[发明专利]一种临近空间高超声速滑翔弹头跳跃弹道预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种弹道预测方法，特别是一种针对临近空间高超声速滑翔弹头跳跃弹道的预测方法。

背景技术

临近空间高超声速滑翔弹头是一种能够在临近空间无动力滑翔数千至一万余公里，并具有较强的侧向机动能力和突防性能，能携带核弹头或常规弹头实施远距离快速打击,这类飞行器由于具有较高的升阻比，且在大气层内长时间飞行，其运动轨迹往往呈现出“跳跃”特征。

从国内外目前弹道预报的研究情况来看，国外对弹道预测方法的研究仅限于弹道导弹方面，对机动目标预测方法的研究未见公开报道。而国内对弹道预测方法的研究也主要集中在弹道导弹方面，对机动目标弹道预测方法的仅有的研究结果是采用目标机动当前统计模型，利用卡尔曼预报原理向前简单地推算,没有考虑目标的气动力等复杂情况。总之，目前还没有对高超声速滑翔弹头进行高精度弹道预测的方法。

发明内容

本发明是要解决现有方法对机动目标弹道预测精度低的问题，而提供一种临近空间高超声速滑翔弹头跳跃弹道预测方法。

一种临近空间高超声速滑翔弹头跳跃弹道预测方法，它按以下步骤实现：

一、高超声速滑翔弹头的弹道方程的建立；

建立临近空间高超声速滑翔弹头的弹道方程，包括气动力计算方程、加速度计算方程、速度和位置计算方程、速率和弹道角计算方程，以及姿态角计算方程；

综合计算方程，得到高超声速滑翔弹头质心运动速度和位置方程如式(1)～(3)所示：

其中，x_I、y_I和z_I代表高超声速滑翔弹头在地心惯性坐标系中的位置，代表高超声速滑翔弹头的位置到地球中心的距离,和则代表高超声速滑翔弹头在地心惯性坐标系中的速度，a_axI、a_ayI和a_azI代表气动力产生的高超声速滑翔弹头机动加速度在地心惯性坐标系中的分量，μ为引力参数；

二、高超声速滑翔弹头的跟踪滤波器设计；

设计高超声速滑翔弹头的运动轨迹跟踪卡尔曼滤波器，实时地跟踪并估计高超声速滑翔弹头的位置、速度和加速度；

其中，所述高超声速滑翔弹头的运动轨迹跟踪卡尔曼滤波器为

上式中，代表滤波器i第k步的状态估计值，代表滤波器i从第k步到第k+1步的状态预报值，P_i(k)代表滤波器i第k步的状态估计误差协方差矩阵，P_i(k+1/k)代表滤波器i从第k步到第k+1步的状态预报误差协方差矩阵，Q_i为滤波器i模型预报误差协方差矩阵；

所述运动轨迹跟踪卡尔曼滤波器的测量修正方程为

其中，上标^T代表矩阵转置运算，上标^-1代表矩阵求逆运算，滤波器i的测量矩阵

H_i＝[1 0 0],i＝x,y,z(7)

R_i为滤波器i测量误差协方差矩阵，I代表单位矩，K_i(k+1)代表滤波器i第k+1步的滤波增益矩阵，η_i(k+1)代表滤波器i第k+1步的测量信息，P_i(k+1)代表滤波器i第k+1步的状态估计误差协方差矩阵；

三、高超声速滑翔弹头的弹道预测；

(三一)根据步骤二中运动轨迹跟踪卡尔曼滤波器跟踪结束kT时刻的高超声速滑翔弹头的加速度，其中，k为大于0的整数，T为计算周期，一般可取T＝0.01s，应用步骤一中的临近空间高超声速滑翔弹头的加速度计算方程求出跟踪结束kT时刻临近空间高超声速滑翔弹头的气动力产生的加速度，并根据跟踪结束kT时刻高超声速滑翔弹头的速度，应用步骤一中的临近空间高超声速滑翔弹头的弹道角计算方程计算其弹道角；

(三二)根据计算出来的kT时刻临近空间高超声速滑翔弹头的气动力产生的加速度和弹道角,结合步骤一中的临近空间高超声速滑翔弹头的气动力计算方程和姿态角计算方程估算跟踪结束kT时刻高超声速滑翔弹头飞行时的攻角和姿态角；