将飞行器成功引向目的位置，又使得倾侧角反转不过于频繁。针对特定飞行器，可通过多次仿真来获取门限值参数Δψ1,Δψ2,Δψ3。预设坐标系下描述侧向机动制导的相关参数如图2所示。禁飞区描述为以C(θC,φC)为圆心的圆形区域；M为飞行器当前位置M(θM,φM)；T为目标位置T(θT,φT)。
其中，在一些实施例中，该第一安全区域以及该风险区域均为固定不变的，其由该起点位置以及该禁飞区域的边界线界定出。
在一些实施例中，该步骤S102包括以下子步骤：S1021、若所述飞行器的当前位置位于所述禁飞区域的远离所述目的位置的一侧，且所述航向角位于第一预设夹角范围内，则判断所述飞行器的飞行方向指向所述第一安全区域；S1022、若所述飞行器的当前位置位于所述禁飞区域的远离所述目的位置的一侧，且所述航向角不位于第一预设夹角范围内，则判断所述飞行器的飞行方向指向所述风险区域。其中，判断航向角位于第一预设夹角范围内时，判断ψ∈(2δM-ηM,ηM)是否成立，如果成立则航向角位于第一预设夹角范围，不成立则不位于该第一预设夹角范围内。
在一些实施例中，判断该飞行器的飞行方向是否指向该第一安全区域的判决条件可以设置为：判断ψ>ηM是否成立。如果ψ>ηM是成立，则该飞行器的飞行方向指向该第一安全区域。
在另一些实施例中，该第一安全区域以及该风险区域为动态调整的，在每一次获取到该飞行器的当前位置时，将该当前位置设定为起点位置，从而可以根据更新后的起点位置划分出该第一安全区域以及该风险区域，从而可以提高导航的准确性，避免飞入该禁飞区域。因此，在执行该步骤S102之前，该方法还需先执行以下步骤：将所述飞行器的当前位置设置为起点位置。
其中，在该步骤S103中，飞行器飞行方向位于风险区域Ⅰ，即碰撞圆锥之内。需要采用侧向机动方法将飞行器引导驶离该风险区域Ⅰ。其中，该步骤S103可以包括：S1031、以预设幅度调整所述飞行器的航向角；S1032、获取所述飞行器进行航向调整后的当前位置及当前航向角，并返回至步骤S102。其中，在调整时，可以每次调整一个预设的幅度，然后进行判断该飞行器是否已经离开风险区域I进入该第一安全区域II。
在一些实施例中，例如，设k时刻，飞行器位置向量为M(θM,φM)、速度向量为v，对于一个位于C(θC,φC)的禁飞区域，CM＝C(θC,φC)-M(θM,φM)为禁飞区与飞行器的相对位置。如果考虑一个相对位置向量CM和相对速度向量v的两维平面，那么碰撞/安全界线将作为一个圆出现，碰撞圆锥由来自于飞行器的位置且垂直于界线圆的两个向量PM，QM精确确定，如图4所示。PM和QM表示如下：
PM＝CM+du1，QM＝CM+du2。
其中，u1和u2分别是从禁飞区的位置到PM和QM终点的单位向量：
其中，
碰撞圆锥标准由下式给定：a>0，且b>0。当满足上式时，飞行器被认为处于和禁飞区碰撞的危险之中，应该采取某些规避机动，确定目标点Xap用于禁飞区规避，如图4所示。目标点Xap的位置如下式：
当确定了需要紧急避碰的禁飞区后，飞行器必须采取机动措施或立即停止，但紧急停止往往来不及，使得飞行器必须紧急机动以避开禁飞区域，行器的航向角ψ存在以下关系式：Xap·v＝||Xap||·||v||cosψ。由于反余弦的主值范围在0～π之间，而飞行器机动的航向角ψ往往不会大于π/2，所以计算出的航向角为：
如果ψ>π/2，则ψ＝ψ-π。同时，考虑到飞行器控制噪声和传感器观测噪声的影响，飞行器的航向角应略大于上面计算出的ψ，即给ψ增加一个安全系数η：ψ*＝ηψ，其中，η为大于1的常数。
在该步骤S104中，该飞行器的航向角位于第一预设范围是指采用侧向制导将航向角限制在MU与MP构成的区域内。在一些实施例中，该步骤S104包括：S1041、若指向第一安全区域，则判断所述飞行器的航向角是否位于第一预设范围内；S1042、若所述飞行器的航向角未处于所述第一预设范围，则控制所述飞行器的倾侧角取相反数，以使得所述飞行器的航向角转换至所述第一预设范围。判断所述飞行器的航向角是否位于第一预设范围即判断ψ∈(ηM,ψLOS+Δψth(v))是否成立。ψ∈(ηM,ψLOS+Δψth(v))是成立，则所述飞行器的航向角是否位于第一预设范围，反之则然。若航向角未处于上述MU与MP构成的区域，也即是第一安全区域，则控制该飞行器使得其倾侧角反号。当然，如果该航向角位于该第一安全区域内，则无需进行侧向制导。
可以理解地，在一些实施例中，在该步骤S104之后，还包括以下步骤：
S105、判断所述飞行器的飞行方向是否指向第二安全区域；其中，所述第二安全区域由禁飞区域的两条经过目的位置的第二切线及经过所述两条航向角误差界线界定出。
S106、若指向第二安全区域，对所述飞行器进行侧向控制，使其航向角位于第二预设范围内。
S107、若不指向第二安全区域，则返回执行对所述飞行器进行侧向控制，使其航向角位于第一预设范围的步骤。
其中，在该步骤S105中，该第二安全区域由该切线TQ以及该航向角误差界线MD界定出，以及该切线TR和航向角误差界线MU界定出。其中，该第二安全区域为该图2中区域III。
