航母(AircraftCarrier)是衡量国家综合实力的象征之一。20世纪90年代以来的几次世界局部战争都表明，航母在现代战争中发挥了极其重要的作用。以航母或特殊舰船为起落基地的飞机称为舰载机(Carrier-BasedAircraft)。航母能够搭载数十至上百架不同机种的舰载机，它们与航母形成航母航空联队，具有宽广的作战使命和很强的攻击和生存能力，能够实施远距离攻击、制空制海、对陆对海打击以及反潜作战等重要任务。舰载机包括有人驾驶和无人驾驶舰载机，也包括固定翼和旋翼舰载机，本文中的舰载机特指有人驾驶固定翼舰载机，这也是当前应用最多的一种。当然，文中所述的自动着舰系统(AutomaticCarrier Landing System, ACLS) 也可应用于舰载无人机。
自1911年1月18日，美国飞行员EugeneEly驾驶飞机在美国“宾夕法尼亚”号(USSPennsylvania) 巡洋舰上进行了首次降落，舰载机的发展已走过了百年历史，大致经历了螺旋桨舰载机、喷气式舰载机(如美国F-8战斗机)、综合舰载机群(如美国F-14A、F/A-18舰载机)以及常规舰载机与垂直/短矩起降舰载机(如美国V-22“鱼鹰”倾转旋翼机)并存等发展阶段。初期，由于人工着舰事故率比陆基飞机约高3~6倍，而着舰失败率又占总失误率的85%，其中黑夜又比白天大2倍；而现代作战多在夜间行动，时段限制和不利气象往往是作战的最佳时机。因此，现代战争中要求舰载机具有全天候作战能力。为此，美国海军在20世纪70年代开发了全天候着舰引导系统(AllWether Carrier LandingSystem，AWCLS)，它是一种以自动着舰为主要模态的组合引导系统。AWCLS系统一般由3种工作模态组成：全自动模态、联合半自动模态和舰面控制进场模态。ACLS系统是AWCLS系统的必要组成部分，它能够在无飞行员操纵情况下进行着舰，从而减轻飞行员工作负担，提高着舰安全和作战效能。然而，现役舰载机和ACLS系统的相关文献资料相当匮乏。
中国作为海洋大国，正向海洋强国迈进。中国海军肩负着保卫领土、领海和巨大海洋资源的神圣使命。2011年8月，中国海军通过改装前苏联“瓦良格”号航母，使中国成为第十个拥有航母的国家。2012年9月，中国首艘可以搭载固定翼飞机的航母--“辽宁舰”加入中国海军序列。2012年10月，歼15舰载战斗机在辽宁舰上成功实现触舰复飞。2012年11月，歼15舰载战斗机在“辽宁舰”上首次成功完成起飞与着舰。随着中国舰载机人工着舰的成功试验，自动着舰系统的研制迫在眉睫，尤其自动着舰引导与控制技术亟待得到深入研究和攻克。自“八五”计划开始，海军航空工程学院、南京航空航天大学、哈尔滨工程大学、北京航空航天大学和西北工业大学等科研高校和院所就已开展了舰载机技术研究。尤其是南京航空航天大学飞行控制实验室研究团队在舰载机引导与控制技术领域的研究已逾20年，研究成果曾获得国防科学技术奖，在国内率先出版了十余部相关著作，承担了中国首批舰载机飞行员的理论培训任务，为中国相关科研人员和工程技术人员提供了强有力的技术参考。
本文通过总结数十年来舰载机自动着舰技术的发展历程，分析舰载机着舰引导与控制关键技术，在总结现有研究成果的基础上，展望未来发展趋势，从而为中国航母和舰载机事业贡献力量。本文内容如下：①概述自动着舰系统的发展历史、设计规范和工作原理；②分析自动着舰引导与控制的关键问题；③详细概述引导与控制关键技术的研究现状；④总结并展望了研究工作。
1自动着舰系统概述
1.1着舰系统发展历程
舰载机着舰系统从最初的人工着舰方式，先后发展了镜面光学助降系统(MirrorOptical Landing System，MOLS)、菲涅尔透镜光学助降系统(FresnelLens Optical Landing System，FLOLS)、全天候电子助降系统(即雷达引导系统)和导航卫星助降系统。美国海军一直在进行航母适配性试验，并开发未来着舰系统，包括改进菲涅尔透镜着陆系统(ImprovedFresnel Lens Optical Landing System，IFLOLS)、远距离布阵系统(Long-RangeLineup System，LRLS)和“艾科尔斯”改进型光学助降系统(ImprovedCarrier Optical Landing System，ICOLS)等。
1965年，美国海军成功研制了第一代自动着舰系统(AN/SPN-10，随后改进为AN/SPN-42)。20世纪70年代，美国发展了仪表/微波着舰系统(AN/SPN-41)。然而，早期的ACLS系统仅能辅助人工着舰系统，在着舰最后阶段仍然需要采用光学助降系统与ACLS系统共同引导并由舰载机飞行员主控的方式进场着舰。20世纪80年代初，美国率先实现了真正意义上的全自动着舰。1984年6月，ACLS系统AN/SPN-42的改进型AN/SPN-46系统在F/A-18A舰载机上通过了相关认证，正式装备美国海军。对F/A-18E/F舰载机AN/SPN-46(V)ACLS系统的测试结果表明，AN/SPN-46(V)ACLS系统能够在模式I下实现完全自动进场着陆。进入20世纪90年代后，全球定位系统(GPS)可进一步提高自动着舰系统的精度，并逐渐取代跟踪雷达；由此定义了新的自动着舰需求：快速部署、恶劣天气、不利地形、昼夜、高存活、可移动的精确进场和着陆。针对该需求，美国国防部于1996年5月正式提出联合精密进近着陆系统(JointPrecision Approach and Landing System，JPALS)研究计划，利用差分GPS系统引导着舰。2001年4月，F/A-18A飞机进行了差分GPS引导的着舰测验，从导航传感器误差、飞行控制误差和系统误差数据中验证了JPALS系统在舰载机着舰引导中的可行性。
此外，由于雷达引导系统设备庞杂，易受电磁干扰，利用光电探测进行自主着陆/着舰已成为当前的研究热点。随着计算机视觉技术的兴起，产生了一种有效的舰载机着舰引导新方法--视觉引导。其原理是从图像中获取照相机和舰船的位姿关系，并在序列图像中跟踪舰船运动，具体步骤包括：图像舰船目标检测、目标匹配和位姿估计和目标跟踪等。但其缺陷在于：要求在图像中确实存在舰船目标，且视觉精度受能见度低和高等级海况环境影响，难以单独使用。针对恶劣环境下的舰载机着舰引导问题，文献[22]组合配置了前置红外系统、惯性导航系统和无线电测高传感器，应用了牛顿迭代算法、Kalman滤波和小波变换技术实时估计飞机距离舰船跑道的位置、姿态、速度以及舰船甲板运动。
