[发明专利]一种基于三维飞行剖面的高超声速飞行器精准弹道快速预测方法

说明书

本发明公开了一种基于三维飞行剖面的高超声速飞行器精准弹道快速预测方法，包括以下几个步骤：一、建立高超声速飞行器空间运动模型；二、将由地球自转引起的惯性力等价为附加气动力，后续基于预测飞行状态进行实时补偿；三、建立换极地心坐标系，通过换极转化获得飞行器换极模型；四、以纵向升阻比、侧向升阻比和能量为坐标标架，设计三维飞行剖面；五、基于小参数摄动策略，求解得到基于三维飞行剖面的高超声速飞行器动力学模型的摄动解析解。本发明基于三维飞行剖面与飞行弹道的直接映射关系，采用小参数摄动策略获得了飞行器弹道的预测解析解，该预测模型具有良好的预测精度与快速性。

技术领域

本发明属于高超声速飞行器快速弹道设计技术领域，特别是涉及一种基于三维飞行剖面的高超声速飞行器精准弹道快速预测方法。

背景技术

高超声速飞行器因其具备快速反应能力、强突防能力、高机动作战及精确打击能力，具有巨大的军事价值和潜在的经济价值，其弹道设计、制导与规划问题已经成为当下的研究热点。

在高超声速飞行器再入飞行过程中，飞行速度快、机动范围大，热流、过载、动压、攻角、倾侧角等约束条件对飞行器机动的影响显著，使得再入弹道预测成为一个复杂多约束条件下的非线性模型求解问题。

当前的弹道快速求解方法多基于简化模型来求解，动力学信息损失较大，预测弹道精度不可控。而直接由动力学积分求解弹道模型将导致计算量大、求解时间长、存储数据多等问题。

因此，设计一种能够克服传统航程预测偏差大导致飞行器能力发挥不充分的问题，能够充分发挥高超声速飞行器的能力优势的高超声速飞行器弹道高精度快速求解方法，是本领域亟需解决的一个技术难题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种基于三维飞行剖面的高超声速飞行器精准弹道快速预测方法。本发明充分发挥高超声速飞行器的能力优势，设计三维飞行剖面，获得飞行器的经度、纬度和弹道偏航角的解析解，为高超声速飞行器快速弹道设计、精确制导和自适应规划提供支撑。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是：

一种基于三维飞行剖面的高超声速飞行器精准弹道快速预测方法，包括以下步骤：

S1.建立高超声速飞行器在半速度坐标系中的空间运动模型。

速度坐标系记为o₁-x_vy_vz_v，该坐标系原点在飞行器的质心o₁，o₁x_v轴沿飞行器速度方向，o₁y_v轴在飞行器主对称面内，垂直于o₁x_v轴，o₁z_v轴垂直于x_vo₁y_v平面，顺着运动方向看去o₁z_v轴指向右方。

返回坐标系也称为地面坐标系,其坐标系原点是飞行器质心在制动时刻的地心矢与标准地球椭球体表面的交点o，oy轴沿o点与制动时刻飞行器质心连线的方向，ox轴在返回制动时刻飞行器运行的轨道平面内，且与oy相互垂直，并指向飞行器的运动方向。三轴构成右手直角坐标系。

定义半速度坐标系o₁-x_hy_hz_h，该坐标系原点o₁为飞行器的质心，o₁x_h轴沿飞行器速度方向，与速度坐标系其o₁x_v方向重合，o₁y_h在返回坐标系xoy平面内垂直于o₁x_h轴，构成右手直角坐标系；