[發明專利]臨近空間大范圍機動彈道三維包絡計算方法

有效

• 申請號: 201610039940.0
• 申請日: 2016-01-21
• 公開（公告）號: CN105718660B
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 周歡;丁智堅;何睿智;鄭偉;湯國建
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院總體工程研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 楊春

1.一種臨近空間大范圍機動彈道三維包絡計算方法，所述臨近空間大范圍機動彈道包括初始下降段彈道和滑翔段彈道，彈道起點為再入點，彈道終點為滑翔段彈道終點，其特征在于：所述計算方法包括以下步驟：

(1)建立彈道包絡側向寬度與縱程的數學模型

令彈道再入點為I，其經度為λ_I、地心緯度為φ_I；彈道落點為T，其經度為λ_T、地心緯度為φ_T；以由再入點和落點確定的再入大圓弧平面為對稱面，稱沿射向方向對稱面以左彈道為左側機動彈道，沿射向方向對稱面以右彈道為右側機動彈道；記最大左側機動彈道距對稱面的最大距離為左邊界B_l，記最大右側機動彈道距對稱面的最大距離為右邊界B_r；

根據給定的飛行器再入點飛行狀態參數、彈道終端飛行狀態參數、飛行過程約束條件及終端約束條件，針對再入點為(λ_I，φ_I)＝(0°，0°)，落點為(λ_ki，0°)的低空大范圍機動彈道進行彈道計算，記各落點對應的彈道縱程L_i，由式(1)計算L_i，

L_i＝R_earccos(sinφ_Isinφ_I+cosφ_Icosφ_Icos(λ_T-λ_T)) (1)

式中：R_e為地球半徑，i＝1,2,3,4,…

通過改變再入點初始速度方位角獲得最大左側機動彈道和最大右側向機動彈道，記各落點對應的彈道側向包絡寬度W_io，由式(2)計算W_io，

W_io＝B_l-B_r (2)

取n倍W_io為實際側向包絡寬度W_i，對L_i和W_i進行擬合，建立如式(3)所示的彈道包絡側向寬度與縱程的數學模型，確定模型系數a_i

(2)建立換極坐標系

A.定義一個再入大圓弧平面作為換極赤道平面：

a)對目標點確定的情況，將再入點和目標點地心矢徑構成的再入大圓弧平面作為換極赤道平面；

b)對于目標點未確定的情況，根據再入點位置及速度方位角確定的再入大圓弧平面作為換極赤道面；

B.基于換極赤道平面定義換極坐標系O_E為地心，軸沿再入點地心矢徑方向，軸在換極赤道面內垂直于軸指向目標點方向，軸與軸、軸構成右手系；

(3)建立換極坐標系中飛行器動力學模型

根據步驟(2)建立的換極坐標系建立換極坐標系中飛行器的動力模型，且用表示換極坐標系中各物理量，用x表示一般坐標系中各物理量：

在換極坐標系中建立以時間為自變量的滑翔飛行器動力學方程，其飛行狀態量為換極后的經度地心緯度航跡偏航角速度速度傾角和地心距

其中，C_σ、C_θ為哥氏加速度項，和為牽連加速度項；

其中，

其中，ω_e為地球旋轉加速度矢量，λ_p和φ_p為換極后極點P的經度和地心緯度，A_p為P的方位角；

根據換極坐標系定義，一般坐標系與換極坐標系中地心距、當地速度傾角及速度的定義一致，

定義

其中，ψ_f為點F的方位角；說明

由一般坐標系中λ和φ確定換極坐標系中和的表達式為，

由換極坐標系中和確定一般坐標系中λ和φ的表達式為，

由一般坐標系中σ確定換極坐標系中的表達式為

其中，

(4)計算換極坐標系彈道參數

根據步驟(3)的坐標轉換關系計算換極坐標系彈道參數，根據彈道再入點經度λ_I、再入點地心緯度φ_I、落點經度λ_T、落點地心緯度φ_T計算得到換極彈道參數,由計算得記換極彈道落點經度為

(5)計算換極坐標系彈道側向包絡

由式(15)計算換極彈道縱程

其中，R_e為地球半徑；

將代入式(16)，可計算得到換極彈道側向包絡寬度

其中，模型系數a_i由第一步確定；

將換極彈道側向包絡描述為長度為寬度為的矩形，其邊界由式(17)確定，

其中，為換極系側向包絡東向下邊界，為換極系側向包絡東向上邊界；為換極系側向包絡北向下邊界，為換極系側向包絡北向上邊界；

(6)計算一般坐標系彈道三維包絡

按照東向dλ、北向dφ的間隔將由式(17)確定的換極坐標系彈道側向包絡剖分為互不重疊的若干網格，記網格節點坐標為

由步驟(3)所述坐標轉換關系，計算一般坐標系網格節點坐標N(λ_n，φ_n)，由N(λ_n，φ_n)確定的區域即為一般坐標系彈道側向包絡區域。

2.根據權利要求1所述的臨近空間大范圍機動彈道三維包絡計算方法，其特征在于：考慮機動和偏差進行蒙特卡羅打靶，以彈道高度范圍的m倍作為彈道包絡的垂向范圍ΔH。