1.2着舰模态与进场着舰规范
全天候着舰模态包括Ⅰ、ⅠA、Ⅱ、Ⅲ4种工作模态：①模态Ⅰ：ACLS系统引导，舰上精密跟踪雷达截获飞机后，可直接引导飞机实现全自动着舰；②模态ⅠA：类似于模态Ⅰ，不同之处是按模态Ⅰ飞行至离舰约3/4n mile时，降级为菲涅尔透镜FLOLS人工目视着舰；③模态Ⅱ：仪表着舰系统(InstrumentLanding System，ILS)引导，在驾驶舱内利用指针仪表或平显仪的指示，即利用ACLS系统所提供的误差信号，进行手控着舰，将飞机引导至离舰约3/4n mile处转入FLOLS着舰；④模态Ⅲ：舰上控制进场系统(CarrierControlled Approach，CCA)引导，飞行员通过舰上控制台操作员的指令信息完成着舰任务。
上述模态之间的关系描述如下：
当模态Ⅰ正常工作时，模态Ⅱ与模态Ⅲ成为模态Ⅰ工作时的监控设备。当驾驶员发现模态Ⅰ工作时若飞机不在安全区内，则接管飞机由模态Ⅱ执行半自动进场。在模态Ⅱ工作状态下，若飞机超出安全区，则驾驶员接收到已工作在模态Ⅲ的指令，并按模态Ⅲ手控着舰。模态Ⅰ与模态Ⅱ可单独工作；但当AWCLS在零决策高度及零能见度条件下着舰时，两系统同时工作。为了保证舰载机的安全着舰，着舰过程中的各工作模态间需要进行实时转换；并根据各个工作模态的安全区范围，设计着舰模态转换逻辑。为了抑制模态转换过程中出现的瞬态响应，设计了舰载机着舰多模态转换技术，确保模态间快速平滑转换，进而有效降低撞舰概率。
20世纪50年代，美国海军航空系统司令部采纳了一系列设计规范，如进场着舰规范(CarrierApproach Criteria, CAC)，并在联合军种规范指南(JointService Specification Guide，JSSG)中进行了系统定义，这些定义适用于联合打击战斗机计划(JointStrike Fighter，JSF)，也可应用于JSF联合模型规范(JointModel Specification，JMS)。AircraftRecovery Bulletins系列期刊也发表了舰船回收飞行器的各种规范要求。
此外，美国海军航空作战中心飞机处(NavalAir Warfare Center Aircraft Division)的Rudowsky等综述了舰载机进场着舰标准与规范，主要指标包括着舰速度、飞行品质、油门响应、复飞和逃逸、下滑道转移机动等性能要求。完整着舰过程包括进场下滑和着舰拦阻两个阶段。下滑段的安全准则包括：变轨机动、视野准则、飞行品质和油门响应要求等；拦阻过程中对安全性影响最大的是着舰下沉速率和拦阻距离，这两条准则可作为拦阻段的参数适配依据。着舰参数的适配特性是影响舰载飞机着舰安全性的重要因素之一。着舰参数是指航母和舰载机预先设定的典型参数，包括着舰质量、着舰速度、下滑角、拦阻索的最大拦阻力等。文献[26]依据文献[3]中的着舰安全准则，建立了确定着舰参数适配包线的数学解析方法。着舰下沉速率的限制范围为2~6m/s，下滑角一般取3°~4°。在着舰性能评估方面，通常采用着舰轨迹跟踪偏差的均方根体系；文献提出了基于二阶性能模型的着舰性能评估方法。
值得一提的是，杨一栋等归纳总结了着舰环境及着舰误差规范、自动着舰飞控系统设计规范、自动着舰制导系统设计规范以及ACLS系统总体试验与验证规范，可作为ACLS系统工程设计应遵循的准则。
1.3自动着舰系统基本架构与工作原理
ACLS系统一般由舰载子系统及机载子系统两部分组成，基本结构如图1所示。舰载子系统通常包括跟踪雷达、稳定平台、高速通用计算机、显示设备、数据链编码/发射机、数据链监控器和飞行轨迹记录仪等。其中，跟踪雷达用于测量机舰相对位置关系；高速通用计算机用于计算引导指令；陀螺稳定平台(含加速度计)通过测量舰体运动，以消除舰船运动对着舰的扰动。机载子系统通常包括数据链接收机、接收译码器、自动驾驶仪耦合器、自动飞行控制系统(AutomaticFlight Control System，AFCS)、自动油门控制系统(AutomaticThrottle Control System，ATCS)或自动动力补偿系统(AutomaticPower Compensation System，APCS)和雷达增强器等。
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| 图1自动着舰系统 (ACLS)的基本架构 |
ACLS系统的工作原理描述如下：
1)跟踪雷达测量：雷达由航向和下滑天线向飞机着舰方向发射左右及上下扫描波束，测得以雷达天线为原点的球坐标系中的飞机位置。
2)数据稳定处理：由引导计算机把雷达测得的飞机数据转换到由距离、高度和横向位置组成的笛卡尔坐标系，并将坐标原点设置在理想着舰点位置。
3)稳定平台测量：靠近雷达天线的稳定平台感受航母甲板运动，并将测得的航母甲板运动信息送入引导计算机。
4)甲板运动补偿：将飞机位置建立在稳定水平坐标系(惯性坐标系)中，该坐标系利用了舰体欧拉角，并消除了舰船甲板运动对惯性空间内飞机位置测量的影响。
5)飞机基准轨迹生成：飞机是沿着基准下滑轨迹着舰的，该轨迹是一条基于飞机重心或基于飞机尾钩的理想下滑道。
6)飞机轨迹误差计算：纵向通道按照机舰相对距离及下滑角计算出高度指令信号，并与实际高度比较得到高度误差信号；侧向通道将测得的飞机横向位置与航母甲板中心线位置进行比较，得到横向侧偏信号。
7)飞机导引律计算：根据轨迹导引动特性要求并考虑抗甲板运动和抗雷达电子噪声等因素，对轨迹误差进行滤波、限幅微分、积分等处理，按照导引律产生俯仰角和滚转角控制指令，然后形成数据链发送至飞机，送入机载AFCS系统，引导飞机跟踪下滑道。
8)飞机动力学信息测量：测量飞机的三轴姿态角及角速率、飞行速度、气流角，并反馈给机载AFCS系统，用于飞行控制律计算。
9)自动飞行控制：AFCS系统控制飞机姿态和速度，使舰载机沿着预定下滑道进场着舰，实现舰载机着舰飞行轨迹、姿态和速度的控制。
2自动着舰引导与控制关键问题
为了能够实现准确安全着舰，需要解决的舰载机自动着舰引导与控制关键问题主要包括：
1)舰载机数学建模问题
