[發明專利]一種基于凸優化的考慮飛行時間的再入制導方法

在審

• 申請號: 202011378645.0
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112558475A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 張旭輝;李永遠;惠俊鵬;黃育秋;陳海鵬;孫光;宋盛菊;程奇峰;劉焱飛;鄭雄;劉丙利;郝宇星;郭晶;姚星合
• 申請（專利權）人: 中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 徐曉艷

1.一種基于凸優化的考慮飛行時間的再入制導方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)、建立飛行器再入段動力學模型；

(2)、定義一種二次函數余弦形式的傾側角變化曲線及其控制參數；

(3)、建立航向角誤差走廊，對傾側角的符號進行反轉，確定傾側角符號；

(4)、建立考慮終端高度約束、終端速度約束、飛行時間約束、終端傾角約束的軌跡規劃問題模型；

(5)、將軌跡規劃問題模型轉化為非線性方程組求解問題模型；

(6)、引入松弛變量和懲罰函數，將非線性方程組求解問題轉化為凸優化問題模型；

(7)、應用凸優化求解算法對步驟(6)的凸優化問題模型進行快速精確求解，得到二次函數余弦形式的傾側角變化曲線及其控制參數。

2.根據權利要求1所述的一種基于凸優化的考慮飛行時間的再入制導方法，其特征在于所述非線性方程組求解問題模型如下：

其中，h^*為終端高度約束，V^*為終端速度約束，γ^*為終端傾角約束，t^*為飛行時間約束，h_f(t^*)為飛行時間約束t^*下終端高度關于傾側角變化曲線控制參數函數，V_f(t^*)為飛行時間約束t^*下終端速度關于傾側角變化曲線控制參數函數，γ_f(t^*)為飛行時間約束t^*下終端傾角關于傾側角變化曲線控制參數函數。

3.根據權利要求1所述的一種基于凸優化的考慮飛行時間的再入制導方法，其特征在于所述再入段動力學模型為：

式中，r為地心矢徑，其無量綱化參數是地球半徑R₀；θ和φ分別是飛行器的經度、緯度；V為飛行器速度，其無量綱化參數為且g₀＝9.81m/s²；γ為航跡角，是速度矢量與當地水平面之間的夾角；ψ為速度方位角，從當地正北方向順時針測量；σ為傾側角；為時間，其無量綱化參數為Ω為地球自轉角速度，其無量綱化參數為D為無量綱化后的阻力加速度，D＝ρ(V_cV)²S_refC_D/(2mg₀)，L為升力加速度L＝ρ(V_cV)²S_refC_L/(2mg₀)，ρ是大氣密度，S_ref是參考面積，m是飛行器質量。

4.根據權利要求1所述的一種基于凸優化的考慮飛行時間的再入制導方法，其特征在于反轉邏輯的數學表達式為：

其中，σⁱ(V)為前一時刻的傾側角符號，Δψ_threshold(V)為航向角誤差門限值。

5.根據權利要求1所述的一種基于凸優化的考慮飛行時間的再入制導方法，其特征在于航向角誤差走廊為基于對數的航向角誤差走廊，所述航向角誤差門限值Δψ_threshold(V)：

其中，μ為起始航向角誤差，η為校正系數。

6.根據權利要求5所述的一種基于凸優化的考慮飛行時間的再入制導方法，其特征在于校正系數η的取值范圍為0.001～0.01。

7.根據權利要求1所述的一種基于凸優化的考慮飛行時間的再入制導方法，其特征在于所述一種二次函數余弦形式的傾側角變化曲線表達式為：

σ(V)＝arccos(cosaV²+bV+c)

其中，σ(V)為傾側角，a、b、c為傾側角變化曲線的控制參數。

8.根據權利要求7所述的一種基于凸優化的考慮飛行時間的再入制導方法，其特征在于所述凸優化問題模型為：

min J＝||ξ||

其中，x為二次函數余弦形式的傾側角變化曲線的控制參數，x＝[a,b,c]，k為迭代次數；

其中，ξ為松弛變量。