The invention relates to a high-precision reentry guidance method for high-altitude UAV. The first step is to complete the multi-source interference analysis of aerodynamic parameters uncertainty, atmospheric density uncertainty and gust interference in reentry phase, and to establish the equivalent interference dynamics model of high-altitude UAV with above three kinds of air interference. The second step is to design a non-linear interference view according to the dynamic model in the first step. In the third step, proportional navigation law is designed to fulfill the control task requirement; in the fourth step, the composite proportional navigation controller is designed by using the second step of interference estimation and the third step of proportional navigation law to complete the high-precision reentry guidance method of high altitude unmanned aerial vehicle. The invention adopts a high precision reentry guidance method combining disturbance observer and proportional navigation, which has strong engineering practicability, is suitable for the reentry guidance system of high altitude unmanned flight system, and is also suitable for the cruise section and fault-tolerant control of aircraft.
【技术实现步骤摘要】
一种高空无人飞行器高精度再入制导方法
本专利技术涉及一种高空无人飞行器高精度再入制导方法,可以解决具有气动参数不确定、大气密度不确定及阵风干扰的高空无人飞行器抗干扰再入制导问题。
技术介绍
随着飞行器技术的发展,高空无人飞行器成为近期热门研究对象,包括导弹及高超声速飞行器等,此类对象具有快速性、航程远、精度高等优点。高空无人飞行器的再入段是整体任务过程的关键时期,高精度再入制导与控制是再入过程的关键技术,但所面临的气动参数不确定、大气密度不确定及阵风干扰多源干扰问题严重影响了再入过程的高精度需求。高空无人飞行器再入制导过程飞行跨度较大,可从高于地面100km的再入点飞行至地面上某一目标点,这一过程中空间环境变换复杂。现有技术无法实时准确测量或估计气动参数、大气密度等环境参数,工程中有研究表明,再入段的气动参数不确定高达15%~20%,大气密度不确定也可达到10%左右,这就造成所建立的模型中存在气动参数不确定及大气密度不确定干扰。同时,近空间内存在的阵风干扰严重影响高空飞行器的飞行轨迹与姿态,对系统产生一定误差。气动参数不确定、大气密度不确定及阵风干扰这三种干扰,对解决高空无人飞行器的高精度再入制导问题带来巨大的挑战,严重影响再入任务的准确性。可见设计具备抗干扰能力的高空无人飞行器高精度再入制导方法尤为重要。目前,针对高空无人飞行器再入制导问题,国内外学者也做出了大量的研究。专利申请号为201410228163.5中提出一种基于高精度纵横程解析预测的再入制导律,专利申请号为201710256646.X中针对高超声速飞行器跟踪目标问题,提出基于气动加速度通道的 ...
【技术保护点】
1.一种高空无人飞行器高精度再入制导方法,其特征在于:包括以下步骤:第一步,完成再入段气动参数不确定、大气密度不确定及阵风干扰的多源干扰分析,并建立含有以上三种干扰的高空无人飞行器等价干扰动力学模型;第二步,根据第一步中的所述动力学模型,设计非线性干扰观测器对高空无人飞行器再入段受到的等价干扰进行估计,得到干扰估计值;第三步,设计比例导引律,完成控制任务需求;第四步,利用第二步的干扰估计值和第三步的比例导引律设计复合比例导引控制器,完成高空无人飞行器的高精度再入制导方法;所述第一步中,完成再入段气动参数不确定、大气密度不确定及阵风干扰的多源干扰分析,并建立含有以上三种干扰的高空无人飞行器等价干扰动力学模型:
【技术特征摘要】
1.一种高空无人飞行器高精度再入制导方法,其特征在于:包括以下步骤:第一步,完成再入段气动参数不确定、大气密度不确定及阵风干扰的多源干扰分析,并建立含有以上三种干扰的高空无人飞行器等价干扰动力学模型;第二步,根据第一步中的所述动力学模型,设计非线性干扰观测器对高空无人飞行器再入段受到的等价干扰进行估计,得到干扰估计值;第三步,设计比例导引律,完成控制任务需求;第四步,利用第二步的干扰估计值和第三步的比例导引律设计复合比例导引控制器,完成高空无人飞行器的高精度再入制导方法;所述第一步中,完成再入段气动参数不确定、大气密度不确定及阵风干扰的多源干扰分析,并建立含有以上三种干扰的高空无人飞行器等价干扰动力学模型:其中,地心到飞行器质心距离r、飞行器所在经度θ、飞行器所在纬度φ、飞行器相对地球速度V、航迹方向角ψ和航迹倾角γ;分别为r、θ、φ、V、ψ、γ的一阶导数;σ为飞行器倾侧角,g为引力加速度,d1、d2、d3表示阵风等价干扰,d4、d5、d6表示气动参数不确定与大气密度不确定的等价干扰;L与D分别表示升力加速度与阻力加速度,表达式形式如下:其中,ρ为大气密度,S是飞行器的参考面积,m为飞行器的质量,CL与CD分别为整体的升力系数与阻力系数,升力系数与阻力系数的气动参数模型如下:其中,Ma为马赫数,α为攻角;CL1、CL2、CL3、CL4分别为升力系数的二阶攻角系...
【专利技术属性】
技术研发人员:乔建忠,张丹瑶,郭雷,朱玉凯,李振兴,
申请(专利权)人:北京航空航天大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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