[發明專利]一種跳躍式再入二次再入段航程預估方法

有效

• 申請號: 201410791083.0
• 申請日: 2014-12-18
• 公開（公告）號: CN104597756A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 張釗;楊鳴;董文強;胡軍
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05D1/10
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明涉及一種跳躍式再入二次再入段航程預估方法，屬于飛行器再入制導領域。

背景技術

探月返回高速再入飛行器，再入后的航程需求跨度范圍在4000——8000km范圍之內，彈道往往存在明顯的躍升過程。由于再入能量水平的不同，初次再入段和二次再入段(或者是能量阻尼到第一宇宙速度后的下降飛行階段)的彈道特性和攝動影響程度都有較大區別，因此在高能量再入飛行階段需要使用預測—校正的制導方法，保證初次再入將返回器能量阻尼的合適的范圍內，為二次再入提供良好的再入初始狀態。

目前技術條件下器載計算機的計算能力較弱，而在再入段需要盡快完成預測解算，從而在較短的周期內對待跟蹤彈道進行更新，保證制導閉環性能。為實現此目標，在初期再入段不能直接利用數值算法預測到10km開傘點，而要選擇開傘點之前的一個特征點。然后使用快速計算的方法，獲得從特征點到開傘點的航程預測。

結合跳躍式再入制導的特點，在初次再入結束后，二次再入升力控制啟控前，返回器保持零傾側角狀態飛行，即逸出飛行彈道是“無升力控制”的自由飛行彈道。此段彈道的起始點——逸出點，以及此段彈道的終止點——二次再入啟控點，均可以作為要求的特征點。

由于逸出段彈道處于稀薄大氣的邊緣，當大氣密度變化、逸出點高度有一定的散布范圍，如果將逸出段作為特征點，則首先需要解決自由飛行段的航程快速預測問題，一個基本的思路是將逸出點為狀態起點，求解二體問題，并獲得相應的解析解，從而得到二次再入點的位置、速度。但該方法忽略了高空大氣的影響與J2項引力攝動的影響，帶來一定的外推誤差。與解析方法相比，利用數值預測直接外推到二次再入點，并不會帶來不可接受的計算負擔，故選定二次再入點作為初次再入段預測終止的特征點。而剩下的問題就是如何利用二次再入點的初始狀態獲得快速的落點航程預報。

一個簡單的思路是繼續采用數值預報的方法，從二次再入點直接外推到開傘點，但是該方法顯然存在著前面已經敘述的計算負擔過重的問題。另外一個思路是采用解析預報法，估計從二次再入點到開傘點的航程。該方法可以獲得概略的航程預報，但仿真結果顯示其預估精度還不能完全滿足高精度控制的需求。為解決上述兩種方法存在的問題，需要探索新方法。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足之處，提供一種跳躍式再入二次再入段航程預估方法，解決了數值計算機時開銷大，解析預報精度相對較低的問題。該方法能夠獲得高的二次再入段航程估計，同時計算簡單，工程實現容易。

本發明的技術解決方案是：一種跳躍式再入二次再入段航程預估方法，步驟如下：

(1)根據飛行器的二次再入點可能的高度取值范圍，選擇飛行器的二次再入點高度h_i，按照從小到大的順序，依次排列形成表格H＝{h_i},i＝1,2,…m,式中m為大于等于2的正整數；

(2)根據飛行器的二次再入點可能的速度取值范圍，選擇飛行器的二次再入點速度v_j，按照從小到大的順序，依次排列形成表格V＝{v_j},j＝1,2,…n,n為大于等于2的正整數；

(3)根據飛行器的二次再入點可能的路徑角取值范圍，選擇飛行器的二次再入點路徑角γ_k，按照從小到大的順序，依次排列形成表格γ＝{γ_k},k＝1,2,…p,p為大于等于2的正整數；

(4)將表格H、表格V和表格γ中的的數據按照一一對應關系排列成包含m×n×p項二次再入段航程的表格L₂(h_i,v_j,γ_k)＝{L_q},q＝1,2,3,…,m×n×p,m×n×p為大于等于8的正整數，則表格L₂中的數據為：

(5)根據飛行任務，飛行器的制導系統預測飛行器的二次再入點高度h_EI2、二次再入點速度v_EI2、二次再入點路徑角γ_EI2；