飞行器本身是具有非线性、多变量、强耦合等特性的复杂被控对象，着舰过程中还会受到甲板运动和舰尾气流等环境因素的强干扰。复杂环境因素的干扰、飞行高度和状态的改变以及建模误差等因素共同构成了舰载机系统的不确定因素；同时，飞行器气动舵面到航迹角通道一般具有非最小相位特性。因此，建立较精确的舰载机着舰状态动力学模型，是分析舰载机着舰状态自然特性以及设计控制律的前提。
2)着舰引导问题
自动着舰引导的关键问题包括：①稳定坐标系建立，以消除舰船甲板运动对理想着舰点和基准下滑轨迹的干扰；②机舰位置测量与转换，以获取飞机运动信息以及与舰船的相对运动信息；③机舰协同指令计算，以确定初始下滑高度、下降速度、下滑航迹角和着舰时间等协同指令；④基准下滑轨迹生成，以控制舰载机沿着下滑道完成着舰；⑤轨迹跟踪误差计算，以送入引导与控制系统来消除轨迹制导误差。
3)着舰飞行控制问题
舰载机要沿着基准下滑轨迹飞行，还要对准甲板中心线，这就要求ACLS系统具有较高的轨迹跟踪控制能力。除了消除轨迹跟踪误差而进行的飞行机动之外，下滑过程中飞行姿态要求保持平稳，飞行速度要求保持较低，即要解决低动压下的稳定飞行控制问题。复杂环境干扰因素如舰尾气流、甲板运动的存在，严重影响着舰载机的着舰性能，为此还要求自动飞行控制系统具有较强的鲁棒性和抗干扰性。因此，舰载机自动着舰控制问题实质上是一种受扰非线性系统的稳定控制与轨迹跟踪控制问题。
4)动力补偿/自动油门控制问题
与普通飞机不同，舰载机着舰过程处在低动压状态，具有静不稳定的反区特性，因此除了常规纵侧向增稳控制外，还需要增加动力补偿系统，以改善其飞行品质。在低动压状态下，飞机操纵性能变差，单独依靠升降舵无法精确控制飞行轨迹，航迹角和速度之间的耦合变得更加强烈，飞机易处于不可控状态；为了保持舰载机在进场着舰段的低速稳定，需要解决油门、气动舵面等多操纵机构的协调控制问题。同时，由于允许的触舰区域有限，对下滑和对中精度要求高，因此有必要通过特定的综合飞行控制策略提高控制性能。
5)甲板运动建模、预估与补偿问题
由于海浪运动的影响，理想着舰点的位置会发生实时变化，特别是理想着舰点高度的变化，会大大增加舰载机的着舰难度，甚至影响飞机着舰的安全性。为防止舰载机撞舰风险，在着舰前最后12s左右，要求舰载机与航母垂直运动的相位同步。由于ACLS系统在甲板运动的特征频率内存在无法避免的相位滞后现象，舰载机在着舰过程中对甲板运动的跟踪会存在延迟，从而造成飞机着舰误差。因此，需要解决六自由度甲板运动的建模、预估与补偿问题。
6)舰尾气流建模与抑制问题
舰尾气流是影响舰载机着舰安全和精度的主要干扰因素之一，甚至将接近舰尾的复杂气流扰动区称为进入“鬼门关”。舰尾气流严重影响飞行员操纵品质、负载以及飞机航迹角、下沉率等状态，仅雄鸡尾流分量就能使舰载机下沉近2m，造成水平着舰误差约为39m。舰尾气流产生的机理十分复杂，与海况、舰船航速和舰体吨位等因素密切相关。因此，有必要研究建立舰尾气流的数学模型，并研究在ACLS系统中增加对舰尾流的抑制环节。
7)雷达噪声抑制与误差标校问题
着舰引导中实际使用的跟踪雷达都是相控阵雷达，具有明显的测量噪声，所以需要在引导计算中对雷达测量信息中的电子噪声进行滤波处理。由于着舰引导雷达的特殊工作环境，使航母运动、雷达接收机热噪声和不正确安装带来了测量误差，为此需要对跟踪雷达标校数据进行去噪。
8)复飞/逃逸决策与控制问题
舰载机在着舰过程中，由于面对的是十分恶劣和复杂的着舰环境，同时受到各种干扰、飞行员技术失误以及不可预估的故障影响，经常会严重偏离理想下滑轨迹，并不能保证舰载机每一次都能顺利完成着舰任务。舰载机在即将触舰之前终止着舰而转为其他航线的机动飞行，称之为复飞。如何保证复飞决策更加合理有效，对保证飞机安全至关重要。因此，需要设计复飞区和复飞准则，开发复飞决策系统及流程，解决安全复飞控制问题。此外，舰载机触舰后直接滑跑离舰的过程称为逃逸，有必要研究解决甲板运动和舰艏气流影响下的安全逃逸控制等问题。
3自动着舰引导与控制关键技术研究现状
3.1舰载机数学建模
舰载机在着舰状态下的动力学模型，总体上可分为两类：六自由度运动的非线性模型和小扰动线性化模型。前者能全面描述舰载机的运动，是试飞前对飞行控制系统进行评定时必被采用的，但是运动方程的强耦合和非线性特点导致直接进行非线性系统分析难以得出结论。相比之下，线性模型是非线性模型经过小扰动线性化后导出的，足以描述只围绕标称状态做小幅度机动的着舰飞机对操纵输入和外部流场作用的响应特性；利用完备的线性系统理论分析手段，可有效研究舰载机的稳定性和操纵性，因此可将其作为AFCS系统的设计指南。美国海军航空作战中心飞机处等部门研究表明：在着舰控制系统的分析和完善阶段，将能描述舰载机主要特点的线性扰动模型作为地面物理仿真时使用的飞机数学模型是合适的。
传统上认为大气扰动对着舰的主要影响是由扰流的垂直分量引起的，所以在舰载机模型线性化过程中只考虑扰流垂直分量的作用效果，将导致得出的线性模型中不含水平扰流项。实际上，该简化方式是不合理的。通过定性理论分析得出，舰尾流水平分量对舰载机的飞行稳定性也有显著影响，因此需要将舰尾流在飞行平面内的垂直和水平分量引起的附加气动力和力矩作为干扰项，引入到无风情况下的线性模型，方可得到完整的舰载机纵向线性动力学模型。气流扰动是进场着舰过程中的下滑轨迹跟踪和着舰误差的重要影响因素，传统纵向线性模型难以精确模拟飞机在最后着舰过程的地速变化，为此夏桂华等提出了一种改进线性化方法，以补偿气流纵横向分量对空速和迎角的影响，并对下滑道上的诱导力进行量化处理。
系统辨识技术的发展为舰载机这类非线性系统模型和参数的辨识提供了有效方法。美国NASA德莱顿飞行研究中心(NASADryden Flight Research Center) 利用非线性自回归滑动平均(NARMAX)模型结构检测方法，基于F/A-18飞行数据，建立了气动弹性系统的非线性黑箱模型。BarronAssociatesInc.的Ward和Monaco针对F/A-18舰载机设计了一种在气动舵面失效情形下的重构控制方法，通过系统辨识技术在线辨识直接自适应模型跟随控制器所用到的闭环飞机动力学模型参数。Botez等基于美国NASA德莱顿飞行研究中心提供的飞行颤振实验数据，结合模糊逻辑和神经网络算法辨识了F/A-18舰载机的非线性模型，从而建立了结构偏量和控制偏量之间的关系模型，使估计信号与实际信号之间的拟合度超过99%，反映了该方法在飞机模型辨识领域具有很好的应用前景。
