技术领域
[0001] 本发明属于飞行器技术领域，具体涉及一种定向打击航路规划方法。
相关背景技术
[0002] 飞行器航路规划的目的是找到能够保证飞行器顺利完成飞行任务的最优或者满意的航路。战场信息瞬息万变，在获得目标位置时，需要为飞行器规划攻击航路以抵近并攻击目标。对于特殊目标，对飞行器的攻击方向有严格的要求，传统的航路规划方法所生成的定向打击航路没有考虑当前飞行器的飞行航向，飞行器在制导飞行时存在一定的风险，且航路的总距离可能过长。为了保证飞行器制导过程的安全性和抵近目标的快速性，急需一种针对固定翼飞行器考虑初始航向的定向打击航路规划方法。
具体实施方式
[0032] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0033] 本发明要解决的技术问题是固定翼飞行器定向打击航路规划。为解决上述技术问题，本发明提供一种考虑初始航向的定向打击航路规划方法，如图1所示，具体包括以下内容：
[0034] （1）坐标系定义；
[0035] 地心直角坐标系OExEyEzE（简称ECEF系）：原点OE位于地心处，OExE轴在赤道平面内指向子午线，OEzE轴垂直于赤道平面指向北极，OEyE轴垂直于OExEzE平面并构成右手坐标系。
[0036] 经纬高坐标系 （简称LBH系）： 轴为地心指向目标的方向， 轴垂直于赤道平面指向北极，大小为地心与目标的连线在赤道平面的投影与 轴的夹角（东经为正）， 轴垂直于 平面构成右手坐标系，大小为地心与目标的连线以及其在赤道平面内的投影的夹角（北纬为正）。
[0037] （2）坐标系之间的转换；
[0038] ECEF系到LBH系：
[0039] （1）
[0040] （2）
[0041] （3）
[0042] （4）
[0043] （5）
[0044] （6）
[0045] （7）
[0046] （3）数学模型；
[0047] i. 飞行器获得定向打击指令以及目标经纬高（λT,ψT,HT）和打击方位 ，开始定向打击航路规划。飞行器当前具有经纬高（λp,ψp,Hp）和飞行航向 。飞行器的转弯半径 约束为 ，设置攻击航段的距离L和缓冲距离L’，期望飞行高度H；表示最小转弯半径；
[0048] ii. 通过公式（1）和（2）分别计算出飞行器当前的ECEF系坐标（XpE,YpE,ZpE）（下标E代表在ECEF坐标系下)；
[0049] iii. 根据目标位置和打击方向，计算攻击航段以及攻击航段的起点和终点。
[0050] iv. 计算由圆弧‑直线‑圆弧构成的dubins航线，如图3所示，飞行器将按照该航线# #飞向攻击航段。根据当前航向、打击方向和转弯半径r，计算1和3圆弧段所在的圆心位置o1#
（Xo1,Yo1）和o2（Xo2,Yo2），根据向量o1o2和转弯半径r可以计算出直线航段2的方向和长度# #
L2，进而得到1和3圆弧段的弧度a1和a2，至此dubins航迹已经得到，即飞行器从当前位置以转弯半径r飞过圆心为o1、弧度为a1的圆弧；之后，飞过长度为L2的直线段；最后，以转弯半径r飞过圆心为o2、弧度为a2的圆弧。此时已经进入攻击航路。如图2所示。
[0051] v. 由dubins航路反算航点，首先为第一段圆弧航段设计航点，将该圆弧航段分为n段90°的弧和一段小于90°的弧，如图3中区域1和区域2为90°的圆弧，区域3为小于90°的圆弧。航点①和航点②为90°圆弧对应的航点，航点前后均有转弯半径r，即航点①距离飞行器距离为r、方向为飞行器当前航向 ，航点②距离航点①距离为2r，方向为 +90°。航点③为弧度 对应的圆弧，根据几何关系可以得出航点③与航点②之间的距离为r*(1+tan( /2))。
[0052] 接下来为第二个圆弧航段设计航点，与第一段圆弧的设计方法相同，得到航点④和航点⑤，顺着目标的方向延长L+L’+ r*(1+tan( /2))，规划出⑥，航段⑤⑥即为攻击航段，为了能够多次进入攻击航段，设计航点⑦、⑧和⑨，与航点⑥组成(L+L’)*(r+r)的迂回圈。考虑初始方向的定向打击航路点①‑⑨至此结束。
[0053] vi. 将ECEF坐标系下的航点①‑⑨，根据公式(1)(2)计算LHB坐标系下的经纬高（λ①,ψ①,H①）‑（λ⑨,ψ⑨,H⑨）。
[0054] 实施例：
[0055] 一种考虑初始航向的定向打击航路规划方法的实现，在具体实施中，按以下步骤实现：
[0056] 1）：开始，设置转弯半径r，攻击距离L，缓冲距离L’；
[0057] 2）：将目标的经纬高坐标（λT,ψT,HT）和飞行器当前具有经纬高（λp,ψp,Hp）转换至ECEF系坐标（XTE,YTE,ZTE）和（XpE,YpE,ZpE）；
[0058] 3）：计算由圆弧段‑直线段‑圆弧段组成的dubins航线。
[0059] 4）：由dubins航线反算ECEF系坐标下航点。
[0060] 5）：将ECEF系坐标下航点转换至LHB坐标系下；
[0061] 6）：输出航路点的经纬高坐标至飞行器，结束。
[0062] 某次飞行任务中，目标距离飞行器当前位置大约5000米，飞行器的经纬高为（124.485860°，47.518176°，317m），目标点的坐标为（124.544018°，47.513211°，167m），最小转弯半径450m，攻击距离2000米，缓冲距离350米，打击航向为40°，如果当前航向为40°、0°、‑40°，规划定向打击航路。如图4（a）是本发明实施例40°初始航向规划的航线的结果图。
图4（b）是本发明实施例0°初始航向规划的航线的结果图。图4（c）是本发明实施例‑40°初始航向规划的航线的结果图。图中，米字符号为飞行器当前位置，三角符号为目标位置，小圈为所规划的航点，十字符号和圆圈符号分别为dubins航线第一个圆弧航段和第二个圆弧航段所在圆的圆心。从图中可以看出，对于不同初始航向，均可规划出合适的过渡航段引导无人机进入打击航段，体现出所公开航路规划方法的初始航向适应性。
