[0053] 通過(guò)參考附圖會(huì)更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖是示意性的而不應(yīng)理 解為對(duì)本發(fā)明進(jìn)行任何限制，在附圖中：
[0054] 圖1示出了本發(fā)明一種估計(jì)平流層飛艇飛行性能參數(shù)的方法的流程示意圖；
[0055] 圖2示出了本發(fā)明一種估計(jì)平流層飛艇飛行性能參數(shù)的方法的一種實(shí)施方式的流 程示意圖；
[0056] 圖3示出了在風(fēng)場(chǎng)環(huán)境下地速、風(fēng)速、空速矢量的關(guān)系示意圖；
[0057] 圖4示出了風(fēng)場(chǎng)環(huán)境下平流層飛艇的盤旋軌跡示意圖；
[0058] 圖5為風(fēng)場(chǎng)環(huán)境下盤旋軌跡擺線與圓的關(guān)系示意圖；
[0059] 圖6為側(cè)滑角隨時(shí)間的變化示意圖；
[0060] 圖7為攻角隨時(shí)間的變化示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0061] 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0062] 如圖1所示，本發(fā)明提供了一種估計(jì)平流層飛艇飛行性能參數(shù)的方法，
[0063] 使飛艇進(jìn)入穩(wěn)定盤旋飛行狀態(tài)；
[0064] 獲取飛艇的地速、姿態(tài)信息和位置信息；
[0065] 根據(jù)飛艇的地速、姿態(tài)信息和位置信息，估計(jì)飛艇的飛行性能參數(shù)。
[0066] 如圖2所示，其中較優(yōu)的，使飛艇進(jìn)入穩(wěn)定盤旋飛行狀態(tài)包括：固定飛艇的主獎(jiǎng)轉(zhuǎn) 速和偏航控制量，使飛艇進(jìn)入盤旋飛行狀態(tài)；當(dāng)飛艇的飛行高度的波動(dòng)值小于預(yù)設(shè)值時(shí)，即 認(rèn)為進(jìn)入穩(wěn)定盤旋飛行狀態(tài)。其中較優(yōu)的，獲取飛艇的地速、姿態(tài)信息和位置信息包括:通 過(guò)飛艇的艇載導(dǎo)航系統(tǒng)獲取所述飛艇的地速、姿態(tài)信息和位置信息。為了評(píng)價(jià)飛艇的飛行 性能，需要獲取的飛艇的飛行性能參數(shù)包括水平風(fēng)速、風(fēng)向、空速、偏航操縱性能參數(shù)和縱、 橫向穩(wěn)定性能參數(shù)。其中，該方法適用于估計(jì)平流層飛艇的飛行性能參數(shù)。
[0067] 當(dāng)飛艇進(jìn)入穩(wěn)態(tài)盤旋飛行時(shí)，空速大小保持不變，且會(huì)自動(dòng)進(jìn)入定高飛行狀態(tài)，定 高飛行時(shí)，可近似認(rèn)為風(fēng)場(chǎng)恒定，風(fēng)速、風(fēng)向保持不變。飛艇進(jìn)入盤旋飛行后，其風(fēng)速為(Wx, Wy),地速為(Vx，Vy)，穩(wěn)態(tài)盤旋飛行時(shí)可認(rèn)為航速(空速)也是常數(shù)，其大小為Va,具體的，所 述風(fēng)速、空速的計(jì)算過(guò)程包括:如圖3所示，根據(jù)所述風(fēng)速、空速和地速的關(guān)系建立第一圓方 程：
[0068]
( 1 )
[0069] 其中，（Vx，Vy)為艇載導(dǎo)航系統(tǒng)測(cè)出的地速，（Wx，Wy)為待估計(jì)的風(fēng)速，Va為待估計(jì)的 空速；