正常着舰状态下，飞机机翼处于水平位置，机头对准甲板中心线。在发生单发停车故障后，为保持力和力矩平衡，飞机难以正常姿态进行着舰，而是可能会出现机翼倾斜、机头不能完全对准甲板中心线等情况。为了提高舰载机应对各种故障的能力以保障飞行安全，除了采用余度技术外，行之有效的方法是重构飞行控制，即飞行控制系统利用剩余的有效控制机构补偿故障或损伤对飞机造成的影响，保证飞机可以继续安全地飞行。此时，吴文海等建立的双发舰载机单发停车故障状态动力学模型，可为AFCS系统中故障重构控制律的设计提供模型依据。
袁东等以舰载机舰基起降阶段为对象，利用多体动力学建模方法，反映了“舰载机-起落架-航母”多运动物体之间的动力学关系，可以模拟计算舰载机滑跃起飞和拦阻着舰过程，从而便于分析舰载机舰基起降的主要影响因素。
杨一栋等建立了舰载机着舰状态等效数学模型，并给出了国外已有典型舰载机的气动特性。目前由于舰载机种类有限，且舰载机相关数据保密，想要建立完整而准确的舰载机全量数学模型还主要有赖于舰载机数据的公开。
3.2着舰引导
自动着舰引导需要解决稳定坐标系建立、机舰位置测量与转换、机舰协同指令计算、基准下滑轨迹生成以及轨迹跟踪误差计算等关键问题。
1)稳定坐标系建立：舰上的着舰引导装置用于测量机舰相对运动关系，但是测量坐标系会随着甲板运动而运动，使得舰载机空间位置的测量信息受到甲板运动干扰。建立数字稳定平台，即利用数学方法代替物理方法，以消除甲板运动对飞机位置测量的扰动。
2)机舰位置测量与转换：为测得机舰相对位置关系，需要进行引导装置测量、坐标变换、坐标平移和甲板运动扰动消除等步骤，再根据舰船位置，得到舰载机的空间位置。
3)机舰协同指令计算：主要是指根据机舰相对运动关系确定着舰初始高度、下降速度、下滑角以及着舰基准轨迹。着舰过程中，通常是舰船正常航行，而飞机需要协同飞行完成着舰。根据舰船运动变量，可以计算理想着舰点位置。
4)基准下滑轨迹生成：基于着舰协同指令，可以生成一条任意地面坐标系下的基准下滑轨迹。GPS系统是在地面坐标系下引导飞机着舰，所以着舰基准轨迹也要基于地面坐标系建立。杨一栋等设计了基于GPS引导的基准下滑轨迹。
5)轨迹跟踪误差计算：将舰载机实际位置与基准轨迹进行比较，可得轨迹跟踪误差。需要通过设计引导律来消除轨迹跟踪误差。高度和横侧向轨迹跟踪误差被放大后送入滤波器，以消除雷达噪声，从而更准确地估计出飞机加速度、速度和位置误差。
综上可知，有关着舰引导方面的研究文献较少，机舰协同指令与基准下滑轨迹的生成是实施着舰引导和控制的前提，跟踪雷达、GPS等不同引导方式下的着舰基准下滑轨迹生成是有待解决的关键问题。
3.3着舰飞行控制
ACLS系统的控制精度和抗扰动能力不仅取决于引导系统的精度，还与AFCS系统性能有密切关系。AFCS系统的主要任务是控制舰载机的着舰轨迹跟踪、下滑速度保持和姿态稳定等功能。下面概述舰载机的自动飞行控制方法。
1)常规控制
常规舰载机的AFCS系统结构，将轨迹控制回路作为外回路，姿态控制回路和速度控制作为内回路。轨迹控制回路基于轨迹跟踪误差信息，结合甲板运动预测与补偿信息，经过比例-积分-微分-二次微分(PIDD)控制器后生成姿态和速度指令信号，并将其发送给AFCS系统；AFCS系统要求跟踪这些指令信号。其中，内外回路控制律都是基于传统单回路设计方法。
ACLS系统运行时，舰载机着舰误差经滤波及导引律计算，为飞行/推力系统提供姿态纠偏指令，改变飞行轨迹角，从而完成对轨迹纠偏。特别在着舰前约1.8s内，飞机处于跟踪雷达盲区，导引系统关闭，必须依靠飞行/推力系统保证着舰姿态不变，并且飞行/推力系统应具有抑制舰尾气流扰动的性能。
此外，ACLS系统中引入直接升力控制，通过扰流板和襟翼实现，能够提高轨迹跟踪控制精度和着舰精度，从而拓宽ACLS系统对轨迹偏差、环境扰动、海况等级的应用范畴。美国联合飞行器公司(UnitedAircraft Corporation)调研表明，推力矢量技术在舰载机着舰中已经得到了成功应用，它能够很大程度地降低下降速率和空速，改进轨迹控制精度，改进复飞性能，还能补偿升降舵效率。在波音F/A-18A/B/C/D舰载机计划中，多款飞机因为落叶式失速坠落而落空，为此海军航空系统司令部NAVAIR更新了飞行控制律软件，有效抑制了落叶式失速坠落问题。美国波音公司、海军学院(U.S.Naval Academy)以及海军航空系统司令部联合发表了F/A-18E/F超级大黄蜂舰载机的高迎角控制律的开发和测试结果。美国明尼苏达大学Balas等针对F/A-18E/F超级大黄蜂舰载机高迎角控制系统在失速飞行中的鲁棒性进行了线性和非线性分析，旨在为飞行控制律的改进提供依据。
然而，复杂的着舰环境因素干扰下，常规控制难以使舰载机达到精确的着舰性能。
2)最优控制
着舰轨迹跟踪控制问题可以利用最优控制理论解决，如美国航空发展中心(NavalAir Development Center)研究了最优控制在F-8C舰载飞机ACLS系统中的应用。王新民等结合最优伺服理论和线性系统解耦理论，对飞行/推力复杂综合模型进行降阶解耦，以状态反馈输出跟踪为目标，设计了舰载机飞行/推力综合系统控制器。当舰载机偏离下滑道时，在满足各种约束下的机动时间最优控制问题也很重要，因为空速保持不变，为了按预定时间完成着舰任务，轨迹纠偏时间要尽可能短，否则无法按时到达预定着舰点。
最优控制已经在实际飞行控制系统中成功应用，因此在ACLS系统中有很好的应用前景。
3)鲁棒控制
鲁棒控制在被控对象出现参数摄动下仍能使系统保持稳定，且达到某种控制性能。美国海军航空作战中心、海军研究生院(NavalPostgraduateSchool)、加利福尼亚大学等机构研究表明，H∞、μ分析等鲁棒控制在复杂环境下的舰载机着舰问题中有很好的应用前景。NASA德莱顿飞行研究中心曾启动一项多种H∞控制在F/A-18舰载机上应用的验证计划。H∞控制是一种多输入多输出优化控制方法，而许多控制问题都可表达为凸优化问题，且线性矩阵不等式(LMI)技术比传统基于Riccati方程设计方法计算要更简便。常规的PID控制器如果由H∞控制器替换，则只需要测量位置信息，因此能够省略alpha-beta滤波器，且增加ACLS系统带宽。ACLS系统性能要求可转化为对H∞控制分析模型的结构及权阵的选取，从而提高ACLS系统的着舰精度及抗舰尾气流扰动的能力。基于LMI的H∞理论还可用于设计舰载机着舰飞行/推力综合控制系统，建立以姿态跟踪精度和抑风扰动为优化指标的H∞增广模型。
