51、基于航点的飞机导航、制导与控制的软件在环（SITL）仿真

基于航点的飞机导航、制导与控制的软件在环（SITL）仿真

1. 引言

自动驾驶系统对航空发展至关重要，它有助于改进导航程序、飞行管理和飞机控制。该系统可将诸如俯仰、滚转或航向等参数维持在给定的设定点。飞机上的传感器提供当前飞行参数，如俯仰、滚转和偏航，自动驾驶仪将这些参数与设定点进行比较以计算误差，然后通过PID控制器估算要提供给执行器的控制信号。

目前，航空领域尤其是无人机，通常通过预先规划的路线将飞行器从起始位置导航到目的地。为此，飞行器配备了机载计算机，其中包含飞行管理系统（FMS）和飞行控制系统（FCS）。FMS给出到达目的地所需的当前飞行参数的期望值，FCS则为控制执行器提供必要的控制输入。导航过程在FMS内完成，它利用指定路线的属性来确定飞行中任何时刻所需的飞行参数。

航点导航是通过基于视线（LOS）计算航向实现的，这涉及起始点和目的地的纬度和经度的反正切关系。半正矢关系在推荐系统中用于查找最近的航点。本文使用MATLAB Simulink和X - Plane的接口，研究并实现了基于航点的飞机导航、制导与控制。同时，也实现了向X - Plane发送数据以及将SITL仿真用作测试平台。

固定翼飞机导航的主要挑战在于起飞和降落过程，本文的主要目标就是解决这一问题。为此，本文介绍了使用在Simulink中设计的自动驾驶仪对固定翼飞机进行航点导航的方法，并将飞行轨迹分为“起飞与巡航”和“下降与降落”阶段进行SITL仿真。

本文的工作目标如下：
- 在MATLAB Simulink中为Cessna 172 Skyhawk飞机模型设计自动驾驶仪。
- 通过以太网电缆使用UDP通信将Simulink与X - Plane连接