[发明专利]包含速度过程约束和多终端约束的空地导弹投放下滑段制导方法

权利要求书

1.包含速度过程约束和多终端约束的空地导弹投放下滑段制导方法，其特征在于：将导弹投放下滑段制导过程分为三段，分别为拉起段、速度控制段、点火制导段制导，通过对各段分别制导，实现导弹投放下滑段制导，具体方法如下：

A、对拉起段进行制导：

导弹高空投放，存在可用加速度不足平衡重力，此时：

L_max-mgcosγ＜0   (1)

-D_max-mgsinγ＞0   (2)

其中，m为导弹的质量；g为重力加速度；γ为导弹当前的弹道倾角；L_max和D_max分别为导弹在最大可用攻角下的升力和阻力：

Lmax=12ρVa2SrefC1maxDmax=12ρVa2SrefCdmax---(3)]]>

其中，ρ为大气密度；V_a为导弹在气流坐标系下的速度；S_ref为导弹的气动参考面积；C_lmax和C_dmax分别为导弹的最大升力系数和最大阻力系数；C_lmax和C_dmax分别为最大攻角对应的升力系数和阻力系数；

上述式(1)和式(2)中有一项成立时，拉起段的制导法向加速度为：

a_n1＝L_max/m-gcosγ   (4)

当式(1)和式(2)均不成立时，拉起段结束；

B、对速度控制段进行制导：

令α＝α_v时，满足：

D_v＝-mgsinγ   (5)

其中，α为导弹的攻角；D_v为平衡导弹重力所需要的阻力；α_v为D_v所对应的攻角；则当α＝α_v时，对应的投放下滑段制导法向加速度a_v为：

av=-LvDvgsinγ-gcosγ---(6)]]>

式（6）中，L_v为攻角α_v所对应的升力；

当导弹的速度小于设定的最大空速约束值时，制导加速度小于a_v；并且随着导弹速度不断逼近最大空速约束值，制导加速度不断逼近a_v，则有：

a_n＝a_v-k_v(V_lim-V_a)   (7)

其中，a_n为投放下滑段制导法向加速度；k_v为速度调节因子，k_v越大则导弹越快逼近最大空速约束值；V_lim为最大空速约束值；

为了保证空速的安全，通过增加空速安全余量来实现，则有：

a_n2＝a_v-k_v(V_lim-ΔV-V_k)   (8)

其中，a_n2为速度控制段的制导法向加速度；ΔV为由根据风速设定的空速安全余量设定；V_k为导弹当前的地速，V_k与空速之间满足如下矢量关系；

V→k=V→a+V→w---(9)]]>

其中，为地速矢量；为空速矢量；为风速矢量；

C、对点火制导段进行制导：

a、利用对流层自由大气的平均风廓模型，获得终端高度的风速估值：

V_wf＝k₂(k₁h_f+b)   (10)

投放下滑段终端的风速估计值；h_f为投放下滑段终点高度；k₁和b为根据当地风速统计获得的平均风廓线参数；k₂为根据导弹投放前的实测风速获得的风速修正参数；

b、得到的点火所需终点空速约束对应的地速约束为：

V_kf＝V_wf+V_af   (11)

V_af由点火条件所限定的投放下滑段终端空速；V_kf为投放下滑段终端地速；

c、利用能量与射程的关系将终端地速约束转化为剩余纵程；

令V_kf对应的投放下滑段的剩余纵程为δx，则：

δx=V‾k2g(γ-γf)-KNmg(ef-e)---(12)]]>

其中，为地速平方的平均；γ_f为投放下滑段终端弹道倾角；K_N为平均升阻比，可简单的取为K_N＝(K_N0+K_Nf)/2，其中K_N0为当前平衡滑翔升阻比，K_Nf为终点平衡滑翔升阻比；e为导弹的比能量，e_f为投放下滑段终点处的比能量，

d、点火段制导：

通过式(12)建立投放下滑段的制导几何关系，根据投放下滑段的制导几何关系，获得线性化的运动方程：

h·=Vkγγ·=(af+u)/Vk---(13)]]>

其中，为高度的导数；为弹道倾角的导数；u为速度控制变量，与投放下滑段制导法向加速度的关系为a_n＝a_f+u；a_f为终端攻角约束所对应的终端法向加速度；选取目标函数为：

J=∫ttfu2/(τ-tf)Ndτ---(14)]]>

其中，τ为当前时刻；N为一个大于零的常数；t_f代表投放下滑段终点时刻；

终端约束为：

h(t_f)＝h_f,γ(t_f)＝γ_f   (15)

求解式(13)、式(14)和式(15)，可得：

u=Vk2/R[-K1sinδ-K2sin(γ-γf)]-(K1/2+K2)af---(16)]]>

其中，为飞行器当前位置与预测终点的距离；δ＝γ-sin^-1[(h_f-h)/R]，为预测终点视线与当前速度的夹角；K₁＝(N+2)(N+3)，K₂＝-(N+1)(N+2)，为制导系数；

取N＝1，则式(16)可化为，

u=Vk2/R[-K1sinδ-K2sin(γ-γf)]---(17)]]>

从而可得点火制导段的制导法向加速度为：

an3=Vk2/R[-K1sinδ-K2sin(γ-γf)]+af---(18)]]>

其中，a_n3为点火制导段的制导法向加速度；

上述速度控制段和点火制导段的制导法向加速度可表示为：

a_n23＝max(a_n2,a_n3)   (19)

综上，得到投放下滑段的制导方法为：