舰载机着舰过程中，横侧向滚转速率与侧滑角之间存在固有耦合问题。在低迎角时，耦合导致滚转速率与侧滑角符号相反，并有较大侧滑，严重降低了飞行品质，为此文献[66]提出基于参考模型的H∞/H2控制方法，提高了ACLS系统的操纵品质，降低了多通道之间的相互耦合，从而提高对中着舰效率。H2控制不仅可抑制噪声干扰，还可降低多通道耦合，线性变参数(LPV)方法可以解决具有模型不确定参数依赖时变系统的精确控制问题。LQG/LTR是一种多变量频域设计方法，具有鲁棒性能和解耦特性，可用于舰载机着舰控制。LPV增益调度控制与传统变增益调度控制不同，它不需要考虑如何插值并能从理论上保证闭环系统稳定性和鲁棒性，因此在飞行控制中应用较广。美国明尼苏达大学的Balas等在NASA高置信度飞行仿真平台上验证了LPV增益调度多变量控制在F/A-18飞机中应用的可行性，设计了基于线性分式模型的增益调度控制器，进行了飞行员在回路的F-14舰载机非线性模型仿真实验。
现代鲁棒控制理论在舰载机着舰过程的抗干扰问题中具有很好的应用前景。
4)自适应控制与非线性控制
自适应控制在飞行控制中得到了很多应用。Tournes和Landrum采用子空间稳定与线性自适应方法解决了F-14舰载机的多通道耦合问题，但是忽略了舰载机系统结构的不确定性，因此描述的系统模型并不完整。模型参考自适应控制(MRAC)具有快速自适应性而容易引起高增益控制，导致高频振荡，激发未建模动态，影响系统稳定性；然而，在系统存在严重不确定性的场合下，高自适应增益有助于快速减小跟踪误差。为此，NASA德莱顿飞行研究中心和艾姆斯研究中心的研究表明，基于最小化跟踪误差L2范数的最优控制原理设计自适应律，可以实现没有高频振荡的高增益快速自适应，从而在保证跟踪性能的同时，改善系统的稳定鲁棒性。基于L1自适应控制方法的舰载机飞行控制系统对高频和未建模动态也具有鲁棒性。Boskovic等针对F/A-18舰载机的执行器故障，设计了多模型自适应和分布式自适应容错飞行控制系统，能够实现故障检测、识别和容错，但是它是在线性模型中进行的着舰验证。
非线性控制方法主要有非线性动态逆控制、反演(Backstepping)控制和滑模变结构控制等。美国加利福尼亚大学的Winker研究了动态逆结合PID控制的F/A-18舰载机飞行控制。NASA德莱顿飞行研究中心针对F/A-18舰载机，开发了模型参考非线性动态逆控制器，进行了硬件在回路和空中试飞实验，同时也验证了马歇尔太空飞行中心开发的自适应增稳控制器。与传统飞行控制系统分开设计制导与控制回路不同，Ju等应用非自适应Backstepping控制方法设计了下滑道跟踪控制律，针对模型不确定性，设计了参数自适应Backstepping控制器。虽然它们针对的都是一般着陆下滑轨迹跟踪问题，但是可对着舰轨迹跟踪问题提供参考借鉴。自适应变结构滑模控制具有快速响应、对参数摄动和外部扰动不敏感、无需在线辨识系统模型等优点，在ACLS系统中进行了很好的验证。将多种非线性控制方法进行有机结合，能够实现优势互补，比如章卫国等采用指令滤波处理Backstepping计算膨胀问题，利用Backstepping方法处理非匹配不确定问题，利用滑模控制解决外界扰动和匹配不确定性问题，并基于高阶滑模控制思想降低滑模控制抖动，从而有效抑制着舰过程中的风扰动影响；而基于非线性动态逆的滑模控制方法，也适用于解决精确控制飞行轨迹的问题，具有较强的鲁棒性和快速跟踪性。
自适应控制适合解决舰载机这类参数或结构不确定系统的受扰控制问题；非线性控制基于非线性模型设计，适合解决精度要求高的实际控制问题。而两者结合正是当前控制理论的研究热点，也很适合解决自动着舰控制问题。
5)预测控制与预见控制
预测控制是一种滚动时域控制方法，具有局部滚动优化性能指标，可满足各种控制约束条件。舰载机着舰通常要求横侧向对中偏差不能超过4.6m，文献[85]建立了横侧向着舰误差方程，采用滚动时域控制设计飞行控制律；文献[86]针对舰载机着舰钩索阻拦阶段，通过离线计算时变状态权值矩阵，实时调整各状态之间的变化关系，离线计算获得时变控制输入权值矩阵，能够调整控制输入峰值，提高横侧向着舰效率和安全性。
预见控制是一种利用已知期望信息和干扰信息来改善系统动态响应，抑制外界扰动，提高系统跟踪精度的控制方法，特别适用于控制目标和干扰等未来信息已知的系统，对解决非最小相位系统控制问题也有其独特的优势。舰载机着舰下滑跟踪阶段，常规控制较好地使舰载机跟踪下滑道轨迹，但在甲板运动补偿阶段，常规控制很难使舰载机完全跟踪甲板运动。甄子洋等的研究表明：①在着舰前约12.5s时，将常规PID控制器切换到预见控制器，能够快速地实现甲板运动补偿；②下滑道轨迹信息以及甲板运动信息均为可预见信息，利用未来可预见信息和当前反馈信息对舰载机进行预见控制，可以实现对下滑道跟踪及甲板运动的补偿；③利用未来信息进行前馈控制，同时利用当前信息进行反馈控制，可以提前对舰载机气动舵面和油门实施操作以达到跟踪补偿目的，减小瞬时能量，加快响应速度。
6)智能控制
典型智能算法包括模糊逻辑、神经网络和仿生优化算法。智能控制的优点在于不依赖被控对象精确数学模型，适合解决复杂系统控制问题。
美国海军航空作战中心飞机处的Steinberg研究表明，基于模糊逻辑的ACLS系统，能够精确控制触舰位置、下沉速率、姿态和速度。但是，这需要制定大规模模糊规则，对F/A-18舰载机进行仿真验证。张宗麟等采用神经网络动态逆控制设计了舰载机的横侧向着舰控制律，具有良好的鲁棒性和解耦能力，该控制律对舰尾气流扰动的敏感性要低于滚转角速率指令控制系统。Ha在基本ACLS系统基础上引入模糊增益调度技术，并采用遗传算法优化调度逻辑，使舰载机在风切变和侧风影响下仍具有良好的着舰性能。Li和Duan基于大脑风暴优化算法，优化了ACLS系统中的自动驾驶仪和自动油门系统的控制参数]。Steinberg和Paget给出了舰载机ACLS系统的动态逆控制、间接自适应控制、线性化参数的神经网络控制器、非线性参数化的神经网络控制器、模糊逻辑控制器、非线性参数化的神经网络控制器和改进序列最小二乘辨识器并行控制器的对比结果。此外，模糊逻辑还可用于着舰指挥官(LSO)语音数据和传感器测量得到的数值数据信息的数据融合，实现着舰轨迹的纠偏，而模糊神经网络可以根据历史数据预测舰载机未来短时间内的飞行轨迹，辅助LSO预判舰载机着舰的成功性。