[0070] 利用盤旋飛行時(shí)測(cè)出的多個(gè)地速(Vxi，Vyi)，i = l，2,…，通過(guò)圓擬合算法，計(jì)算待 估計(jì)的風(fēng)速(Wx，Wy )和待估計(jì)的空速Va。
[0071] 其中，圓擬合算法是通過(guò)圓上的軌跡點(diǎn)來(lái)估計(jì)圓屯、位置和半徑的方法，一般圓的 曲線方程為
[0072] (x-x〇)2+(廠 y〇)2 二 r2 (2)
[0073] 式中，X、y為平面上X方向和y方向的軌跡坐標(biāo)，XO、yo為圓屯、的X坐標(biāo)和y坐標(biāo)，R為圓 的半徑。
[0074] 展開(kāi)后為
[0075] t 3 )
[0076]
[0077] (4)
[007引 則有
[0079] ax+by+c = x^+y^ (5)
[0080] 已知軌跡點(diǎn)(Xi，yi)，i = l ,n，由上式可構(gòu)造出最小二乘方程
[0081] (6)
[0082 ] 估計(jì)出a，b，C后，即可得到圓曲線參數(shù)（圓屯、位置和半徑）
[0083]
(7)
[0084] 公式（I)所述的第一圓方程與公式（2)所述的一般圓的曲線方程，參數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系 為，地速(Vx，Vy)對(duì)應(yīng)軌跡坐標(biāo)X、y，待估計(jì)的風(fēng)速(Wx，Wy)對(duì)應(yīng)圓屯、坐標(biāo)XO、yo，待估計(jì)的空速 Va對(duì)應(yīng)圓半徑R。則可按照上述步驟，通過(guò)地速(Vx，Vy)計(jì)算風(fēng)速(Wx，Wy)和空速Va。
[0085] 所W通過(guò)圓擬合算法，計(jì)算待估計(jì)的風(fēng)速(Wx，Wy)和待估計(jì)的空速Va的步驟包括：
[0086] A、通過(guò)多個(gè)地速(Vxi，Vyi)，i = l，2，…n，定義中間參數(shù)
[0087] Lt = IW，占=2，C = - (巧2 + 取乃
[0088] 胳吿'中?罵/K ~*肅下*趙《
[0089]
[0090] B、求解最小二乘方程，計(jì)算出a，b，c;
[0091] C、由a，b，c計(jì)算風(fēng)速(Wx，Wy)，空速Va。
[0092]
[OOW]因此，通過(guò)測(cè)出的多個(gè)地速（Vxi，Vyi)，i = l，2,…，W及第一圓方程
估算出風(fēng)速(Wx，Wy)和空速Va的值。此外，風(fēng)速是一個(gè)矢量， 根據(jù)風(fēng)速的正負(fù)也可W確定風(fēng)速的方向。
[0094]如圖4和圖5所示，在風(fēng)場(chǎng)環(huán)境下，盤旋軌跡曲線為擺線，而非閉合圓曲線，擺線相 當(dāng)于輪子滾動(dòng)時(shí)，輪緣所劃出的軌線。若W輪屯、為參照，輪緣相對(duì)于輪屯、的軌跡仍然是個(gè) 圓。其中較優(yōu)的，偏航操縱性能參數(shù)包括:所述飛艇的盤旋半徑、盤旋周期、盤旋角速度;所 述偏航操縱性能參數(shù)的計(jì)算過(guò)程包括：
[00M]根據(jù)所述飛艇的盤旋軌跡，建立第二圓方程
[0096] [ (X-Wxt)-xoo]2+[ (y-Wyt)-yoo]2 = R2 (8)
[0097] 其中，（Wx，Wy)為風(fēng)速，（xoo，yoo)為初始時(shí)刻圓屯、的位置，（x，y)為艇載導(dǎo)航系統(tǒng)測(cè) 出的飛艇位置，R為待估計(jì)的飛艇的盤旋半徑；
