自动着陆精确轨迹跟踪控制
仪表着陆系统
第二章仪表着陆系统（8学时）选择题1、关于仪表着陆系统的功用下列说法正确的是：（A）A、它能在气象条件恶劣和能见度差的条件下给驾驶员提供引导信息保证飞机安全进近和着陆B、它可以使控制飞机自动跟踪仪表指示而安全着陆C、它可以指示方位角D、它是一种能独立地引导飞机至接地点的仪表低高度进场系统2、为了着陆飞机的安全，在目视着陆飞行条例（VFR）中规定，目视着陆的水平为：（B）A、能见度必须大于4.0km，云底高不小于300kmB、能见度必须大于4.8km，云底高不小于300mC、能见度必须大于4.8m，云底高不小于300mD、能见度必须大于4.8km，云底高不小于200m3、对决断高度的理解正确的是：（C）A、飞机到达看见跑道的最大允许高度B、驾驶员对飞机着陆或复飞作出判断的最大高度C、飞机到达看见跑道的最低允许高度D、以上都不对4、国际民航组织根据在不同气象条件下的着陆能力，规定（D）类着陆标准。
A、一类B、两类C、四类D、三类5、Ⅰ类着陆的跑道视距和决断高度如何规定：（A）A、跑道视距不小于800m，决断高度60mB、跑道视距不小于400m，决断高度30mC、跑道视距不小于200m，决断高度15mD、以上都不对6、Ⅱ类着陆的跑道视距和决断高度如何规定：（B）A、跑道视距不小于800m，决断高度60mB、跑道视距不小于400m，决断高度30mC、跑道视距不小于200m，决断高度15mD、以上都不对7、ILS系统包括几个分系统：（C）A、一个B、两个C、三个D、四个8、ILS中提供横向引导的是：（B）A、指点信标B、航向信标C、下滑信标D、VOR9、提供垂直引导的是：（C）A、指点信标B、航向信标C、下滑信标D、VOR10、提供距离引导的是：（A）A、指点信标B、航向信标C、下滑信标D、VOR11、驾驶舱仪表板上的电子水平姿态指示器（EHSI）的航向指针向右指，表示：（B）A、飞机在航向道的右边B、飞机在航向道的左边C、驾驶员飞左D、以上都不对12、驾驶舱仪表板上的电子水平姿态指示器（EHSI）的航向指针向左指，表示：（A）A、机在航向道的右边B、飞机在航向道的左边C、驾驶员飞右D、以上都不对13、若飞机在航向道上，偏离指示为：（C）A、指右B、指左C、零D、维持原指示14、驾驶舱仪表板上的电子水平姿态指示器（EHSI）的下滑指示器指针向上指，表示：（B）A、飞机在下滑面的上面B、飞机在下滑面的下面C、驾驶员向下飞D、以上都不对15、驾驶舱仪表板上的电子水平姿态指示器（EHSI）的下滑指示器指针向下指，表示：（A）A、飞机在下滑面的上面B、飞机在下滑面的下面C、驾驶员向上飞D、以上都不对16、若飞机在航向道上，偏离指示为：（C）A、指上B、指下C、零D、维持原指示17、下滑面和跑道水平面的夹角，根据机场的净空条件，可选择：（D）A、3～5°B、2～5°C、3～4°D、2～4°18、航向信标工作频率为：（A）A、108.10～111.95 MHzB、329.15～335MHzC、118.10～136.975 MHzD、75MHz19、下滑信标工作频率为：（B）A、108.10～111.95 MHzB、329.15～335MHzC、118.10～136.975 MHzD、75MHz20、指点信标工作频率为：（D）A、108.10～111.95 MHzB、329.15～335MHzC、118.10～136.975 MHzD、75MHz21、航向信标的保护点是指：（A）A、距离为46km，高度为1900m的地点B、距离为18.5 km，高度为760m的地点C、距离为18.5 m，高度为760km的地点D、距离为46km，高度为1900m的地点22、下滑信标的保护点是指：（B）A、距离为46km，高度为1900m的地点B、距离为18.5 km，高度为760m的地点C、距离为18.5 m，高度为760km的地点D、距离为46km，高度为1900m的地点23、机上天线接收的地面台发射信号，送到常规的单变频或双变频外差式接收机，输出信号为：（D）A、90Hz和150Hz导航音频B、1020Hz的台识别码C、地- 空通讯话音信号（300～3 000Hz）D、以上都包括24、机上天线接收的地面台发射信号，送到常规的单变频或双变频外差式接收机，其输出信号由（A）分离。
飞机通信与导航系统
利用陀螺仪和加速度计来测量和跟踪飞机 姿态、位置、速度等参数的自主导航系统 。
通过陀螺仪跟踪和测量飞机的角速度，加 速度计测量飞机加速度，经过计算得到飞 机的位置和速度信息。
优点
缺点
完全自主，不依赖外部信号，可在短时间 内提供高精度导航信息。
长时间使用误差累积，需要外部信号校准 。
无线电导航系统
无线电导航系统
缺点 易受卫星信号被遮挡或干扰影响， 需要加强安全保障措施。
工作原理 飞机接收来自卫星的信号，通过 测量信号传播时间和多普勒频移 等参数，计算飞机位置和航向。
优点 覆盖范围广，定位精度高，可靠 性较强。
