[發明專利]高超聲速飛行器再入滑翔段軌跡規劃方法和系統

有效

• 申請號: 202011522906.1
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112256064B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 宋佳;孫明明;趙凱
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 安衛靜

本發明提供了一種高超聲速飛行器再入滑翔段軌跡規劃方法和系統，應用于處于滑翔段的高超聲速飛行器，包括：建立高超聲速飛行器所在的目標坐標系；目標坐標系包括：速度坐標系，航跡坐標系和機體坐標系；基于目標坐標系，建立高超聲速飛行器的運動學模型和動力學模型；基于運動學模型和動力學模型，構建高超聲速飛行器所在滑翔段的人工勢場和再入走廊；人工勢場包括：引力勢場和斥力勢場；基于人工勢場計算得到高超聲速飛行器所受虛擬力，并基于虛擬力和再入走廊確定高超聲速飛行器的滑翔軌跡。本發明緩解了現有技術中存在的軌跡規劃方法復雜度高、對實時計算能力的要求高的技術問題。

技術領域

本發明涉及飛行器智能任務規劃技術領域，尤其是涉及一種高超聲速飛行器再入滑翔段軌跡規劃方法和系統。

背景技術

高超聲速飛行器從發射到返回地面一共要經歷五個階段，包括：助推段、慣性段、再入拉起段、滑翔段和下壓攻擊段。其中滑翔段是指高超聲速飛行器穩定在臨近空間飛行的階段，這段空域包括從地球表面100公里以外到地球表面20公里以上的區域，要經歷高超聲速和超聲速等飛行階段，外界環境條件變化劇烈，嚴重影響飛行器的空氣動力學特性。為了保證高超聲速飛行器滑翔段的安全可靠飛行，各國多個機構均開展了對高超聲速再入氣動防熱及再入制導等問題的研究，并對高超聲速飛行器再入及滑翔飛行提出了許多安全性約束。在解決了這個制約飛行器生存的問題之后，隨之產生了需要從威力、命中精度和突防能力等方面提高有效載荷打擊能力的問題，進而出現了機動再入飛行。

高超聲速滑翔飛行器具有速度快，航程遠、機動性強等許多優勢。但其飛行過程受到復雜的氣動力和動壓、熱流、過載等非線性過程約束，以及敵方靜態/動態威脅區的攔截，使其軌跡規劃成為一個富有挑戰性的問題，這也是目前航空航天領域的研究熱點。

無動力滑翔指高超聲速再入飛行器采用升力外形，依靠氣動力控制，跨越大氣層飛行，從而實現快速遠程攻擊或物資投送。隨著美國X-33、X-37等可重復使用運載器(Reusable Launch Vehicle，RLV)驗證機研制的開展，滑翔段軌跡規劃一直是近年來航空航天領域的研究熱點。目前智能軌跡規劃算法主要包括A*算法、偽譜法、蟻群算法、粒子群算法、神經網絡算法、遺傳算法、模擬退火算法、模糊邏輯算法以及人工勢場法等。

在眾多的算法中，人工勢場法是其中最接近工程應用的算法。但是人工勢場法也有其固有的缺點，即存在局部最小值，以及目標不可達問題。近年來，研究學者對人工勢場法提出了很多改進措施，但是，目前對人工勢場法的改進措施在解決問題的同時，增加了軌跡規劃方法的復雜度，提高了對實時計算能力的要求，且絕大多數改進措施是針對二維空間的軌跡規劃的，針對三維空間飛行器軌跡規劃方法較少。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種高超聲速飛行器再入滑翔段軌跡規劃方法和系統，以緩解現有技術中存在的軌跡規劃方法復雜度高、對實時計算能力的要求高的技術問題。