摘要：舰载无人直升机是装备在舰船上的无人飞行器，主要用于执行战场侦察、电子对抗、炮火校正、瞄准打击、中继制导等危险任务[1]。舰载无人直升机具有重量轻、体积小、无人员伤亡、部署方便等优点，可在复杂的气象、海况条件下使用，且不受飞行人员体能消耗的局限。舰载无人直升机自主着舰是指无人直升机依赖机载的导航和控制系统来进行定位引导并最终控制其降落在舰船上的过程。自主着舰使无人直升机降低了对舰船辅助设备的要求，尤其在战场环境下，舰船遭受打击破坏时，更能体现出自主着舰具有的重要意义。
关键词：舰载无人直升机;自动起降;控制律;设计要点
中图分类号：V249
文献标识码：A
引言
舰载无人直升机具有配置方便、使用灵活、特别适合舰面起降等特点，具有其它无人飞行器无可比拟的优势，特别适宜于现代海军作战的需要。通过配装小型雷达、光电吊舱、目标指示器、中继制导、电子战等设备，可大幅度提高舰艇在海战中对高风险目标的突防侦察能力、通信导航中继能力、电子战对抗能力、联合作战能力。可以说，舰载无人直升机装备的发展已成为未来海上综合作战能力形成、提高和发挥的重要组成部分。为此，世界各军事强国无不对舰载无人直升机的研制给予极大的重视。虽然近年来我国在直升机的科研方面取得了不少成果，但应该看到，在无人直升机，特别是舰载无人直升机舰面起降控制律设计技术方面没有开展系统、深入的研究，基本上还处于起步阶段，与国外先进水平相比还存在较大的差距，亟待跟上世界舰载无人直升机的研制步伐。
1舰面自动起降控制要求
舰载无人直升机是一个非线性、强耦合系统，舰面自动起降过程的主控通道为总距通道，同时由于总距的变化会引起其它通道的耦合响应，在设计总距通道的控制策略时必须考虑其他通道的耦合影响[1]。舰面自动起降过程中，无人直升机的状态是在一个很小的范围内变化，考虑工程实际操作的可行性，在设计舰面自动起降过程控制时只考虑操纵耦合，忽略状态耦合的影响。控制系统设计过程中将舰载无人直升机分为五个控制通道，分别为纵向通道、横向通道、航向通道、高度通道和发动机通道。为了保证自动起降过程的安全，垂直起降过程对各通道的控制效果都提出了较高的要求。
2舰面自动起降控制方案
2.1舰面自动起飞控制方案
由于舰面运动的复杂性，舰载无人直升机在舰面起飞的过程较为困难，需要判断可以起飞的时机。通常甲板运动分为平移与转动两种，甲板平移时舰载无人直升机起飞会叠加平移运动，但因甲板的平移速度不大，对其影响不大。无人直升机起飞后，通过带速度反馈的位置控制，可消除起飞后的平移速度。但是，应尽量避免甲板转动时舰载无人直升机起飞，因为这会严重影响无人直升机的稳定性，危及起飞安全。在复杂海浪运动与大风环境下，甲板的转动通常可以分解为各种频率与振幅的正弦波叠加，可通过判断，于甲板在振荡零位时起飞，来尽可能地缓解甲板转动对舰载无人直升机自动起飞的不利影响[2]。舰载无人直升机舰面起飞时，航向通道闭环接通航向保持功能，即保持当前的机头航向;纵向与横向为姿态保持控制与位置保持控制，即保持舰载无人直升機当前的姿态与位置，忽略舰体运动造成的位置偏移;高度通道为爬升速率控制，在舰载无人直升机爬升到设定的安全高度后，高度通道切换为高度保持控制。
2.2舰面自动降落控制方案
相对于自动起飞过程，无人直升机自动降落过程更为困难。由于舰面运动的复杂性，直升机在舰面降落时需要判断可以降落的时机。根据甲板的平移与转动运动，直升机在选定降落点上方应跟随甲板运动，以达到直升机与降落点之间的相对静止;同时通过判断，在甲板振荡的短暂停止时降落，来尽可能地缓解甲板转动对无人直升机自动降落的不利影响。