近年来，神经网络自适应控制得到了广泛研究。然而，控制系统的结构往往都是利用常规控制器作为内回路用于稳定系统，神经网络用于补偿系统的非线性特性；它的缺陷在于内回路常规控制器必须保证信号有界，才能使神经网络达到较好的跟踪性能。针对该问题，Suresh等提出一种新的神经网络自适应控制方法，将神经网络和线性滤波器用于近似控制律，采用离线训练和在线学习策略相结合，使其能够对气动参数变化或者操纵面损伤具有在线自适应能力，并将这一方法在F-8舰载机上进行了仿真验证。
综上可知，智能与自适应着舰控制技术是舰载机ACLS系统的重要发展趋势。然而，智能算法在应用前需要进行试飞试验以搜集样本数据。
3.4动力补偿/自动油门控制
为了使舰载机在低动压着舰状态下有效控制速度，保证飞机长周期运动稳定性，使航迹角对姿态角变化具有快速精确的跟踪能力，在ACLS系统中常采用APCS系统。
目前两种最常用的着舰动力补偿方案是：保持速度恒定的APCS系统和保持迎角恒定的APCS系统。第1种方案相当于增加飞机速度稳定导数，从而有效抑制由俯仰姿态变化而引起的速度变化，改善长周期运动阻尼，但仍然会存在跟踪静差。第2种方案相当于增大飞机纵向气动导数，从而加速轨迹角对俯仰姿态角的响应过程，因此这种动力补偿系统实际功能相当于轨迹响应增强器。为进一步改善姿态角与轨迹角之间的动态响应品质，增加响应阻尼，需在迎角恒定动力补偿中引入法向加速度信息。可以证明的是，保持迎角恒定的动力补偿方案也兼有保持速度恒定的性能。近年来，变结构控制、模糊逻辑和滑模变结构控制等先进控制方法已经用于设计动力补偿系统的控制律。
APCS系统要求对发动机推力实施自动控制，所以将传统手动油门操纵系统改为ATCS系统。ATCS系统实际上是APCS实现对发动机油门进行控制的执行环节。然而，ATCS系统不仅仅局限于油门控制，还与AFCS系统交联，因此设计飞行/推力综合控制系统是有效途径。为此，杨一栋提出了基于H∞理论的着舰飞/推综合控制系统。考虑到H∞控制器阶次较高，侯志强等提出了基于总能量理论的着舰飞行/推力综合控制系统。总能量控制是Boeing公司在1979-1985年为NASA提出的控制方法，结构简单，阶次较低，鲁棒性较强，但是总能量控制系统的稳定性有待进一步论证。
3.5甲板运动建模、预估与补偿
航母在海上由于受海浪、海涌及风的影响，舰体会产生六自由度运动，包括沿3个坐标轴的直线运动(纵荡、横荡、沉浮)和围绕三坐标轴的旋转运动(横滚、俯仰和偏航)，并且各自由度运动之间是耦合作用的。甲板运动导致舰载机的理想着舰点成为三维空间的活动点，理想着舰点位置的变化，大大增加了着舰难度，甚至导致着舰失败。因此，舰船的六自由度甲板运动是影响舰载机着舰安全的一个重要因素。舰载机要求降落在六自由度运动的甲板上，为了确保飞机成功降落，着舰前需要使飞机运动与甲板运动同步。
Nimitz级航母长约183m、宽为27m，着舰点距离舰尾部49m处，有4条拦阻索分布在着舰点附近，间隔为12m，下滑道4.5°。通常飞机到达舰尾时高度约为2.6m，并在1s后以3.8m/s撞击速度着舰。
1)甲板运动模型与影响因素分析
甲板运动可分为纵向运动(纵荡、沉浮、俯仰)和横侧向运动(横荡、横滚、偏航)，纵横向运动的耦合影响较小。目前常用的舰船甲板运动模型主要包括：
①正弦波组合的甲板运动确定性模型：甲板运动在国外尤其是美国已被广泛研究，经过大量的实测数据计算分析，甲板运动可以表示为正弦波组合的确定性模型，工程上常被采用。
②基于功率谱的甲板运动随机性模型：大量实验数据分析表明，甲板运动实际上是一个平稳随机过程，可利用白噪声通过与功率谱相对应的成形滤波器的方法得到甲板运动的时域信息。
③基于Conolly理论的甲板运动线性模型：它从海浪的建模和船体在海浪中的受力分析出发，将海浪建模为多个单元规则波线性叠加而成的随机不规则海浪波。当甲板运动幅度较小时可以用Conolly理论建立线性模型。
舰船甲板运动规律受到不同舰型、各种航态(包括海况、航速、遭遇角)等因素的影响：①在相同航速和遭遇角的情况下，甲板运动随海况等级不同而不同，海况等级越高，甲板运动越强烈；②在相同海况和航速的情况下，舰船的横滚运动随着遭遇角的增大先增强后减弱，遭遇角为0°时的舰船横滚运动最弱，舰船的俯仰和沉浮运动随遭遇角的增大先减弱后增强，遭遇角为90°时最弱；③在相同海况、航速和遭遇角的情况下，甲板运动随舰船大小不同而不同，舰船越大，舰船的甲板运动越弱。
2)甲板运动预估与补偿技术
舰载机着舰过程中，为了消除甲板运动对着舰精度的影响，当飞机接近着舰时，应将甲板运动信息引入到自动着舰引导律中，使飞机能够跟踪甲板运动。并且，ACLS系统本身存在超调和相位滞后，也需要进行甲板运动补偿(DeckMotionCompensation，DMC)。由于舰船的甲板运动补偿网络难以完全消除舰载机对甲板运动的相位差，仍然会存在较大的着舰误差，不能保证舰载机安全着舰。为此，需要采用甲板运动预估(DeckMotion Prediction，DMP)技术，将甲板运动信息提前加入ACLS系统，为了避免过度操作，通常提前10~13s加入补偿信息。因此，采用甲板运动预估及补偿技术，能够使着舰误差限制在军用安全标准规定范围内，提高航空母舰/舰载飞机武器系统的作战能力。
DMP方法主要分为3类：切片理论(StripTheory)、时域法和系统辨识法。Suleiman详细概述了上述3类方法的研究状况和优缺点。
①切片理论：它是一种经典的船舶运动建模与预估方法，它将海浪作用在船体上的三维流体作用力(矩)简化为船体各横截面的二维流体作用力(矩)，先求得船体各横截面上的流体作用力(矩)，再叠加获得总的流体作用力(矩)，通过求解船舶运动的六自由度方程得到船舶姿态运动信息。
