[發明專利]一種基于三維飛行剖面的高超聲速飛行器精準彈道快速預測方法

有效

• 申請號: 201810414022.0
• 申請日: 2018-05-03
• 公開（公告）號: CN108549785B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 彭雙春;朱恒偉;謝愈;潘亮;范錦秀;陳璟
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 董惠文

本發明公開了一種基于三維飛行剖面的高超聲速飛行器精準彈道快速預測方法，包括以下幾個步驟：一、建立高超聲速飛行器空間運動模型；二、將由地球自轉引起的慣性力等價為附加氣動力，后續基于預測飛行狀態進行實時補償；三、建立換極地心坐標系，通過換極轉化獲得飛行器換極模型；四、以縱向升阻比、側向升阻比和能量為坐標標架，設計三維飛行剖面；五、基于小參數攝動策略，求解得到基于三維飛行剖面的高超聲速飛行器動力學模型的攝動解析解。本發明基于三維飛行剖面與飛行彈道的直接映射關系，采用小參數攝動策略獲得了飛行器彈道的預測解析解，該預測模型具有良好的預測精度與快速性。

技術領域

本發明屬于高超聲速飛行器快速彈道設計技術領域，特別是涉及一種基于三維飛行剖面的高超聲速飛行器精準彈道快速預測方法。

背景技術

高超聲速飛行器因其具備快速反應能力、強突防能力、高機動作戰及精確打擊能力，具有巨大的軍事價值和潛在的經濟價值，其彈道設計、制導與規劃問題已經成為當下的研究熱點。

在高超聲速飛行器再入飛行過程中，飛行速度快、機動范圍大，熱流、過載、動壓、攻角、傾側角等約束條件對飛行器機動的影響顯著，使得再入彈道預測成為一個復雜多約束條件下的非線性模型求解問題。

當前的彈道快速求解方法多基于簡化模型來求解，動力學信息損失較大，預測彈道精度不可控。而直接由動力學積分求解彈道模型將導致計算量大、求解時間長、存儲數據多等問題。

因此，設計一種能夠克服傳統航程預測偏差大導致飛行器能力發揮不充分的問題，能夠充分發揮高超聲速飛行器的能力優勢的高超聲速飛行器彈道高精度快速求解方法，是本領域亟需解決的一個技術難題。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的是提供一種基于三維飛行剖面的高超聲速飛行器精準彈道快速預測方法。本發明充分發揮高超聲速飛行器的能力優勢，設計三維飛行剖面，獲得飛行器的經度、緯度和彈道偏航角的解析解，為高超聲速飛行器快速彈道設計、精確制導和自適應規劃提供支撐。

為實現上述技術目的，本發明的技術方案是：

一種基于三維飛行剖面的高超聲速飛行器精準彈道快速預測方法，包括以下步驟：

S1.建立高超聲速飛行器在半速度坐標系中的空間運動模型。

速度坐標系記為o₁-x_vy_vz_v，該坐標系原點在飛行器的質心o₁，o₁x_v軸沿飛行器速度方向，o₁y_v軸在飛行器主對稱面內，垂直于o₁x_v軸，o₁z_v軸垂直于x_vo₁y_v平面，順著運動方向看去o₁z_v軸指向右方。

返回坐標系也稱為地面坐標系,其坐標系原點是飛行器質心在制動時刻的地心矢與標準地球橢球體表面的交點o，oy軸沿o點與制動時刻飛行器質心連線的方向，ox軸在返回制動時刻飛行器運行的軌道平面內，且與oy相互垂直，并指向飛行器的運動方向。三軸構成右手直角坐標系。

定義半速度坐標系o₁-x_hy_hz_h，該坐標系原點o₁為飛行器的質心，o₁x_h軸沿飛行器速度方向，與速度坐標系其o₁x_v方向重合，o₁y_h在返回坐標系xoy平面內垂直于o₁x_h軸，構成右手直角坐標系；