其中，在该步骤S106中，若指向第二安全区域，则判断所述飞行器的航向角是否位于第二预设范围内；若所述飞行器的航向角未处于所述第二预设范围，则控制所述飞行器的倾侧角取相反数，以使得所述飞行器的航向角转换至所述第二预设范围。其中，判断飞行器的航向角是否位于第二预设范围即为：判断ψ∈(ηT,ψLOS+Δψth(v))是否成立。其中，当飞行器进入第三安全区域Ⅲ也即是第二安全区域，侧向制导将航向角限制在MU与TR构成的第三安全区域Ⅲ内，若航向角未处于上述第三安全区域Ⅲ，则倾侧角反号。倾侧角公式如下：
其中，ψ与ηT均为负值。
其中，在该步骤S107中，如果该飞行器依然的飞行方向依然指向该第一安全区域，则继续执行该步骤：对所述飞行器进行侧向控制，使其航向角位于第一预设范围内。
由上可知，本申请实施例通过获取所述飞行器的当前位置以及当前航向角；根据所述当前位置以及所述当前航向角判断所述飞行器的飞行方向指向风险区域或第一安全区域；其中，所述风险区域由禁飞区域的两条经过所述起点位置的第一切线以及该禁飞区域的边界线围成，所述第一安全区域由所述两条第一切线及经过所述起点位置的两条航向角误差界线界定出；若所述飞行器的飞行方向指向所述风险区域，则调整所述飞行器的航向角使得其飞行方向指向所述第一安全区域；若所述飞行器的飞行方向指向所述第一安全区域，则对所述飞行器进行侧向控制，使其航向角位于第一预设范围内；从而实现对飞行器的侧向机动制导，可以避免飞行器飞入禁飞区域，可以满足滑翔式飞行器大行程侧向机动的要求。
请参照图5，图5是本申请一些实施例中的一种飞行器侧向机动制导装置的结构示意图。该装置用于指引飞行器由起点位置绕过禁飞区域以到达目的位置，所述装置包括：获取模块201、判断模块202、调整模块203以及第一控制模块204。
该获取模块201用于获取所述飞行器的当前位置以及当前航向角。
该判断模块202用于根据所述当前位置以及所述当前航向角判断所述飞行器的飞行方向指向风险区域或第一安全区域；其中，所述风险区域由禁飞区域的两条经过所述起点位置的第一切线以及所述禁飞区域的边界线围成，所述第一安全区域由所述两条第一切线及经过所述起点位置的两条航向角误差界线界定出，每一航向角误差界线以及与该航向角误差界线相邻的第一切线之间形成第一安全区域。
该调整模块203用于若所述飞行器的飞行方向指向所述风险区域，则调整所述飞行器的航向角使得其飞行方向指向所述第一安全区域。
该第一控制模块204用于若所述飞行器的飞行方向指向所述第一安全区域，则对所述飞行器进行侧向控制，使其航向角位于第一预设范围内。
由上可知，本申请实施例提供的装置通过获取所述飞行器的当前位置以及当前航向角；根据所述当前位置以及所述当前航向角判断所述飞行器的飞行方向指向风险区域或第一安全区域；其中，所述风险区域由禁飞区域的两条经过所述起点位置的第一切线以及该禁飞区域的边界线围成，所述第一安全区域由所述两条第一切线及经过所述起点位置的两条航向角误差界线界定出；若所述飞行器的飞行方向指向所述风险区域，则调整所述飞行器的航向角使得其飞行方向指向所述第一安全区域；若所述飞行器的飞行方向指向所述第一安全区域，则对所述飞行器进行侧向控制，使其航向角位于第一预设范围内；从而实现对飞行器的侧向机动制导，可以避免飞行器飞入禁飞区域，可以满足滑翔式飞行器大行程侧向机动的要求。
请参照图6，图6为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图，本申请提供一种电子设备3，包括：处理器301和存储器302，处理器301和存储器302通过通信总线303和/或其他形式的连接机构(未标出)互连并相互通讯，存储器302存储有处理器301可执行的计算机程序，当计算设备运行时，处理器301执行该计算机程序，以执行时执行上述实施例的任一可选的实现方式中的方法。
本申请实施例提供一种存储介质，所述计算机程序被处理器执行时，执行上述实施例的任一可选的实现方式中的方法。其中，存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(Static Random AccessMemory,简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable ProgrammableRead-Only Memory,简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable ProgrammableRead Only Memory,简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Red-Only Memory,简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory,简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