03
飞机通信与导航系统的应 用
飞机起飞与降落
地面控制指令接收
飞机在起飞和降落过程中需要接收来自地面控制塔的指令，以确 保安全和正确的飞行轨迹。
3
航空移动卫星通信系统
通过卫星实现飞机与地面之间的语音和数据通信， 覆盖范围广泛。
卫星Hale Waihona Puke 信系统全球定位系统（GPS）
01
提供全球范围内的定位、导航和授时服务，用于飞机导航和着
陆。
格洛纳斯系统（GLONASS）
02
俄罗斯的全球卫星导航系统，提供定位、导航和授时服务。
伽利略系统（Galileo）
03
欧洲的全球卫星导航系统，提供定位、导航和授时服务。
惯性基准系统
利用陀螺仪和加速度计等惯性传感器，实时监测和修正飞行姿态、 位置和速度等参数。
卫星导航
利用GPS、GLONASS等卫星导航系统，提供高精度、实时的位 置和航向信息，提高飞行效率。
飞机紧急情况处理
紧急通信
在紧急情况下，飞行员需通过无线电与地面控制塔建立紧急通信联 系，报告紧急情况并请求援助。
自动控制的发展历史
3
I.前期控制(Early Control)(1400B.C. - 1900)
(0) 中国，埃及和巴比伦出现自动计时漏壶 (1400B.C. ~1100B.C.)。孙武著《孙子兵法》
(600B.统观念和实践(300B.C.)
(7) 美籍匈牙利人R. E. Kalman发表“On the General Theory of Control Systems”等论文，引 入状态空间法分析系统，提出能控性，能观测 性，最佳调节器和kalman 滤波等概念，奠定了 现代控制理论的基础(1960)
东华大学信息科学与技术学院 R.E. Kalman
9
II.经典控制前期(The Pre-classical Period)(1900-1935)
(1) 美国福特(Ford Motor)汽车公司建 成最早的汽车装配流水线(1913) (2) 美国N. Minorsky研制出用于船 舶驾驶的伺服结构，提出PID控制 方法(1922) (3) 美国MIT的Vannevar Bush研制成第一台大型模拟计算机 (Differential Analyzer)(1928)
23
(8) 苏联东方-１号飞船载着加加林进入人造地球卫星轨道，人类宇航 时代开始了(1961)
宇宙哥伦布-加加林
Capsule used in first manned orbit of earth
In 1961, the first human to pilot a spacecraft, Yuri Gagarin, was launched by the Soviet Union aboard Vostok I.
Lan J. Chu
(8) 美国W. Evans提出根轨迹法(Root Locus Method) (1948)，以单 输入线性系统为对象的经典控制研究工作完成。 (9) 多本有关经典控制的经典名著相继出版，包括Ed. S. Smith的 Automatic Control Engineering (1942)，H. Bode的Network Analysis and Feedback Amplifier(1945)，L.A. MacColl的Fundamental Theory of Servomechanisms (1945)，以及钱学森的《工程控制论》 (Engineering Cybernetics) (1954)
无人机控制系统介绍
雷达跟踪 无线电跟踪 直接估计
1 无人机控制系统的必要性
1.2.4 通信链路 上行
发送飞行路径数据并储存 人在回路时，实时发送飞行控制指令 发送控制命令至机载任务载荷和附属设备 发送相关位置更新信息到惯导/自动飞行控制系统
1 无人机控制系统的必要性
1.2 无人机系统组成
飞行器
控制站
通讯链路
有效载荷
• 飞行平台 • 动力装置 • 导航飞控 • 电气系统 • 电源系统
• 显示系统 • 接口系统 • 操纵系统 • 软件系统
• 图像传输 • 数字传输 • 机载系统 • 地面系统
• 通讯设备 • 图像设备 • 武器系统 • 其他设备
2 无人机控制系统指标与结构
机载部分 MTI姿态模块
三轴MEMS陀螺仪 三轴MEMS 加速度计 三轴磁阻传感器 DSP UART
主处理器
PWM PWM PWM PWM PWM
PWM
电机调速器 电机调速器
电机调速器
电机1 电机2
电机3
电机调速器 电机调速器 电机调速器
电机4 电机5 电机6
控制手柄
Xbee 通讯模块 遥控器 图像传输系统 接收机 2.4GHz
下行
发送有关飞机的位置信息到控制站 发送任务载荷图像和数据到控制站 发送飞机状态信息
1 无人机控制系统的必要性 1.3 无人机自主能力分级
美国公布的无人机自主能力分级图
1 无人机控制系统的必要性
1.3 无人机自主能力分级
