【技术实现步骤摘要】
一种基于解析预测的滑翔飞行器三维再入制导方法
本专利技术涉及飞行器动力学与制导领域，具体涉及一种基于解析预测的滑翔飞行器三维再入制导方法，可广泛应用于高超声速飞行器、载人飞船等滑翔再入飞行器制导方法计算中，为其弹道规划和制导提供支撑，具有广阔的应用前景和价值。
技术介绍
自滑翔飞行器(滑翔再入飞行器)问世以来，航天飞机基于二维阻力加速度剖面的制导方法在传统再入制导方法研究中备受青睐。以此为基础，研究人员针对不同应用背景扩展提出了一些改进的阻力加速度剖面跟踪制导方法。这些改进方法主要从两方面来考虑：在纵向上，改善纵向跟踪制导律，提高制导方法对大范围偏差的收敛效率；在侧向上，兼顾侧向任务需求，改进倾侧翻转策略，以适应大横程机动和初始大横程偏差等任务的控制精度要求。这些研究对于提高滑翔飞行器制导精度和任务适应能力具有一定的效果，但由于航天飞机基于二维阻力加速度剖面制导方法是基于再入弹道为大圆弧的基本假设，本质上难以将侧向机动任务能力要求纳入剖面设计中加以考虑，因此，无法满足大范围机动滑翔飞行器再入制导要求。针对这个问题，诸多学者开始着手研究三维制导方法来解决大侧向机动滑...
【技术保护点】
1.一种基于解析预测的滑翔飞行器三维再入制导方法，其特征在于实施步骤包括：1)考虑滑翔飞行器在飞行过程中热流密度、过载、动压的约束条件以及攻角、倾侧角的约束条件，构建以纵向升阻比、侧向升阻比和能量为标架的三维飞行走廊；2)基于滑翔飞行器运动的预测模型在所述三维飞行走廊内直接设计飞行剖面，所述飞行剖面包括纵向升阻比‑能量剖面LD1(E)和侧向升阻比‑能量剖面LD2(E)；3)根据滑翔飞行器的终端交班点是否有进入角度要求确定倾侧翻转策略，并利用滑翔飞行器运动的预测模型求解飞行轨迹确定终端交班点的终端经纬度，获得侧向轨迹控制精度；4)设置迭代终端允许的预测纵程误差和预测侧程误差，...
【技术特征摘要】
1.一种基于解析预测的滑翔飞行器三维再入制导方法，其特征在于实施步骤包括：1)考虑滑翔飞行器在飞行过程中热流密度、过载、动压的约束条件以及攻角、倾侧角的约束条件，构建以纵向升阻比、侧向升阻比和能量为标架的三维飞行走廊；2)基于滑翔飞行器运动的预测模型在所述三维飞行走廊内直接设计飞行剖面，所述飞行剖面包括纵向升阻比-能量剖面LD1(E)和侧向升阻比-能量剖面LD2(E)；3)根据滑翔飞行器的终端交班点是否有进入角度要求确定倾侧翻转策略，并利用滑翔飞行器运动的预测模型求解飞行轨迹确定终端交班点的终端经纬度，获得侧向轨迹控制精度；4)设置迭代终端允许的预测纵程误差和预测侧程误差，模拟滑翔飞行器基于初始飞行剖面飞行，当误差超过预测纵程误差时进行纵向升阻比-能量剖面LD1(E)更新使得误差在预测纵程误差内；在完成纵向升阻比-能量剖面LD1(E)更新后，模拟滑翔飞行器基于初始飞行剖面飞行，当误差超过预测侧程误差时进行侧向升阻比-能量剖面LD2(E)更新；按照飞行剖面设计要求增加或者更新1～2次倾侧翻转节点，完成飞行剖面的更新；5)根据设计的飞行剖面可得参考倾侧角σref，通过跟踪由飞行剖面确定的参考阻力加速度即可实现对侧向升阻比剖面的跟踪得到参考倾侧角变化量Δσ；根据当前高度h和对应的能量E代入升力系数CL的函数求出参考攻角αref，根据纵向反馈系数和速度倾角计算出攻角变化量Δα；将参考倾侧角σref、参考倾侧角变化量Δσ相加后作为倾侧角指令，将参考攻角αref、攻角变化量Δα相加后作为攻角指令。2.