舰载无人直升机整个自动降落过程主要可划分为着舰航线切入、降落窗口捕获、下滑段、过渡段、跟进悬停段和最后的降落段等组成，若在下滑段或过渡段判断不宜降落，则需要进行复飞，重新降落。自动降落的基本原则是先设计一个理想的降落轨迹，然后导引和控制无人直升机，使其跟踪理想轨迹降落。捕捉到舰船运动的平静期，并在舰船运动到最上方或最下方时，控制无人直升机至降落点上空稍加停顿，即刻进行垂直下降。高度通道接通下降速度控制，当直升机距离甲板一定高度时降低总距，减小油门，直升机由于旋翼拉力减小自动下降，当触地开关动作后，控制系统切断各通道控制，关闭发动机，启动系留装置。
2.3强化舰载无人直升机保障性设计
（1）开展以保障性设计为核心的通用质量特性
指标体系论证，加强舰载无人直升机保障性整体设计根据舰载无人直升机的类型、作战部队使用惯例、使用要求和使用特点，合理地选择战备完好性参数，例如：陆军直升机、海军直升机一般选用使用可用度作为战备完好性参数;而空军一般选用可执行任务率作为战备完好性参数。结合选定的战备完好性参数，加强可靠性、维修性和测试性参数的选择。加强上述参数与战备完好性、维修人力需求和保障资源需求的综合评估及论证。
（2）切实落实配套产品、部件的以保障性为中心的通用质量特性设计及考核
短时间内，各机载配套产品的技术性能无法得到大幅度的提高，影响装备的作战效能的关键因素已越来越集中在装备可靠性水平的高低、使用维护是否便利等方面，因此，加强产品的通用质量特性设计已迫在眉睫;加强配套产品/部件的通用质量特性设计及考核，将通用质量特性设计考核纳入核心设计指标体系，切实提高配套产品、部件和整机的通用质量特性设计水平。
（3）加强舰载无人直升机基于状态维修的产品及保障性设计
目前，国内部分直升机已加装综合性HUMS系统作为航电、机电和动部件等产品的状态指示器，但是现有的HUMS系统往往仅起到状态记录的作用，无法为基层级维修切实地提供故障报表及维护建议。为了进一步地提升基层级维修保障能力，应在产品设计初期提前明确其基于状态维修的设计要求并通过试验不断地完善相关设计，以明确各种产品的故障特征参数，使HUMS系统真正地能够为2级维修保驾护航。
2.4六自由度舰船运动
舰船六自由度运动预估是着舰引导中十分重要的技术，在获得当前舰船位姿参数情况下，能较为准确地预测位姿变化是安全着舰的前提，以便于直升机调节自身姿态、匹配舰船运动实现平稳着舰。当前主要有卡尔曼滤波预估法、粒子滤波预估法、时间序列预估法等。卡尔曼滤波预估法虽然能够处理噪声情况，然而在实际应用中很难精确得到甲板运动的数学模型。粒子滤波预估法能够处理含量测噪声的情况，但仍然需要甲板运动数学模型，且计算复杂，实时性不高。时间序列法不依赖甲板运动本身的数学模型，采用最小二乘法对模型参数进行辨识，通过对多种模型作选择的判别方法准则对模型进行定阶从而得到预报模型，进而可进行递推预报。
结束语
综上所述，对舰载无人直升机自动起降控制律的设计和仿真分析表明采用本文的控制方法是可行、合理的。该控制律设计具有构建方便、参数整定简单等特征，是一种值得在实际工程应用中推广的设计方法。
作者简介：霍鹏飞1982年06月28日，男，河南巩义人，学历：硕士研究生 现有职称：工程师，研究方向：直升机飞控系统设计
参考文献
[1]王崑玉.直升机飞行控制系统[M].北京：蓝天出版社，1991.
[2]唐永哲.直升机控制系统设计[M].北京：国防工业出版社，2000.
[3]阳再清，薛艳峰，刘关心.舰载无人直升机系统设计中几个问题的思考[J].直升机技术，2017（4）：47–50.
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