[发明专利]一种空天飞行器巡航段快速抗干扰制导方法

说明书

本发明涉及一种空天飞行器巡航段快速抗干扰制导方法。针对空天飞行器巡航段存在气动参数不确定性及阵风干扰而导致制导精度下降的问题，第一步，完成气动参数不确定性和阵风干扰等多源干扰影响及传递机理分析并建立含有等价干扰的飞行器动力学模型；第二步，根据第一步中建立的动力学模型，设计滑模干扰观测器，对飞行器在巡航段受到的等价干扰进行快速估计，并得到干扰估计值；第三步，考虑无干扰影响的飞行器动力学模型，设计比例导引控制律；第四步，利用第二步获得的干扰估计值和第三步的比例导引控制律设计具有抗干扰能力的复合比例导引控制器，完成空天飞行器巡航段快速抗干扰制导。本发明具有响应速度快，制导精度高，工程实用性强的特点。

技术领域

本发明涉及空天飞行器抗干扰的技术领域，具体涉及一种空天飞行器巡航段快速抗干扰制导方法。

背景技术

空天飞行器是具有快速反应机动能力的一类战略性前沿飞行器，例如飞行速度超越马赫数5的高超声速飞行器。其所具有的强大的军事应用前景，在世界上掀起了研究和发展相关技术的热潮。

空天飞行器的战略意义在于高机动性，例如高超声速导弹，如果其无法在巡航段克服气动阻力保持高速飞行，将无法满足快速打击的任务需求。然而飞行器巡航段飞行过程中所面临的气动参数不确定性和阵风干扰严重影响了巡航过程的高精度要求。在高超声速条件下，飞行器外壳表面烧蚀产生的机体气动外形变化问题不可避免；同时，大多数空天飞行器采用了轻质材料，在飞行过程中由于气流的扰动等因素作用极易发生气动弹性振动，以上飞行器飞行过程中的各种复杂的力学过程不可能完全精细地考虑在用于控制设计的飞行器控制模型中，从而产生气动参数不确定的模型误差干扰。另外，空天飞行器巡航所在的大气空间内，有时空气对流强烈，阵风干扰将会直接影响飞行器飞行轨迹与姿态。上述特点使得空天飞行器巡航段的高精度制导方法设计非常具有挑战性，因此，设计具备快速抗干扰能力的空天飞行器巡航制导方法尤为重要。

目前，针对空天飞行器巡航段制导问题，国内外学者也进行了大量研究。中国专利申请号为201210258036.0中提出了一种挠性高超声速飞行器的精细抗干扰跟踪控制器，但专利中采用的模型为纵向模型，仅适用于不允许出现横侧向运动的飞行器。中国专利申请号为201510102948.2中提出了一种高超声速飞行器滑翔飞行段的纵向制导方法，但未考虑飞行过程中不可避免的各类干扰，且采用纵向模型为研究对象，忽略了实际模型中的复杂耦合。文章《高超声速飞行器巡航段多约束制导方法》以三自由度动力学方程为模型，设计了一种满足多种飞行过程约束的最优制导律，但未考虑复杂环境下的抗干扰问题。中国专利申请号为201310327296.3中提出了一种具有输入饱和的近空间飞行器鲁棒控制方法，该方法将系统不确定性与干扰分为慢回路与快回路两个子系统，对于慢回路系统采用自适应法处理系统中的复合干扰，对于快回路系统利用非线性干扰观测器对复合干扰进行处理，用普通滑模方法进行控制器设计并考虑饱和问题，但非线性干扰观测器通过合理设计即使能够保证干扰观测误差收敛，收敛速度也较慢，观测误差存在时间越长，结果与理想轨迹的偏差就越大，无法满足飞行在复杂环境的高超声速飞行器对于高精确性的要求。文章《基于轨迹线性化方法的近空间飞行器鲁棒自适应控制》利用单隐层神经网络的函数逼近能力和被控对象分析模型的有用信息构建一种单隐层神经网络干扰观测器，用于在线估计系统中存在的不确定性，但这种干扰观测器只能对离线学习时考虑到的状态不确定性进行估计，具有一定的局限性。

综上所述，现有方法缺乏对空天飞行器所面临的强不确定性、阵风干扰等多源干扰的有效分析和处理，无法在高需求任务下确保空天飞行器的快速、高精度巡航制导，亟需设计一种具有快速抗干扰能力的空天飞行器巡航制导方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术抗干扰能力弱的不足，解决含有气动参数不确定性及受到阵风等干扰的飞行器快速抗干扰高精度巡航制导问题，提供一种结合滑模干扰观测器和比例导引控制律的巡航制导方法。