②时域法：包括时间序列分析法、卡尔曼滤波法、人工神经网络方法、遗传算法、灰色预测方法和自适应多步预测器等。基于统计学的自回归(AR)模型和自回归移动平均(ARIMA)模型等只需利用历史数据预测未来值，对甲板运动进行预测；但它只适合短期预测，预测时间越长，精度越差。统计学方法可用于时间序列预测，但它难以处理噪声数据，对环境变化缺乏自适应能力。卡尔曼滤波算法受到模型线性和噪声高斯的约束，而真实的甲板运动不满足这个约束。粒子滤波是一种基于随机采样的滤波算法，可以应用于系统模型非线性和噪声非高斯的情形，较AR模型和卡尔曼滤波能更准确地预估甲板运动。在海况等级5级以上，如果预测时间间隔超过3~4s的话，传统统计学方法和卡尔曼滤波算法的预测精度将难以保证，而基于奇异值分解和遗传算法的神经网络预测方法则能够提高甲板运动的预估精度。此外，文献[112]利用信号处理领域的次要成分分析法(MinorComponent Analysis)提出了舰船甲板运动预测方法，并与神经网络、AR模型、维纳滤波等预测方法进行了对比分析，仿真得出该方法在预测时长5~20s内精度不变。
③系统辨识法：它是一种新颖的船舶运动预测方法，主要包括离线预测和在线预测两种。Suleiman利用能量公式法(Energy-FormulationApproach) 建立了六自由度的舰船非线性运动模型，利用特征系统实现算法(EigensystemRealization Algorithm)进行线性参数化辨识，利用双曲型分解进行线性非参数化辨识，结合小扰动技术和高阶谱矩进行非线性参数化辨识。
在甲板运动补偿技术领域，国内外研究重点在于纵向甲板运动补偿。对侧向甲板运动补偿技术的探讨甚少，杨一栋和江驹等建立了含侧向甲板运动补偿的侧向ACLS系统结构配置，设计了雷达测量跟踪滤波器，建立了侧向甲板运动补偿滚转角指令模型。
综上可知，虽然甲板运动建模、预估技术取得了很大进展，但是有关甲板运动补偿策略的研究相对较少，而这对于自动着舰来说至为重要。
3.6大气扰动及舰尾气流建模与抑制
舰载机着舰过程中会受到大气扰动及舰尾气流扰动。大气扰动模型常使用美国军用规范(MIL-F-8785C)中提出的模型，该模型由3部分组成[43]：湍流、离散阵风和低空风切变模型。
舰尾气流扰动是着舰轨迹跟踪和着舰点误差的主要原因之一。舰尾气流形成的物理原因非常复杂，除了包含自由大气紊流之外，还有因航母迎风行驶产生的雄鸡形状的风力和甲板俯仰运动产生的风力，以及其他随机分量。美国军用规范(MIL-F-8785C)将舰尾气流扰动视作4种成分的合成，即自由大气紊流分量、尾流稳态分量、尾流周期性分量和尾流随机分量。朱齐丹等根据美军标MIL-HDBK-1797的舰尾气流场模型，基于空间功率谱和时间功率谱转换得到了自由大气紊流分量的滤波器形式。为了能够在地面模拟舰尾气流对着舰的影响，同时为了研究舰尾气流抑制技术，美国海军航空系统司令部开发了回收任务精确仿真模型(其中包含舰尾气流模型)，合成了基于CFD预测的舰尾气流部分和风洞试验的舰尾气流数据。Shipman等利用CFD软件模拟了F/A-18舰载机着舰过程中与航母舰尾气流的耦合作用。
舰尾流扰动对舰载机的影响主要是由于垂直扰动成分引起的垂直方向轨迹误差。为有效抑制舰尾气流扰动，除了采用具有直接力的DLC/APC/ACLS综合控制以外，常采用以高度变化率为主反馈的飞行控制系统，它在姿态飞行控制系统的基础上构成。传统的飞行控制系统是以控制姿态为基准的，而以高度变化率为主反馈的飞行控制系统，则是直接控制飞机的航迹倾斜角，即直接控制飞机的飞行方向，同时由于对原姿态系统进行了高度变化率反馈校正，拓宽了飞行控制系统频带，加快了ACLS系统的动态响应过程，显著抑制了气流扰动的影响。在此基础上，江驹等将自适应控制和模糊参数整定相结合，构建了高度变化率主反馈智能飞行控制系统。此外，对飞行控制系统各回路设计非线性动态逆控制器，再应用非线性观测器进行动态补偿，也是一种抑制尾流扰动的有效方法。如果能够在线测量或者预测舰尾气流扰动，则可以应用预见控制理论，将扰动作为前馈补偿信号加入ACLS系统，以利于抵消舰尾流扰动的不良影响。侧风气流扰动对着舰精度也有一定影响，设计引入侧偏速率为主反馈的AFCS系统，能够有效抑制侧风气流扰动对舰载机着舰性能的不利影响。
综上可知，具有鲁棒性的着舰控制系统设计是解决大气扰动和舰尾气流扰动的重要途径。
3.7雷达噪声抑制
雷达跟踪系统使得控制回路引入了噪声，因此ACLS系统中须进行引导律设计和对雷达测高信息中的电子噪声进行滤波，这是由舰上的中心计算机完成，避免由于电子噪声进入ACLS系统，引起舵面振动磨损。滤波器实质上是离散卡尔曼滤波器的稳定解形式，它可在有噪声污染的雷达信息中估计出高度差及其微分信息；含滤波器的引导律对高频电子噪声的抑制有明显效果。然而，由于滤波器要对雷达测量得到的高度信号进行数值微分，将会导致雷达噪声被放大，而且滤波过程也会影响响应速度。为此，纽约州立大学的Mook等在ACLS系统中除了利用雷达测量的高度信息之外，还利用了飞机垂直速度和加速度的估计值，使之既能抑制雷达噪声，又能降低系统对外部扰动的敏感性[137]；接着又提出了一种基于实际飞行动力学的跟踪滤波器，用于降低高度及其微分信号的噪声成分，而不降低响应速度。该滤波器基于简单的升力模型，利用空速和迎角测量信息构建加速度信息，避免了对雷达输出微分信号的依赖，从而降低了系统对雷达噪声的敏感度。
除了雷达测量噪声，航母运动、雷达安装误差以及接收机热噪声都会引起雷达测量误差，因此需要对雷达进行标校。标校数据表现为非线性非平稳特性，基于傅里叶变换的频域滤波需要平稳性假设，小波分析去噪方法通常导致高频信息丢失，经验模态分解(EmpiricalMode Decomposition，EMD)去噪方法存在模态混叠问题，因此将上述几种方法联合使用，适用于舰载机着舰引导雷达标校数据的去噪。
3.8复飞/逃逸决策与控制
复飞/逃逸决策与控制的研究主要包括复飞准则制定、复飞区划分、复飞决策与控制、逃逸准则制定以及逃逸控制等内容。
1)复飞准则与复飞区
舰载机复飞准则是综合考虑飞机复飞的安全高度、飞行员对复飞指令的反应滞后、复飞操纵的手段以及复飞轨迹最低点安全性等因素决定的。舰载机复飞边界准则如下：①飞机到达舰尾时，离甲板有3m的安全高度间隙；②飞行员对复飞指令信号的允许反应时间为0.7s；③飞行员采用的复飞操纵手段是在无纵向驾驶杆操纵的前提下，仅使用发动机军用推力控制；④复飞轨迹最低点应高于海平面。
以航迹临界点为复飞起始点的复飞轨迹包络线称为复飞边界，它包围的区域称为复飞区。通过小扰动动力学模型对飞机复飞轨迹进行计算，确定航迹临界点。通过舰载机着舰飞行轨迹的分析计算，可得到在不同初始条件下的复飞轨迹包络，它可被转换成以舰载机距理想着舰点的水平距离和垂直距离为参数的复飞区。