• 制约无人机达到高级别自 主能力的因素： • 计算机技术（运算速度） • 通信技术（带宽和速度） • 人工智能技术（认知能 力、理论模型和计算方 法等）
飞行控制系统的设计
M e (s
Za )
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④在内回路传递函数 G&(s) 的基础上，写出外 回路的开环传递函数：
Gk (s)
K
y
G&(s)
s
s(T s
1)( s 2
K
y
K
M
e
(s
Z a
)
2 sp sps sp2 ) Ky&K Me (s
Z
a
)
画出整个系统随 Ky 变化的根轨迹。
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控和任务规划的功能。
飞行控制系统将逐渐完全替代驾驶员！
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6.2 飞行品质评价及品质规范
飞行品质 是保证驾驶员方便地驾驶飞机，顺利而精确完成 飞行任务的性能指标。
飞行品质规范 1. 评价飞行品质的标准 2. 是国家或部门统一制定的法律性文件 3. 规定系统总的性能要求和设计准则（包括系统设
31
⑤ 根据对整个系统（即外回路）的稳定性和性
能指标的要求，借助于整个系统随增益 Ky 变化 的根轨迹，选择适当的增益 Ky ，这样也就确
定了整个闭环系统的传递函数：
G
(s)
s
K
y
G&(s)
K
y
G&(
s)
⑥ 根据整个系统的设计要求，通过反复调整舵
回路的时间常数 T 和增益 K 以及控制增益Ky&、Ky
3. 通过控制手段改善飞行性能的要求——如利用主 动控制技术可扩大战斗机飞行包线；利用机动载 荷控制和放宽静稳定性可改善飞行品质和飞行性 能。
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6.1.2 飞行品质的评价标准
现代控制理论学习心得
经典现代控制理论只研究一个输入输出变量，且固定参数的定常系统。其数学基础是拉普拉斯变换，分析综合的方法为频率响应特性等。然而，即使传递函数相同，系统内部结构也可以不同。因此，用传递函数描述系统有时是不完整的。如果只知道端部状态，对于充分了解一个系统的运动状况和掌握系统的整体性质也是不够的。随着技术的进步，人们的目标也越高。这意味着人们要研究更复杂的系统。这样的系统里包含了更多相互作用的元素。对控制系统也有了更高的精确性和稳定性的需求。此外，还有其他方面的要求诸如：节能，降低成本，缩短操作时间等。优化以上这些指标的参数不可避免的要使用到非线性系统，优化现代控制理论需要使用到非线性时变控制规律。这些都是现代控制理论的研究目的。
现代控制理论的另一核心是最优估计理论（卡尔曼滤波）。它为解决飞行器控制中的随机干扰和随机控制问题提供一种有力的数学工具。卡尔曼滤波突破了维纳滤波的局限性，适用于多输入、多输出线性系统，平稳或非平稳的随机过程，在飞行器测轨-跟踪、控制拦截和会合等方面得到广泛应用。
二、发展过程20世纪50年代中期,科学技术及生产力的发展，特别是空间技术的发展，迫切要求解决更复杂的多变量系统、非线性系统的最优控制问题。实践的需求推动了现代控制理论的进步，同时，计算机技术的发展也从
关键词：现代控制理论；学习策略；学习方法；学习心得
在现代科学技术飞速发展中,伴随着学科的高度分化和高度综合,各学科之间相互交叉、相互渗透,出现了横向科学。作为跨接于自然科学和社会科学的具有横向科学特点的现代控制理论已成为我国理工科大学高年级的选修课和研究生的学位课。
从经典控制论发展到现代控制论，是人类对控制技术认识上的一次飞跃。经典控制论限于处理单变量的线性定常问题，在数学上可归结为单变量的常系数微分方程问题。现代控制论面向多变量控制系统的问题，它是以矩阵论和线性空间理论作为主要数学工具，并用计算机来实现。现代控制论来源于工程实际，具有明显的工程技术特点，但它又属于系统论范畴。系统论的特点是在数学描述的基础上，充分利用现有的强有力的数学工具，对系统进行分析和综合。系统特性的度量，即表现为状态；系统状态的变化，即为动态过程。状态和过程在自然界、社会和思维中普遍存在。现代控制论是在引入状态和状态空间的概念基础上发展起来的。状态和状态空间早在古典动力学中得到了广泛的应用。在5O年代Mesarovic教授曾提出“结构不确定性原理”，指出经典理论对于多变量系统不能确切描述系统的内在结构。后来采用状态变量的描述方法，才完全表达出系统的动力学性质。6O年代初，卡尔曼从外界输入对状态的控制能力以及输出对状态的反映能力这两方面提出能控制性和能观性的概念。这些概念深入揭示了系统的内在特性。实际上，现代控制论中所研究的许多基本问题，诸如最优控制和最佳估计等，都是以能能控性和能观性作为“解”的存在条件的。
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