一种再入初始段解析式纵向在线轨迹设计及跟踪方法技术

本发明专利技术涉及一种再入初始段解析式纵向在线轨迹设计及跟踪方法，克服了现有LQR跟踪技术的不足，根据高速再入飞行器在稀薄流中飞行的运动学和动力学特点，通过对其运动方程进行适当简化和推导，并基于稀薄流中速率变化对运动学的影响较小的假设，得到对初始交班偏差有较强自适应能力的解析式在线轨迹，并基于最优控制理论，对解析式在线轨迹进行跟踪律的设计，克服环境误差和建模误差，提高终端制导精度。

【技术实现步骤摘要】

【技术保护点】
一种再入初始段解析式纵向在线轨迹设计及跟踪方法，依次包括以下步骤：步骤一、忽略地球自转，建立再入飞行器三自由度无量纲化的动力学和运动学方程如式(1)～(6)所示：dφLdt=VcosΘcosψvrcosφZ---(1)drdt=VsinΘ---(2)dφZdt=-VcosΘsinψvr---(3)dVdt=-D-sinΘr2---(4)dΘdt=1V[Lcosγv-cosΘr2+V2rcosΘ]---(5)dψvdt=1V[-LsinγvcosΘ+V2rcosΘcosψvtanφZ]---(6)上式中，V、r分别为归一化的速率和地心距；Θ为当地弹道倾角；ψv为速度偏角；D、L分别为归一化的阻力和升力；γv为倾侧角；t为归一化的时间；φL、φZ分别为归一化的纵程和横程；采集(1)～(6)所有物理量的初值时，获得上述物理量随时间的变化历程；步骤二、建立当地弹道倾角的解析式（7）：cosΘcx=Kρ(1rβ-1βr2V2)-CL(α)cosγv2βρ1rβ-1βr2V2-1---(7)其中，K为常值，由飞行轨迹的终值或初值决定；ρ为大气密度，为地心距的函数；β为指数大气密度常数；α为攻角；CL(α)为升力系数；获 得（7）中上述参数，通过式(7)获得程序当地弹道倾角Θcx；步骤三、对升力系数进行拟合；首先，依据飞行器的气动特性对飞行器进行俯仰力矩配平；其次，得到配平状态下不同高度、不同马赫数的升力系数随攻角的变化曲线；最后，对升力系数曲线进行一次线性拟合，得到升力系数CL(α)的表达式（8）：CL(α)＝K1α+K2????(8)其中，K1、K2为拟合得到的系数；步骤四、跟踪律的设计；当飞行器允许使用攻角范围小于4度时，采用倾侧角跟踪方式；当飞行器允许使用攻角范围大于等于4度时，采用攻角跟踪方式；当采用倾侧角跟踪方式时，跟踪律如式(9)所示，γ=γcx0+Kfcos(Θcx)-cos(Θ)dρ2βCL(α)---(9)式中的Kf为设计参数，γcx0为程序倾侧角；θcx为，θ当采用攻角跟踪方式时，跟踪律如式（10）所示，α=αcx0+Kfcos(Θcx)-cos(Θ)dρ2βCL(α)---(10)式中的Kf为设计参数，αcx0为程序倾侧角；步骤五：数学仿真验证；根据Kf，结合公式(1)～（10），建立三自由度仿真模型；以蒙特卡洛的方式加入初始交班偏差、大气密度偏差、建模型误差、风干扰，通过 数学仿真，得到纵程偏差ΔφL和横程偏差ΔφZ，进而得到落点偏差Δd；Δd=(ΔφL)2+(ΔφZ)2---(11)根据设计参数Kf对落点偏差的影响规律，采用控制系统PID整定的方法对设计参数Kf进行调节当，当增大或减小参数Kf，Δd值始终是增大，设计结束。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：季登高，黄兴李，郭振西，谢佳，武斌，王军权，
申请(专利权)人：北京临近空间飞行器系统工程研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：