1.一种基于物理域模型的无人机舰载起降半实物仿真系统,其特征在于,包括:首先,在X-Plane11平台上建立舰载无人机模型和舰船模型,通过面元法和叶素法解算出舰载无人机和舰船的姿态和位置,发送至飞行控制计算机;飞行控制计算机经过控制律的解算,得到舰载无人机模型的舵量和油门控制量,并同时发送至X-Plane11平台和缩比样机;然后,X-Plane11平台按照舰载无人机模型的舵量和油门控制量,全流程仿真起飞、模态切换、盘旋和降落过程;同时缩比样机按同样的舵量和油门控制量变化进行舵面的偏转、电机的转动,保持缩比样机的动态与舰载无人机模型仿真运行的动态相同;最后,地面控制站实时监测舰载无人机模型在飞行过程中的位置、姿态、速度、舵面偏角、电机的油门和电机转速状态量;所述的控制律根据不同机型设计不同控制通道,各控制通道又分为内环和外环,内环完成姿态控制;外环完成位置/速度控制;内外环均采用串级PID控制器;所述的PID控制器结构如下:u(k)=K(u p (k)+u i (k)+u d (k))其中,u p (k)为PID控制器的比例项,k p1 为第一个比例环节增益,e(k)为误差项,P div 为比例项误差阈值,k p2 为第二个比例环节增益;u i (k)为PID控制器的积分项,k i 为积分环节增益,T为微分项时间常数,ε为积分项误差阈值;u d (k)为PID控制器的微分项,k d 为微分环节增益,y(k)为微分项当前数值;u(k)为PID控制器的控制量,K为总系数;所述的不同舰载无人机机型对应不同的控制律,具体为:对于四旋翼机型,控制律设计包括纵向外环高度控制-内环俯仰角控制;航向外环航向距离/速度控制-内环航向角控制;横向外环横向距离/速度控制-内环滚转角控制;对于固定翼机型,控制律设计包括纵向外环高度-内环俯仰角控制;航向水平位置/航向控制;横向外环侧偏距离-内环滚转角控制;以及空速控制;对于复合式机型,对应不同飞行模态,控制律为四旋翼机型和固定翼机型的组合;对于直升机机型,控制律设计包括纵向外环高度控制-内环俯仰角控制;航向外环航向距离/速度控制-内环航向角控制;横向外环横向距离/速度控制-内环滚转角控制。
2.如权利要求1所述的一种基于物理域模型的无人机舰载起降半实物仿真系统,其特征在于,所述的舰载无人机模型发送的数据包括:无人机的三轴位置、姿态角、三轴速度和三轴加速度;舰船模型输出的数据包括:舰船的航向、位置、速度和甲板高度。
3.如权利要求1所述的一种基于物理域模型的无人机舰载起降半实物仿真系统,其特征在于,所述的飞行控制计算机和缩比样机为实物。
4.如权利要求1所述的一种基于物理域模型的无人机舰载起降半实物仿真系统,其特征在于,所述的舰载无人机模型要降落在舰船模型的甲板上时,远距离时,舰载无人机模型先自主跟随舰船模型运动,舰船模型的速度信息和航向信息,通过链路传输给飞行控制计算机,并作为舰载无人机模型期望速度的控制以及航向信息的输入,舰载无人机模型按照期望的速度和航向逐渐接近舰船舰载;舰载无人机模型与舰船模型间的相对距离计算公式如下:其中: d表示舰船模型的甲板和舰载无人机模型的相对距离;R为地球半径;φ 1 表示舰船模型的甲板的纬度,φ 2 表示垂直起降舰载无人机模型的纬度;Δδ表示舰载无人机模型与舰船模型的甲板两者经度的差值;通过相对距离结合时间计算二者的相对速度,对舰船模型的速度进行估算,近距离时,飞行控制计算机控制舰载无人机模型减速,调整舰载无人机模型的速度与舰船模型的速度一致,从舰船模型的侧后方逐渐接近,舰载无人机模型通过导航减少侧偏距,与舰船模型运动方向保持一致进行跟随,降低高度。
5.如权利要求4所述的一种基于物理域模型的无人机舰载起降半实物仿真系统,其特征在于,所述的下降过程中,舰船模型甲板预设的靶标到达舰载无人机模型的视觉捕捉点附近时,舰载无人机模型引入视觉导航,引导无人机降落;视觉导航在舰载无人机模型降落近地段5-10m高度处进行辅助引导从而提高降落精度。