【技术实现步骤摘要】
一种高马赫飞行器机动突防策略设计方法
[0001]本专利技术提供了一种基于纵横向快速解耦控制和最优机动突防策略的高马赫飞行器机动突防策略设计方法，属于航空航天
技术介绍
[0002]近年来，随着各军事大国不断发展升级拦截系统并逐渐建立起完备且多层次的导弹防御系统，防御体系逐渐趋于体系化、全球化、智能化，传统飞行器将很难实现对既定目标的突防打击。当前，作战空域包括末段高低层、中段大气层外甚至助推段等，拦截方式包括动能碰撞式、破片杀伤式和定向能等多种方式，拦截目标包括传统弹道导弹、巡航导弹等。高马赫飞行器一般指飞行速度大于5马赫，采用滑翔或者以吸气式发动机为动力等方式的新型飞行器。高马赫飞行器由于自身速度较高以及采用机动后不容易被弹道预报，具有突破当今世界上已知的反导拦截系统的潜力，已经成为世界各国的研究热点。
[0003]高马赫飞行器一般在临近空间中高速飞行，由于临近空间飞行环境较为恶劣，为了保证飞行器的稳定安全，需要严格保证热流密度、过载和动压等满足约束条件。同时，为了应对日益发展完备的导弹防御体系在攻防对...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高马赫飞行器机动突防策略设计方法，其特征在于：它包括以下几个步骤：步骤一：高马赫飞行器动力学和运动学建模:在平面大地假设下建立高马赫飞行器的三自由度质点动力学和运动学模型；步骤二：运用反馈线性化控制方法求解纵向制导指令：通过反馈线性化控制分别对等弹道倾角、等高与等速飞行设计相应的纵向平面制导律，得到纵向控制量方程，保证高马赫飞行器能够稳定的保持等高等速巡航飞行状态以及起飞和降落；步骤三：纵横向快速解耦解算飞行控制量：通过弹道倾角的动力学微分方程得到高马赫飞行器在指定横向机动过载下控制量需要满足的关系，然后和步骤二中的纵向控制量方程联立通过快速解耦方法计算攻角、倾侧角和推力控制量；步骤四：飞行器机动突防策略设计：通过极值原理求解使拦截系统模型脱靶量最大的最优机动突防策略，计算机动控制指令方向切换的时刻，完成高马赫飞行器机动突防策略的设计。2.根据权利要求1所述的一种高马赫飞行器机动突防策略设计方法，其特征在于：在步骤一中，三自由度质点动力学运动学模型如下：骤一中，三自由度质点动力学运动学模型如下：骤一中，三自由度质点动力学运动学模型如下：骤一中，三自由度质点动力学运动学模型如下：骤一中，三自由度质点动力学运动学模型如下：骤一中，三自由度质点动力学运动学模型如下：其中，x,y,z为平面大地位置坐标，x轴方向指向北，y轴方向指向上，z轴方向由右手法则决定，V为高马赫飞行器相对地球的速度，γ为相对速度与平面大地之间的航迹角，ψ为相对速度与正北方位之间的航向角，α为飞行器的攻角，σ为飞行器的侧倾角，g＝μ/r2是重力加速度，μ为地球重力加速度常数，T为推力，升力L和阻力D的计算公式如下：加速度，μ为地球重力加速度常数，T为推力，升力L和阻力D的计算公式如下：其中，q＝ρV2/2是飞行过程中的动压，C
l
是升力系数，C
d
是阻力系数，S
ref
是飞行器的参考面积，m为飞行器质量，ρ为大气密度，大气密度通过标准大气模型给定。3.根据权利要求2所述的一种高马赫飞行器机动突防策略设计方法，其特征在于：在步骤二中，设巡航高度为r
r
并且将高度误差的变化规律设计为二阶环节，将速度与弹道倾角的动力学方程(4)、(5)带入到式(2)的二阶导数表达式，然后结合误差动力学方程得到如下
所示的反馈形式的控制律：其中，r为飞行高度，r
r
为期望巡航飞行高度，ξ为典型的阻尼系数，为高度误差的2阶环节的自然振动频率；如果控制量能满足上述关系，那么飞行器在高度方向上的误差将呈指数形式递减，最后收敛到零，从而保持等高飞行。4.根据权利要求2所述的一种高马赫飞行器机动突防策略设计方法，其特征在于：在步骤二中，设巡航速度为V
r
并且将速度误差累计项的变化规律设计为二阶环节，将速度的动力学方程(4)带入速度误差累计项动力学方程得到如下所示的反馈制导律其中，V为飞行速度，V
r
为期望巡航飞行速度，ξ同样为典型的阻尼系数，ω
n
为速度误差的2阶环节的自然振动频率；如果控制量能满足上述关系，那么飞行器在速度上的误差将逐渐收敛到零，从而保持等速飞行。5.根据权利要求2所述的一种高马赫飞行器机动突防策略设计方法，其特征在于：在步骤二中，设需要的弹道倾角为γ
r
并且将弹道倾角误差累计项的变化规律设计为二阶环节，将弹道倾角的动力学方程(5)带入弹道倾角误差累计项动力学方程得到如下所示的反馈制导律其中，γ为弹道倾角，γ
r
为期望弹道倾角，ξ同样为典型的阻尼系数，ω
γ
为弹道倾角误差的2阶环节的自然振动频率；当所作用的控制量满足上式关系，则飞行器的弹道倾角将跟踪上所需的弹道...
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