[發明專利]一種高空無人飛行器高精度再入制導方法

有效

• 申請號: 201711427494.1
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108153323B
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 喬建忠;張丹瑤;郭雷;朱玉凱;李振興
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗

本發明涉及一種高空無人飛行器高精度再入制導方法，第一步，完成再入段氣動參數不確定、大氣密度不確定及陣風干擾的多源干擾分析，并建立含有氣以上三種干擾的高空無人飛行器等價干擾動力學模型；第二步，根據第一步中的動力學模型，設計非線性干擾觀測器對高空無人飛行器再入段受到的等價干擾進行估計，得到干擾估計值；第三步，設計比例導引律完成控制任務需求；第四步，利用第二步的干擾估計值和第三步的比例導引律設計復合比例導引控制器，完成高空無人飛行器的高精度再入制導方法。本發明采用干擾觀測器與比例導引相結合的高精度再入制導方法，具有較強工程實用性，適用于高空無人飛行系統的再入制導系統中，亦適用于飛行器的巡航段及容錯控制。

技術領域

本發明涉及一種高空無人飛行器高精度再入制導方法，可以解決具有氣動參數不確定、大氣密度不確定及陣風干擾的高空無人飛行器抗干擾再入制導問題。

背景技術

隨著飛行器技術的發展，高空無人飛行器成為近期熱門研究對象，包括導彈及高超聲速飛行器等，此類對象具有快速性、航程遠、精度高等優點。

高空無人飛行器的再入段是整體任務過程的關鍵時期，高精度再入制導與控制是再入過程的關鍵技術，但所面臨的氣動參數不確定、大氣密度不確定及陣風干擾多源干擾問題嚴重影響了再入過程的高精度需求。高空無人飛行器再入制導過程飛行跨度較大，可從高于地面100km的再入點飛行至地面上某一目標點，這一過程中空間環境變換復雜?，F有技術無法實時準確測量或估計氣動參數、大氣密度等環境參數，工程中有研究表明，再入段的氣動參數不確定高達15％～20％，大氣密度不確定也可達到10％左右，這就造成所建立的模型中存在氣動參數不確定及大氣密度不確定干擾。同時，近空間內存在的陣風干擾嚴重影響高空飛行器的飛行軌跡與姿態，對系統產生一定誤差。氣動參數不確定、大氣密度不確定及陣風干擾這三種干擾，對解決高空無人飛行器的高精度再入制導問題帶來巨大的挑戰，嚴重影響再入任務的準確性?？梢娫O計具備抗干擾能力的高空無人飛行器高精度再入制導方法尤為重要。

目前，針對高空無人飛行器再入制導問題，國內外學者也做出了大量的研究。專利申請號為201410228163.5中提出一種基于高精度縱橫程解析預測的再入制導律，專利申請號為201710256646.X中針對高超聲速飛行器跟蹤目標問題，提出基于氣動加速度通道的預測校正控制方法，但以上兩個專利均未考慮任務過程中的多源干擾問題。有部分專利考慮了再入段的不確定因素，但存在其它問題：專利申請號為201710370437.8中提出一種基于線性協方差模型預測控制的魯棒再入制導方法，解決不確定因素對落點精度的影響，但該方法模型為線性模型，與實際模型相差較大。專利申請號201610306205.1中提出一種火星著陸器大氣進入段抗干擾復合在線制導方法，但該方法僅考慮了單一干擾源，未考慮多種不確定及干擾的情況。此外，在一些論文中也存在不足：文章《高超聲速風飛行器縱向平面滑翔飛行制導控制方法》提出了基于動態面控制和滑模控制相結合的制導方法，但文章使用的模型為二維平面模型，該模型缺乏工程實用性，且文章未考慮飛行中的高精度控制問題。綜上所述，現有方法缺乏對含有多源干擾情況下的高空無人飛行器動力學建模，且無法解決含有氣動參數不確定、大氣密度不確定及陣風干擾的高空無人飛行器高精度再入制導問題。

發明內容

本發明的技術解決問題是：針對含有氣動參數不確定、大氣密度不確定及陣風干擾的高空無人飛行器再入制導問題，克服現有技術的不足，建立包含多源干擾的動力學模型，利用比例導引與干擾觀測器相結合的方法，設計復合抗干擾再入制導控制器，實現了對氣動參數不確定、大氣密度不確定及陣風干擾的估計與補償，從而提升高空無人飛行器再入制導的魯棒性、精確性和抗干擾能力。

本發明及技術解決方案為：一種高空無人飛行器高精度再入制導方法，其實現步驟如下：

第一步：完成再入段氣動參數不確定、大氣密度不確定及陣風干擾的多源干擾分析，并建立含有氣以上三種干擾的高空無人飛行器等價干擾動力學模型：