飛行器自動(dòng)駕駛儀的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】飛行器自動(dòng)駕駛儀
【背景技術(shù)】
[0001] 傳統(tǒng)的自動(dòng)駕駛儀能夠使用由陀螺儀測(cè)量的角速率和來(lái)自慣性測(cè)量單元(IMU)的 平移加速度兩者來(lái)控制航空飛行器的飛行。炮射彈(傳統(tǒng)的和電磁的兩者)在發(fā)射時(shí)受到非 常大的地心引力（"重力"）。這種重力能夠損壞或損毀用來(lái)穩(wěn)定晃動(dòng)機(jī)身的陀螺儀。在一些 例子中，用來(lái)抵抗在發(fā)射期間以及另一些可能的操作期間受到的大的重力的這些和另一些 類(lèi)型傳感器的硬化(重力硬化)能夠是困難的且昂貴的。
[0002] 本文關(guān)于本文公開(kāi)內(nèi)容所呈現(xiàn)的這些和另一些考量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 應(yīng)當(dāng)理解，本
【發(fā)明內(nèi)容】
部分以簡(jiǎn)化的形式引入了一些概念，這些概念在下面的具 體實(shí)施方式中進(jìn)一步被描述。本
【發(fā)明內(nèi)容】
部分不意在用于限制所要求保護(hù)主題的范圍。
[0004] 根據(jù)本文公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例，公開(kāi)了一種用于控制飛行器的計(jì)算機(jī)執(zhí)行的方法。 在一些實(shí)施方式中，該方法包括:接收引導(dǎo)命令，接收移動(dòng)測(cè)量值，并生成多個(gè)狀態(tài)估計(jì)值。 該方法還包括:利用引導(dǎo)命令和多個(gè)狀態(tài)估計(jì)值來(lái)輸出控制表面命令。該方法也包括:根據(jù) 控制表面命令確定效應(yīng)器命令，以及輸出效應(yīng)器命令到至少一個(gè)控制效應(yīng)器，從而根據(jù)效 應(yīng)器命令來(lái)控制飛行器。
[0005] 根據(jù)本文公開(kāi)的另一個(gè)實(shí)施例，公開(kāi)了一種用于飛行器的引導(dǎo)和控制系統(tǒng)。在一 些實(shí)施方式中，引導(dǎo)和控制系統(tǒng)包括：引導(dǎo)系統(tǒng)，其可操作以生成引導(dǎo)命令;移動(dòng)測(cè)量設(shè)備， 其可操作以測(cè)量飛行器的移動(dòng)以生成移動(dòng)測(cè)量值；以及自動(dòng)駕駛儀模塊，其可操作以接收 引導(dǎo)命令。自動(dòng)駕駛儀模塊還可操作以生成多個(gè)狀態(tài)估計(jì)值以及利用引導(dǎo)命令、移動(dòng)測(cè)量 值和多個(gè)狀態(tài)估計(jì)值來(lái)輸出控制表面命令。引導(dǎo)和控制系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括:控制邏輯模 塊，其可操作以接收控制表面命令，并且生成效應(yīng)器命令作為響應(yīng);和控制效應(yīng)器，其可操 作以接收效應(yīng)器命令，從而根據(jù)效應(yīng)器命令來(lái)控制飛行器。
[0006] 根據(jù)本文公開(kāi)的又另一個(gè)實(shí)施例，公開(kāi)了一種用于飛行器的控制模塊。根據(jù)一些 實(shí)施方式，控制模塊可以包括自動(dòng)駕駛儀模塊和控制邏輯模塊。自動(dòng)駕駛儀模塊可以被配 置成接收來(lái)自引導(dǎo)系統(tǒng)的引導(dǎo)命令和移動(dòng)測(cè)量設(shè)備的輸出。自動(dòng)駕駛儀模塊可操作以增加 引導(dǎo)命令的增益成增益的引導(dǎo)命令。自動(dòng)駕駛儀模塊可以包括誤差模塊、狀態(tài)估計(jì)器和增 益模塊。
[0007] 誤差模塊可操作以接收引導(dǎo)命令和移動(dòng)測(cè)量裝置的輸出作為輸入，并進(jìn)一步可操 作以輸出誤差。狀態(tài)估計(jì)器可操作以接收增益的引導(dǎo)命令和誤差之間的差值，并計(jì)算一個(gè) 或更多個(gè)狀態(tài)估計(jì)值。增益模塊可操作以接收一個(gè)或更多個(gè)狀態(tài)估計(jì)值，從而計(jì)算控制表 面命令?？刂七壿嬆K可操作以接收控制表面命令并輸出效應(yīng)器命令。