根据权利要求1所述的基于解析预测的滑翔飞行器三维再入制导方法，其特征在于，步骤1)中热流密度、过载、动压的约束条件如式(1)所示，攻角、倾侧角的约束条件如式(2)所示；式(1)中，kH为常系数，ρ表示大气密度，v表示滑翔飞行器的速度，表示最大热流密度，qmax表示最大动压，D表示气动阻力加速度，L表示气动升力加速度，g0表示海平面重力加速度，nmax表示最大过载；式(2)中，α表示攻角，αmin表示攻角最小值，αmax表示攻角最大值；σ表示倾侧角，σmin表示倾侧角最小值，σmax表示倾侧角最大值。3.根据权利要求1所述的基于解析预测的滑翔飞行器三维再入制导方法，其特征在于，步骤1)中构建以纵向升阻比、侧向升阻比和能量为标架的三维飞行走廊的步骤包括：1.1)在给定的能量条件和攻角条件下，针对倾侧角σ从最大负倾侧角遍历至最大正倾侧角，获得当前能量和攻角条件下的所有纵、侧向升阻比如式(3)所示；式(3)中，LD1表示纵向升阻比，LD2表示侧向升阻比，L1表示纵向气动升力加速度、L2表示侧向气动升力加速度、D表示气动阻力加速度，LD表示升阻比，σ表示滑翔飞行器的倾侧角，表示定义为；1.2)在得到所有纵、侧向升阻比的基础上，分别遍历能量和攻角，得到以纵向升阻比、侧向升阻比和能量为标架的三维飞行走廊。4.根据权利要求1所述的基于解析预测的滑翔飞行器三维再入制导方法，其特征在于，步骤2)的详细步骤包括：基于滑翔飞行器运动的预测模型，根据滑翔飞行器初始状态、终端交班点要求需求确定纵向升阻比在能量E的指定能量区间的状态确定纵向升阻比LD1，由侧向机动任务需求确定侧向升阻比在能量E的指定能量区间的状态确定侧向升阻比LD2，得到纵向升阻比-能量剖面LD1(E)和侧向升阻比-能量剖面LD2(E)构成的飞行剖面，完成飞行剖面的设计。5.根据权利要求4所述的基于解析预测的滑翔飞行器三维再入制导方法，其特征在于，所述滑翔飞行器运动的预测模型的函数表达式如式(4)所示；式(4)中，表示换极坐标系下的经度，Θ0表示0阶预测换极经度，Θ1表示1阶预测换极经度的修正量；表示换极坐标系下的纬度，表示换极地心坐标系下的飞行器初始速度方位角，E0表示初始能量，E表示预测点能量，表示等效侧向升阻比，表示换极地心坐标系下的速度倾角，xE表示能量变量，μ表示地球引力系数，r表示地心距；表示换极坐标系下速度方向与赤道的夹角、且东偏北为正；其中0阶预测换极经度Θ0的函数表达式如式(5)所示，1阶预测换极经度的修正量Θ1的函数表达式如式(6)所示；式(5)和式(6)中，E0表示初始能量，E表示预测点能量，表示等效纵向升阻比，xE表示能量变量，μ表示地球引力系数，r表示地心距，表示0次近似方程关于纬度方位角的0阶解，表示0次近似方程关于速度方位角的0阶解。6.根据权利要求4所述的基于解析预测的滑翔飞行器三维再入制导方法，其特征在于，所述纵向升阻比、侧向升阻比的函数表达式如式(7)和式(8)所示；式(7)和式(8)中，LD1表示纵向升阻比，LD10表示初始纵向升阻比，LD1E表示纵向升阻比在指定能...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢愈，彭双春，朱恒伟，潘亮，范锦秀，陈璟，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43
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