Горизонтального полета

  О решении задач навигации и наведения вертолета или БЛА на наземный объект

    При решении задачи доставки ОС на наземный объект с заданными координатами возникает вариационная задача об оптимальной пространственной траектории полета ЛА по некоторому критерию (полет в кратчайшее время, полет с минимальным расходом горючего или другого источника энергии и т.д.) [14]. Обычно на практике эту сложную задачу разбивают на две более простые вариационные задачи, которые можно решать независимо друг от друга или последовательно: задачу об оптимальном маршруте и задачу об оптимальном профиле полета.

     Приведем задачу определения маршрута и профиля полета ЛА. Пусть дана некоторая пространственная траектория полета ЛА (в частности, БЛА). Соединив точки траектории ЛА с центром Земли, получим некоторую коническую поверхность, линия пересечения которой с поверхностью Земли и называется маршрутом полета. Функциональная зависимость высоты полета ЛА над поверхностью Земли от дальности полета на развертке конической поверхности называется профилем полета ЛА.

     Такая возможность разбиения сложной задачи об оптимальной пространственной траектории на две вышеуказанные задачи объясняется следующими положениями.

Во-первых, во многих случаях маршрут полета и его профиль влияют на критерий полета независимо друг от друга. Если, например, критерием оптимизации траектории является минимальное время полета или минимальный расход горючего (или аккумуляторного источника энергии), то из соображений симметрии очевидно, что при соответствующих начальных условиях обоим критериям соответствует полет по кратчайшему маршруту в плоскости главной ортодромии, которая проходит через начальный и конечный пункты. Ортодромия есть дуга большого круга на сфере. Если кратчайшее расстояние между двумя точками определяется по прямой, то кратчайшее расстояние на сфере при пересечении ее плоскостью определяется дугой большого круга. В этом случае определение профиля полета сводится к решению вариационной задачи движения ЛА только в вертикальной плоскости. Чтобы осуществить движение по кратчайшему пути вводят ортодромическую систему координат, часто используемую в навигации, которая выбирается так, чтобы движение ЛА оказалось по экватору (или вблизи экватора). Динамика объекта сопровождается ошибками (так как в общем случае движение ЛА происходит не на экваторе), и, следовательно, возникает дополнительная задача компенсации этих ошибок.

Во-вторых, кроме основных критериев оптимизации траектории часто существуют некоторые ограничения. При этом ограничения на маршрут полета и его профиль обычно оказываются разными.

Так, например, если маршрут полета ЛА должен проходить вне определенных населенных пунктов, выбирают некоторые контрольные промежуточные пункты (ориентиры) с известными координатами, через которые прокладывают маршрут.

В таком случае кратчайший маршрут будет состоять из частных ортодромий, проведенных через начальную, промежуточные и конечную точки. Маршруты, сильно отличающиеся от главной ортодромии, могут быть сразу исключены. Тогда для оставшихся маршрутов можно решать задачу оптимального профиля, то есть определить локальные оптимальные решения, сравнение которых позволяет найти глобальное оптимальное решение.

    В данной работе рассматривается вопрос об обеспечении полета ЛА (БЛА) по маршруту и применение ОС, а задачи об оптимальной скорости и профиле полета БЛА выходят за рамки данной работы. Поэтому будем считать, что полет ЛА осуществляется с постоянной воздушной скоростью на постоянной высоте (на разных высотах из возможного диапазона высот для данного БЛА).

При решении задачи доставки ОС на наземный объект целесообразно использовать систему комплексного наведения (ее алгоритмы и подсистемы) не только на конечном этапе полета, который начинается с момента обнаружения объекта встречи с борта носителя (БЛА), но и на этапах полета к некоторым контрольным промежуточным пунктам - ориентирам. В связи с этим представляет интерес программирование движения ЛА (вертолета, БЛА), обеспечивающего полет по выбранному маршруту и встречу ОС с объектом встречи (целью).

На векторной схеме задачи прицеливания при бомбометании с горизонтального полета (Рис.2.1 !!!!) приняты следующие обозначения с учетом предположения, что цель неподвижна:

О, Цель (ОТ) – положения БЛА и цели (О Target) в момент сбрасывания ОС;

D_ц – расстояние между БЛА и целью (О Target) в момент сбрасывания ОС;

H_р – высота полета БЛА над уровнем точки падения ОС; 

      v – воздушная скорость БЛА;

      w – путевая скорость БЛА;

      U - скорость ветра в предположении, что U ( H ) = const;

      α₀ – угол сноса;

      А – относ;

     Δδ – линейное отставание ОС (в частности, АБ);

Рис.2.1 Векторная схема задачи прицеливания при бомбометании с   горизонтального полета

  БПЛАv, ОСv – положения БЛА и ОС при отсутствии ветра;

БПЛАw, ОС – положения БЛА и ОС при ветре;

 ЛП – линия пути (линия, проходящая вдоль вектора путевой скорости w);

 ЛР – линия разрывов (линия, проходящая через точку падения ОС параллельно линии пути);    

- вектор промаха с компонентами Δx, Δz в горизонтальной плоскости XO ' Z.