[0008] 已經(jīng)討論的特征、功能和優(yōu)點(diǎn)能夠獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)在本公開(kāi)的各種實(shí)施例中，或在另 一些實(shí)施例中被組合，實(shí)施例的進(jìn)一步細(xì)節(jié)能夠參照如下描述和附圖了解到。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 根據(jù)【具體實(shí)施方式】和附圖，本文所呈現(xiàn)的實(shí)施例將被更全面地理解，其中：
[0010] 圖1根據(jù)本文公開(kāi)的至少一個(gè)實(shí)施例的利用引導(dǎo)和控制系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)值的飛行 器的框圖。
[0011] 圖2是根據(jù)本文公開(kāi)的至少一個(gè)實(shí)施例的垂直控制模塊的圖示說(shuō)明。
[0012] 圖3是根據(jù)本文公開(kāi)的至少一個(gè)實(shí)施例的橫向/傾斜角控制模塊的圖示說(shuō)明。
[0013] 圖4是根據(jù)本文公開(kāi)的至少一個(gè)實(shí)施例的可替代的橫向/傾斜角控制模塊的圖示 說(shuō)明。
[0014] 圖5是根據(jù)本文公開(kāi)的至少一個(gè)實(shí)施例的引導(dǎo)和控制系統(tǒng)的圖示說(shuō)明。
[0015] 圖6是根據(jù)本文公開(kāi)的至少一個(gè)實(shí)施例的用于控制飛行器的一種程序配置。
[0016] 圖7是根據(jù)本文公開(kāi)的至少一個(gè)實(shí)施例的用于修改引導(dǎo)命令的一種程序配置。
[0017] 圖8圖示說(shuō)明了根據(jù)本文公開(kāi)的至少一個(gè)實(shí)施例的在其中使用狀態(tài)估計(jì)器可以實(shí) 施引導(dǎo)和控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)。
[0018] 本申請(qǐng)中呈現(xiàn)的多幅附圖示出了本公開(kāi)的實(shí)施例的變化和不同方面。因此，對(duì)每 個(gè)圖示說(shuō)明的詳細(xì)描述將描述在相應(yīng)圖示說(shuō)明中確定的差異。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下述詳細(xì)的描述針對(duì)在拋射彈、制導(dǎo)武器、導(dǎo)彈或飛機(jī)(本文在此被稱(chēng)為飛行器） 中的自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)的技術(shù)。所述飛行器可以是，但不限于，超高速拋射彈、迫擊炮、炮彈、 側(cè)滑轉(zhuǎn)彎武器、傾斜轉(zhuǎn)彎武器或任何通過(guò)媒介制導(dǎo)的物體，具體在高速條件下。本公開(kāi)不限 于任何具體類(lèi)型的飛行器。相反，本文描述的技術(shù)可以在任何飛行器(包括那些經(jīng)受可能損 壞傳統(tǒng)陀螺儀的大的重力的飛行器）中受益。在一些實(shí)施方式中，本文描述的技術(shù)可以用作 當(dāng)陀螺儀測(cè)量失敗且只有平移加速度可用于控制計(jì)算時(shí)維持穩(wěn)定飛行的備份系統(tǒng)。
[0020] 根據(jù)一種配置，飛行器的引導(dǎo)和控制系統(tǒng)使用狀態(tài)估計(jì)器確定飛行器的狀態(tài)的估 計(jì)值。引導(dǎo)和控制系統(tǒng)的控制模塊使用狀態(tài)估計(jì)值執(zhí)行從引導(dǎo)和控制系統(tǒng)的引導(dǎo)模塊接收 到的引導(dǎo)命令。引導(dǎo)和控制系統(tǒng)可以使用移動(dòng)測(cè)量設(shè)備測(cè)量加速度。移動(dòng)測(cè)量設(shè)備可以包 括，但不限于，垂直加速度、橫向加速度、傾斜角或推力。在飛行器不包括機(jī)載推力部件(如 子彈殼或炮彈殼）的一些配置中，該配置可以不包括推力測(cè)量設(shè)備。
