[發(fā)明專利]一種基于凸優(yōu)化的考慮飛行時間的再入制導(dǎo)方法

在審

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• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112558475A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張旭輝;李永遠(yuǎn);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(quán)）人: 中國運載火箭技術(shù)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

本發(fā)明涉及一種基于凸優(yōu)化的考慮飛行時間的再入制導(dǎo)方法：(1)、建立飛行器再入段動力學(xué)模型；(2)、定義一種二次函數(shù)余弦形式的傾側(cè)角變化曲線及其控制參數(shù)；(3)、建立航向角誤差走廊，對傾側(cè)角的符號進(jìn)行反轉(zhuǎn)，確定傾側(cè)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(guī)劃問題模型；(5)、將軌跡規(guī)劃問題模型轉(zhuǎn)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(shù)，將非線性方程組求解問題轉(zhuǎn)化為凸優(yōu)化問題模型；(7)、應(yīng)用凸優(yōu)化求解算法對步驟(6)的凸優(yōu)化問題模型進(jìn)行快速精確求解，得到二次函數(shù)余弦形式的傾側(cè)角變化曲線及其控制參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于凸優(yōu)化的考慮飛行時間的再入制導(dǎo)方法，屬于再入飛行器先進(jìn)制導(dǎo)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

現(xiàn)階段常用的再入制導(dǎo)算法分為標(biāo)稱制導(dǎo)法和預(yù)測-校正制導(dǎo)法。標(biāo)稱制導(dǎo)法是指根據(jù)飛行任務(wù)需求指定相應(yīng)的參考軌跡后，實際飛行階段不再重新規(guī)劃新的參考軌跡。標(biāo)稱制導(dǎo)算法具有簡捷，快速的優(yōu)點，但是在面臨飛行任務(wù)變化或機體器件故障等未知事件時下，制導(dǎo)算法的任務(wù)適應(yīng)能力較弱。預(yù)測-校正制導(dǎo)算法需要根據(jù)飛行狀態(tài)和終端落點實時規(guī)劃新的參考飛行軌跡，任務(wù)的適應(yīng)能力強，但是對優(yōu)化快速性要求較高。然而上述方法均未考慮飛行時間約束，需特別針對飛行時間要求，對再入軌跡規(guī)劃和制導(dǎo)算法進(jìn)行研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于凸優(yōu)化的考慮飛行時間的再入制導(dǎo)方法，實現(xiàn)考慮嚴(yán)格飛行時間約束的精確再入制導(dǎo)，在滿足返回位置狀態(tài)精度的條件下，在預(yù)定時間返回地面。

本發(fā)明解決技術(shù)的方案是：一種基于凸優(yōu)化的考慮飛行時間的再入制導(dǎo)方法，該方法包括如下步驟：

(1)、建立飛行器再入段動力學(xué)模型；

(2)、定義一種二次函數(shù)余弦形式的傾側(cè)角變化曲線及其控制參數(shù)；

(3)、建立航向角誤差走廊，對傾側(cè)角的符號進(jìn)行反轉(zhuǎn)，確定傾側(cè)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(guī)劃問題模型；

(5)、將軌跡規(guī)劃問題模型轉(zhuǎn)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(shù)，將非線性方程組求解問題轉(zhuǎn)化為凸優(yōu)化問題模型；

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

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(guān)于傾側(cè)角變化曲線控制參數(shù)函數(shù)，V_f(t^*)為飛行時間約束t^*下終端速度關(guān)于傾側(cè)角變化曲線控制參數(shù)函數(shù)，γ_f(t^*)為飛行時間約束t^*下終端傾角關(guān)于傾側(cè)角變化曲線控制參數(shù)函數(shù)。

所述再入段動力學(xué)模型為：