[009引從所述飛艇的盤旋軌跡上選取一系列點(diǎn)（Xi，yi，ti)，i = 1，2，…，通過(guò)圓擬合算法， 計(jì)算待估計(jì)的飛艇的盤旋半徑R。
[0099] 具體的，在估算出風(fēng)速(Wx，Wy)后，假設(shè)初始時(shí)刻圓屯、的位置為(xoo，yoo)，則時(shí)刻t， 圓屯、的位置(xo,yo)為
[0100]
(9)
[0101] 飛艇相對(duì)于圓屯、的位置也滿足一般的圓曲線方程
[0102] (x-x〇)2+(廠y〇)2二r2 (IQ)
[0103] 式中，X、y為平面上X方向和y方向的軌跡坐標(biāo)，XO、yo為圓屯、的X坐標(biāo)和y坐標(biāo)，R為圓 的半徑。
[0104] 將公式(9)代入上式，即可得到第二圓方程
[0105] (11)
[0106]
[0107] C 12 )
[0108] 得到如下的辨識(shí)方程
[0109] [X-x00]2+[Y-yoo]2 = R2 (13)
[0110] 取飛艇擺線軌跡上的某點(diǎn)為初始點(diǎn)，從軌跡上選取一系列點(diǎn)（Xi,yi，ti)，i = 1， 2,…，計(jì)算出(XiJi)，i = l，2,…，利用上述的圓擬合算法即可得到盤旋半徑R的估計(jì)。
[0111] 所述盤旋周期、盤旋角速度可W通過(guò)W下公式進(jìn)行計(jì)算：
[0112] (14)
[0113] (15)
[0114] 其中，O為盤旋角速率，Tcircle為盤旋周期。
[0115] 其中較優(yōu)的，所述縱、橫向穩(wěn)定性能參數(shù)包括所述飛艇的平均側(cè)滑角、瞬時(shí)側(cè)滑 角、平均攻角和瞬時(shí)攻角；
[0116] 所述飛艇的平均側(cè)滑角和瞬時(shí)側(cè)滑角通過(guò)W下公式進(jìn)行計(jì)算：
[0117] (16)
[0118] (17)
[0119] (18)
[0120] ( 19)
[0121] (20)
[0122] 其中，[K,X K:,。了為空速在導(dǎo)航坐標(biāo)系下的分量;[F； K, K 了為地速在導(dǎo) 航坐標(biāo)系下的分量，[WxWy 0]T為風(fēng)速在導(dǎo)航坐標(biāo)系下的分量，為空速 在體軸系上的分量，A(Cl) 1，01，如)為從導(dǎo)航坐標(biāo)系轉(zhuǎn)到體軸系的轉(zhuǎn)換矩陣，m為盤旋軌跡上 點(diǎn)的個(gè)數(shù)，1 = 1，2，。'，111，及為平均側(cè)滑角，|31為*1時(shí)刻的側(cè)滑角，^^。油氏.,6氏，油了為空 速在體軸系上的分量平均值，巧,姆為空速在體軸系上的y軸方向分量平均值，（Va,yb)i為ti時(shí) 刻空速在體軸系上的y軸方向分量。
[0123] 具體的，考慮到垂直方向的風(fēng)速很小，所W假設(shè)為零，由地速和風(fēng)速可得出空速在 導(dǎo)航系上分里（Va,X,Va,y,Va,Z)
[0124]
(21 )
[0125]設(shè)導(dǎo)航系到體軸系的姿態(tài)角為（(6,0, d))，將空速由導(dǎo)航系變換到體軸系
(22)
[01%]轉(zhuǎn)換矩陣A：：根據(jù)姿態(tài)角((6,0, d))通過(guò)下式計(jì)算得到
[0127]
;23)
[012引對(duì)盤旋軌跡上的每一個(gè)點(diǎn)，按照式(21)計(jì)算出（Va,yb)i，i = l，2,…，m。
[0129] 當(dāng)滾動(dòng)角d)較小時(shí)，