[0021] 基于測(cè)量的加速度，飛行器的狀態(tài)可以被估計(jì)。這些估計(jì)值可以被用作在執(zhí)行來(lái) 自引導(dǎo)模塊的引導(dǎo)命令或在執(zhí)行來(lái)自引導(dǎo)模塊的后續(xù)引導(dǎo)命令期間的輸入。如本文所使用 的，"狀態(tài)"是飛行器的運(yùn)行特性，包括，但不限于，位置、方向、方向的變化、速率動(dòng)力學(xué)和控 制效應(yīng)器狀態(tài)。
[0022] 控制模塊可以包括自動(dòng)駕駛儀模塊和控制邏輯模塊。根據(jù)下面詳細(xì)描述的多個(gè)實(shí) 施例，自動(dòng)駕駛儀模塊可以接收來(lái)自引導(dǎo)模塊的引導(dǎo)命令。雖然不限于任何特定引導(dǎo)命令， 但在一些例子中，引導(dǎo)命令可以與目標(biāo)位置、飛行軌跡、飛行線路或飛行器導(dǎo)航的航路點(diǎn)相 關(guān)聯(lián)。
[0023] 自動(dòng)駕駛儀模塊利用飛行器的狀態(tài)估計(jì)值計(jì)算用于根據(jù)引導(dǎo)命令控制飛行器的 控制表面命令?？刂票砻婷羁梢允怯糜谏刀?、副翼、方向舵或另一些傳統(tǒng)控制表面操作 的命令。自動(dòng)駕駛儀模塊發(fā)出控制命令，從而控制邏輯模塊。
[0024] 控制表面命令確定控制命令有待被發(fā)出到的合適的控制表面。在一些配置中，使 用一個(gè)或更多個(gè)控制效應(yīng)器可以控制飛行器?？刂菩?yīng)器可以采用傳統(tǒng)控制表面(如升降 舵、副翼或方向舵）的方式。在一些配置中，控制效應(yīng)器可以包括上述傳統(tǒng)控制表面或可替 代上述傳統(tǒng)控制表面而被使用。在這些實(shí)施方式中，控制效應(yīng)器可以是飛行器的可移動(dòng)表 面，其無(wú)論單獨(dú)或與其他控制效應(yīng)器結(jié)合均改變飛行器的航空動(dòng)力學(xué)。航空動(dòng)力學(xué)的改變 能夠操控飛行器?？刂菩?yīng)器可以用在飛行器不被設(shè)計(jì)或不打算像傳統(tǒng)的飛機(jī)那樣圍繞中 心軸線來(lái)維持旋轉(zhuǎn)取向的某些情況中。控制效應(yīng)器由一個(gè)或更多個(gè)致動(dòng)器操縱。
[0025] 當(dāng)無(wú)論單獨(dú)或與其他控制效應(yīng)器使用控制效應(yīng)器時(shí)，該控制效應(yīng)器能夠模仿傳統(tǒng) 的升降舵、副翼和/或方向舵控制表面的航空動(dòng)力學(xué)效果?？刂票砻婷?其可以包括升降 舵、副翼、方向舵或其他傳統(tǒng)控制表面的輸出）可以被轉(zhuǎn)譯成用來(lái)修改飛行器的一個(gè)或更多 個(gè)控制效應(yīng)器的效應(yīng)器命令，以便以某種方式修改飛行器的當(dāng)前狀態(tài)，該方式將實(shí)現(xiàn)從引 導(dǎo)模塊接收到的期望的航行目標(biāo)。
[0026] 參考形成其一部分的附圖，并且通過(guò)圖示說(shuō)明、具體實(shí)施例或示例的方式示出該 附圖。在若干附圖中，相同的數(shù)字標(biāo)號(hào)表示相同的元件。
[0027]現(xiàn)轉(zhuǎn)向圖1，圖1是利用引導(dǎo)和控制(G&C)系統(tǒng)102的狀態(tài)估計(jì)值的飛行器100的局 部圖，該系統(tǒng)可以根據(jù)本文公開(kāi)的至少一個(gè)實(shí)施例而被使用。G&C系統(tǒng)102可以被用來(lái)控制 穩(wěn)定或不穩(wěn)定飛機(jī)或拋射彈（如飛行器100)的飛行。G&C系統(tǒng)102可以被配置成提供一個(gè)或 更多個(gè)輸出以引起飛行器1〇〇的一個(gè)或更多個(gè)飛行路徑軌跡變化。
[0028] G&C系統(tǒng)102包括引導(dǎo)模塊104。引導(dǎo)模塊104可以被配置成發(fā)出引導(dǎo)命令106。在一 個(gè)實(shí)施方式中，引導(dǎo)命令106可以是存儲(chǔ)在飛行器100的機(jī)載存儲(chǔ)設(shè)備中的預(yù)編程的指令。 預(yù)編程的指令可以被配置成根據(jù)指定航線或指定目的地或航路點(diǎn)來(lái)指導(dǎo)G&C系統(tǒng)102,從而 引導(dǎo)飛行器100。
[0029] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，引導(dǎo)模塊104可以在飛行器100在飛行時(shí)接收來(lái)自傳輸源的 指令。傳輸源可以包括，但