若飞机高于复飞区上边界，则需要执行复飞操作。复飞区上边界准则为：飞机正常着舰点必须在最后一根拦阻索之前；飞机到达舰尾时的速度不能超过正常着舰速度。飞机复飞时，飞行员通常通过操纵油门进入军用推力状态，飞机飞行速度激增，通过升力变化减小下沉速率，实现安全复飞，以避免撞舰。舰载机着舰过程的侧向运动中，要完成侧向甲板对中动作，即要尽量对准甲板跑道的正中轴线，否则可能在着舰后撞上甲板上的其他建筑或停放在跑道旁的飞机。为此，可以利用飞机自动过渡的思想建立侧向复飞区。
复飞区的确定是开发复飞决策系统的关键，形成复飞边界的航迹临界点应满足事先规定的复飞边界准则。
2)复飞决策与控制
复飞决策系统目的在于协助LSO及时发出复飞信号，使着舰事故发生的概率降到最低。决策系统实时监测飞机下降速度、前飞速度以及离舰尾的水平与垂直距离，与预定限制值进行比较，即可判定飞机是否会撞舰。目前主要开发了两种复飞决策系统：①基于小扰动动力学模型的复飞决策系统，即通过将飞机位置与预定复飞区进行比较，确定飞机是否复飞，但是需要计算机有足够的存储空间；②基于终端状态预估方程的复飞决策系统。它根据简化的飞机纵向动力学方程，实时预估飞机复飞到达舰尾的高度，按照复飞边界准则要求，判断舰载机是否复飞。将两者结合构成综合复飞决策系统，能够提高复飞决策的准确率。其中，复飞区的上边界可基于小扰动方程得到，下边界利用基于终端的预估方程得到。
此外，文献[142]定义了自动着舰安全窗口的概念，它是指触舰点距离理想着舰点的允许范围，进而得到下滑过程中的安全窗口，包括纵向和侧向安全范围，舰载机若不在该窗口范围内，可执行复飞。舰载机复飞过程中，仅靠剩余推力通常不是最优的，通过优化升降舵操纵，保持一定迎角，提高升力，即在军用推力加升降舵的智能控制操纵下能够缩小复飞危险区。
与常规舰载机相比，推力矢量飞机具有垂直于飞行轨迹的推力分量，可直接改变飞机飞行轨迹，快速纠正下沉速率误差的影响。因此，舰载机采用推力矢量技术可以减小飞机的复飞区，减少不必要的复飞，从而改善其复飞性能。
3)逃逸准则与控制
舰载机在着舰过程中，如果尾钩没有钩住拦阻索，那么舰载机必须进行逃逸起飞操作。逃逸准则为：①当飞机飞至航母舰尾时，若尾钩距甲板高度间隙大于6m则执行逃逸操纵；②飞行员对复飞逃逸反应滞后时间约为0.7s；③应在保证起落架完全放下的情况下使用最大军用推力，在有限甲板长度内完成逃逸；④舰载机复飞逃逸过程时，必须保持适当的姿态，以最优迎角爬升。
舰载机在逃逸过程中，将受到甲板运动、舰艏气流等着舰环境因素的干扰。着舰环境因素和AFCS系统对逃逸过程的影响分析可以参考舰载机起飞过程影响分析。同理，舰载机的逃逸控制技术亦可以参考起飞控制技术。
综上可知，今后复飞/逃逸决策与控制技术的研究重点在于：智能复飞决策技术和复飞/逃逸安全控制技术的研究解决。
4结论与展望
对舰载机自动着舰引导与控制技术的研究综述得出，目前公开发表的外文文献多数来自美国的研究机构，再加上几次现代局部战争也证明了美国已经掌握了较完整的自动着舰技术。近年来，中国有关研究机构在该领域的研究得到迅速发展，在自动着舰系统架构、着舰引导、舰载机自动飞行控制、甲板运动预估与补偿、舰尾流抑制和复飞决策等关键技术方面取得了重要进展。
随着计算机、传感器以及导航、制导与控制等技术不断发展，为舰载机自动着舰系统及其关键技术研究提供了可靠支撑。自动着舰引导与控制技术的未来发展趋势作如下展望：
1)ACLS系统亟待引入信息融合技术。为了提高引导、导航精度，实现全天候、全自动精确引导，单一依靠跟踪雷达、卫星系统等引导系统难以满足高精度高可靠性需求，有必要引入多源信息融合技术，组合应用电子引导与光学引导手段，实现多系统联合引导，因此需要解决信息融合ACLS系统的架构配置以及信息融合算法设计等问题。近年迅猛发展的计算机视觉技术特别适用于相对位置导航问题，它的引入能减少引导系统的系统复杂度和计算复杂度，但是图像识别、目标跟踪、视觉引导等技术的工程化问题有待进一步研究实现。中国尤其需要开发基于北斗卫星系统的ACLS系统，减少对GPS系统的依赖。
2)ACLS系统引导与控制关键技术方面的未来研究方向：①针对受扰不确定非线性多变量舰载机系统，需要研究舰载机多个气动操纵面与发动机推力之间的综合控制问题；②控制理论发展迅速，尤其常规飞机的飞行控制方法层出不穷，而舰载机飞行控制技术的进展较慢，因此更加先进的多变量自适应控制、鲁棒预见控制等方法有待在ACLS系统中得到应用研究；③智能算法在甲板运动预估、复飞决策、控制器设计与优化等众多问题中有独特优势，因此有待研究智能ACLS系统；④推力矢量控制技术是目前比较先进的飞行控制手段，在现代飞行器中得到成功应用，美国的F/A-18HARV等舰载机和俄罗斯的米格-29飞机均加装了推力矢量系统，验证了推力矢量技术能够改善舰载机的操作性，可以在速度变化很小的情况下迅速改变飞机的下沉速率，从而显著改善舰载机的复飞性能，因此推力矢量化是舰载机技术的发展趋势之一；⑤如何在ACLS系统中设计先进引导与控制方法，消除甲板运动影响、抑制舰尾气流扰动等问题，仍需得到更好的解决。
3)ACLS系统的地面仿真与实验验证问题。考虑到试飞条件的限制和试飞安全性问题，有必要开展舰载机着舰地面仿真与实验验证技术的研究。无人机可以作为ACLS系统的验证机，六自由度地面移动平台可以模拟航母，验证着舰引导与控制关键技术的有效性。
4)ACLS系统在新一代舰载战斗机、舰载无人机、舰载直升机等新型舰载机着舰中的应用研究。美国洛克希德·马丁航空有限公司(LockheedMartin Aeronautics Co.)启动了新一代舰载型F-35C“闪电Ⅱ”的着舰测试计划。2013年，美国X-47B无人战斗机的着舰成功，标志舰载无人机时代已经到来，ACLS系统对于无人机着舰尤为重要。美国的“火力侦察兵”已经实现了自主着舰，而中国与西方国家相比还有不小差距，垂直起降舰载机是海上作战部队急需，将成为未来大中型舰艇的重要装备。
总之，舰载机自动着舰系统及引导与控制技术的研究，在导航、制导与控制领域具有重要的理论研究价值，对中国实现舰载机、无人机和直升机自动着舰、强大海军力量、迈向海洋强国具有重要的实际意义。
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