[發明專利]一種基于解析預測的滑翔飛行器三維再入制導方法

有效

• 申請號: 201811532812.5
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109740198B
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 謝愈;彭雙春;朱恒偉;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: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/15
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 譚武藝

本發明公開了一種基于解析預測的滑翔飛行器三維再入制導方法，本發明實施步驟包括考慮約束條件構建以縱向升阻比、側向升阻比和能量為標架的三維飛行走廊，基于預測模型在三維飛行走廊內直接設計飛行剖面，設計合理的傾側翻轉策略，飛行剖面更新，跟蹤飛行剖面生成傾側角指令和攻角指令。本發明以高精度解析模型為基礎，綜合考慮飛行器目標可達與側向機動任務需求，在考慮諸多約束條件構建的三維飛行走廊內直接設計飛行剖面和翻轉策略，通過剖面跟蹤生成攻角與傾側角指令，從而完成三維再入制導方法的設計，能夠保證動力學信息的完整性，充分發揮滑翔飛行器遠距離大范圍機動條件下的任務自適應能力。

技術領域

本發明涉及飛行器動力學與制導領域，具體涉及一種基于解析預測的滑翔飛行器三維再入制導方法，可廣泛應用于高超聲速飛行器、載人飛船等滑翔再入飛行器制導方法計算中，為其彈道規劃和制導提供支撐，具有廣闊的應用前景和價值。

背景技術

自滑翔飛行器(滑翔再入飛行器)問世以來，航天飛機基于二維阻力加速度剖面的制導方法在傳統再入制導方法研究中備受青睞。以此為基礎，研究人員針對不同應用背景擴展提出了一些改進的阻力加速度剖面跟蹤制導方法。這些改進方法主要從兩方面來考慮：在縱向上，改善縱向跟蹤制導律，提高制導方法對大范圍偏差的收斂效率；在側向上，兼顧側向任務需求，改進傾側翻轉策略，以適應大橫程機動和初始大橫程偏差等任務的控制精度要求。這些研究對于提高滑翔飛行器制導精度和任務適應能力具有一定的效果，但由于航天飛機基于二維阻力加速度剖面制導方法是基于再入彈道為大圓弧的基本假設，本質上難以將側向機動任務能力要求納入剖面設計中加以考慮，因此，無法滿足大范圍機動滑翔飛行器再入制導要求。

針對這個問題，諸多學者開始著手研究三維制導方法來解決大側向機動滑翔飛行器的再入制導問題，并出現了一些能夠在滿足飛行器縱向航程的前提下并在一定程度上兼顧滑翔飛行器的側向機動需求的技術方案。但是，這些技術方案都存在一個不足：攻角方案一般需基于縱向航程需求事先給定，僅依靠調節傾側角來兼顧滑翔飛行器的側向機動需求。作為決定機動能力的一個關鍵控制參數，攻角方案一旦事先確定，即使實際飛行中可以微調，也會使得滑翔飛行器的實際機動能力發揮大大受限。特別是針對有些極限目標，有可能出現滑翔飛行器實際能力可達但由于制導方法受限而難以制導的問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題：針對現有技術的上述問題，提供一種基于解析預測的滑翔飛行器三維再入制導方法，本發明以高精度解析模型為基礎，綜合考慮飛行器目標可達與側向機動任務需求，在考慮諸多約束條件構建的三維飛行走廊內直接設計飛行剖面和翻轉策略，通過剖面跟蹤生成攻角與傾側角指令，從而完成三維再入制導方法的設計，能夠保證動力學信息的完整性，充分發揮滑翔飛行器遠距離大范圍機動條件下的任務自適應能力。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種基于解析預測的滑翔飛行器三維再入制導方法，其特征在于實施步驟包括：

1)考慮滑翔飛行器在飛行過程中熱流密度、過載、動壓的約束條件以及攻角、傾側角的約束條件，構建以縱向升阻比、側向升阻比和能量為標架的三維飛行走廊；

2)基于滑翔飛行器運動的預測模型在所述三維飛行走廊內直接設計飛行剖面，所述飛行剖面包括縱向升阻比-能量剖面LD₁(E)和側向升阻比-能量剖面LD₂(E)；

3)根據滑翔飛行器的終端交班點是否有進入角度要求確定傾側翻轉策略，并利用滑翔飛行器運動的預測模型求解飛行軌跡確定終端交班點的終端經緯度，獲得側向軌跡控制精度；