[发明专利]一种再入初始段解析式纵向在线轨迹设计及跟踪方法

说明书

技术领域

本发明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，特别是涉及一种针对稀薄流中的无动力再入飞行器，提出解析式在线轨迹设计方法，该轨迹对初始交班偏差有较强的自适应能力。

背景技术

空天飞行器在再入过程中，飞行任务多样，机动范围大，飞行环境复杂，力热约束比较强，导致轨迹优化及制导面临以下几个难点：1.参数不确性大；2.交班偏差大；3.制导设计约束条件较强。

传统的LQR（线性二次型调节）跟踪制导方法由于是在标称轨迹附近进行小扰动线性化，在大初始交班偏差和大参数不确定性情况下，线性化假设不成立，制导效果不佳，导致再入飞行器在稀薄流中的制导能力没有得到合理的利用。因此，有必要对再入初始阶段（稀薄流中飞行）的运动学和动力学特点进行深入研究，从理论上寻求鲁棒性较强，具有一定自适应能力的在线轨迹设计方法及相应的跟踪技术，从而正确认识再入飞行器在稀薄流中的制导能力，对初始交班偏差提出指标要求，并提高再入初始段纵向制导精度。

国内专利（公开号：102880187A），针对一种跳跃式再入飞行器的初次再入段，提出横向制导方法。以再入飞行器速度方向作为转换倾侧角符号的主要依据，通过倾侧角符号提高了横向制导的精度，由于纵向标称轨迹及跟踪律的设计主要是通过调节攻角和倾侧角的大小进行，该方法并不适用于纵向的标称轨迹设计及跟踪。国内专利（公开号：102927851A），针对再入飞行器的末制导段，提出一种基于轨迹在线规划的末制导方法，该方法利用了下压段轨迹的椭圆特征，并实现了在线规划，但是初始下降段并不符合椭圆特征，且初始交班偏差较大，导致该方法在再入飞行器初始段应用不佳，制导精度较差。

国外专利（公开号：US2010250031），给出了大气层内跳跃式再入轨迹的有动力制导方法，首先通过能量制导算法计算一个跳跃式再入飞行轨迹，并将该轨迹参数化，基于预测参数与实测参数的差产生控制信号并驱动动力系统。该方法适用于有动力的飞行器，对于无动力再入飞行器而言，由于其制导是通过调节阻力加速度进行，该方法的制导精度较低，且不能适应较大的交班偏差。

因此亟需提供一种新型的再入初始段解析式纵向在线轨迹设计及跟踪方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种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，克服环境误差和建模误差，提高终端制导精度的再入初始段解析式纵向在线轨迹设计及跟踪方法。

为解决上述技术问题，本发明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)]]>