[發明專利]一種面向低成本高度表的機動彈道設計方法

有效

• 申請號: 202210672684.4
• 申請日: 2022-06-14
• 公開（公告）號: CN114967749B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 王珣子
• 申請（專利權）人: 北京中科飛鴻科技股份有限公司
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G06F17/12;G06F17/16
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 趙萬凱

本發明公開了一種面向低成本高度表的最優機動彈道設計方法，主要包括高度剖面設計模塊、高度剖面計算模塊、高度剖面應用模塊。其中，高度剖面設計模塊與高度剖面計算模塊相連，用于構建關于高度?剩余航程的函數關系，提取關鍵設計變量。高度剖面計算模塊與高度剖面設計模塊、高度剖面應用模塊、低成本氣壓式高度表相連，用于根據給定的初始條件、終端條件以及設計參數，通過求解方程組得到高度剖面中涉及的多項式系數，進而確定高度剖面的最終形式。高度剖面應用模塊與高度剖面計算模塊相連，用于根據當前運動狀態和高度剖面設計結果生成實時法向過載。與現有“彈道設計?高度測量?彈道修正”的常規思路不同，本發明能夠為高度表提供高度方向速度、加速度、加加速度及更高階導數信息，從彈道規劃層面對高度測量設備進行補償，能夠實現飛行器控制精度和生產使用成本間的最佳平衡。

技術領域

本發明屬于飛行器總體設計領域，涉及一種適應低成本氣壓式高度表的在線彈道規劃方法。

背景技術

本發明以低成本多空域作戰導彈武器為背景，針對其飛行空域大、高度變化快、響應速度高等特點，解決飛行器高控制精度和低成本化間的關鍵矛盾問題。

對于高空大跨域飛行，通常采用氣壓式高度表實現實時高度測量，相應的測量信息將作為彈道控制系統的反饋，進而實現在線制導和任務規劃。氣壓式高度表能夠根據大氣環境實時給出飛行器的飛行高度，是彈上在線測量高度的一種最直接有效的手段，對飛行器的彈道、制導、導航和控制系統極為重要，在航空航天、軍工、民用等領域有著廣泛的應用。氣壓式高度表能夠適應較大的飛行空域和高度變化速率，但其在測量精度上的固有不足，需要通過技術手段予以補償。

目前針對低成本氣壓式高度表的精度補償方案主要有以下幾種：

方案一：借助高精度測量儀、高精度慣組、GPS/北斗導航儀等設備來彌補。對于低成本飛行器而言，上述補償手段通常是不可取的。

方案二：使用高度-氣壓非線性求解器，但受高度和大氣環境間非定常、非線性關系的影響，無法滿足飛行器的高精度控制需求。

現有基于低成本氣壓式高度表的彈道控制方法存在以下缺點：

缺點一：高度信息測量精度和實時性差。低成本氣壓式高度表在大氣環境測量感知精度上稍顯不足，并且不能適應飛行器在高度上較為快速、大幅的變化，無法為強機動高速飛行彈道模式提供準確的信息輸入。

缺點二：提高高度測量信息精度的成本高。低成本高度表在測量精度上的固有不足，通常需要借助高精度測量儀、高精度慣組、GPS/北斗導航儀等設備來彌補；而這些補償手段會大大增加高度測量系統的制造使用成本，不符合經濟性要求。

缺點三：高度-大氣函數關系適應性差。修正海壓法是目前較為常見的氣壓式高度表補償修正方法，而函數擬合法是根據氣壓傳感器實現快速高度計算并修正測量數據的常用手段。但實際上高度與氣壓的關系并非一成不變的，既無法解析確定，又不能采用一種通用的擬合方法全面表述，尤其是飛行器高速飛行且高度劇烈變化的情況。

缺點四：設計約束過強、影響彈道設計靈活性。為了使用低成本氣壓式高度表，通常需要在導彈武器系統的設計過程中施加大量約束條件，如高度區間、高度變化率、高度方向加速度等；這些約束條件大大限制了彈道設計的可行域，無法滿足高動態作戰模式對彈道制導系統提出的需求。

傳統高度表精度補償方式存在成本高、結構復雜、增加總重、抗擾性弱等問題，難以滿足低成本作戰使用方式。本發明提出一種適應低成本高度表的在線彈道規劃方法。與現有“彈道設計-高度測量-彈道修正”的常規思路不同，本發明能夠為氣壓式高度表提供高度方向上的速度、加速度、加加速度及更高階導數信息，從彈道規劃層面對高度測量設備進行補償，能夠實現飛行器控制精度和生產使用成本間的最佳平衡。

發明內容

本發明的目的是提供一種適應低成本高度表的在線彈道規劃方法，具有較好的抗干擾效果、適用性和效率性，無需依賴額外的高成本測量裝置。