[发明专利]高超声速飞行器俯冲段全量一体化制导控制方法

说明书

技术领域

本发明属于飞行器制导控制领域，特别涉及带落角约束的高超声速飞行器俯冲段全量耦合一体化制导控制方法。

背景技术

高超声速飞行器采用高升阻比外形，可实现远距离自主航行。由于其高飞行马赫数，具有许多突出能力，主要包括快速反应能力、极强突防能力、高效摧毁能力、大机动作战能力等，受到世界各主要国家的高度重视，在军事上具有广泛的应用价值及前景。在俯冲段，高超声速飞行器具有马赫数变化范围大和过载大等特点，飞行器状态会发生剧烈的变化，质心运动和绕质心运动均呈现出快时变、非线性、强耦合和不确定性等特点。传统的飞行器制导控制系统是基于奇异摄动理论对制导子系统和控制子系统进行分离设计，然后将它们整合在一起，并分别验证控制子系统和制导子系统的性能。而高超声速飞行器一体化制导控制设计，是指将高超声速飞行器的制导子系统和控制子系统作为一个整体来进行设计，通过高超声速飞行器与目标的相对运动信息直接产生舵偏角指令。在设计过程中，由于充分考虑了制导子系统与控制子系统之间的相互耦合影响，所以可以提升制导控制系统的整体性能，降低其设计成本，并能提高高超声速飞行器整体系统的可靠性。

在现有的可以查找到的公开文献中，在俯冲段，高超声速飞行器的制导控制系统都是分开设计的，然后再将它们协调在一起。制导子系统常采用的方法有最优制导、滑模制导、俯冲机动闭路制导等方法，而控制子系统常采用的方法有动态逆控制、滑模控制、预测控制、反演控制、自适应控制和自抗扰控制等方法。目前国内外对带落角约束的高超声速飞行器俯冲段的全量一体化制导控制问题的研究还未见公开文献。

发明内容

本发明针对具有落角约束的高超声速飞行器俯冲段制导控制问题，提出一种高超声速飞行器俯冲段的制导控制方法，该方法是基于自适应块动态面反演的一体化制导控制方法。

该方法的基本思路是：首先，基于视线角建立带落角约束的高超声速飞行器相对于目标的质心运动方程，并建立高超声速飞行器的绕质心运动方程；接着，对绕质心运动学方程进行微分同胚，与质心运动方程和绕质心动力学方程联立建立飞行器全量耦合一体化制导控制模型；最后，基于该一体化模型利用自适应块动态面反演方法实现一体化制导控制。

本发明的技术方案是，一种高超声速飞行器俯冲段全量一体化制导控制方法，设高超声速飞行器飞行在俯冲段，在任意时刻利用下述过程进行控制：

首先由传感器测出高超声速飞行器相对于地面系的状态，包括速度v、速度倾角θ、航迹偏航角σ、滚转角速度ω_x、偏航角速度ω_y、俯仰角速度ω_z、俯仰角偏航角ψ、滚转角γ和高超声速飞行器相对于地面系原点的位置在地面系中的分量x、y和z；然后将上述得到的状态量、事先测得的目标相对于地面系的位置信息和控制参数代入到式(1)计算舵偏角向量u→=δzδyδxT,]]>其中，δ_z、δ_y和δ_x分别为高超声速飞行器的俯仰舵偏角、偏航舵偏角和滚转舵偏角；最后利用舵偏角向量对高超声速飞行器进行控制。