[发明专利]一种实时解析构造的空天飞行器再入制导方法

权利要求书

1.一种实时解析构造的空天飞行器再入制导方法，其特征在于，包括步骤如下：

1)判断飞行器弹道倾角是否为零，若飞行器弹道倾角不为零，则进入步骤2)，若飞行器弹道倾角为零，则进入步骤3)；

2)将保持飞行器弹道倾角为零作为制导信息，将所述制导信息传递给飞行器控制系统，直至飞行器弹道倾角为零后，进入步骤3)；

3)确定飞行器能量-阻力加速度走廊上界和走廊下界，根据所述飞行器能量-阻力加速度走廊上界和走廊下界，生成飞行器能量阻力加速度特征剖面；

4)修正飞行器能量阻力加速度特征剖面,获得飞行器能量阻力加速度特征剖面的修正量；

5)根据飞行器能量阻力加速度特征剖面的修正量，解析构造再入制导模型；

6)根据所述解析构造的再入制导模型，确定飞行器倾侧角指令；

7)将所述确定的倾侧角指令作为制导信息发送给飞行器控制系统，完成飞行器再入制导工作；

所述步骤3)确定飞行器能量-阻力加速度走廊上界根据下列等式确定，具体为：

所述步骤3)飞行器能量-阻力加速度走廊下界根据下列等式确定，具体为：

其中，q_max为最大动压约束，n_max为最大过载约束，为最大热流密度约束，D_{q max}为动压约束下的飞行器能量-阻力加速度走廊上界，D_{n max}为过载约束下的飞行器能量-阻力加速度走廊上界，为热流密度约束约束下的飞行器能量-阻力加速度走廊上界，D_{EQ min}为平衡滑翔约束下的飞行器能量-阻力加速度走廊下界，C_L为气动升力系数，k_Q为与飞行器外形相关的常值参数，r为飞行器地心距，S_ref为飞行器参考面积，m为飞行器质量，C_D为气动阻力系数，k_Q为与飞行器外形相关的常值参数，v为飞行器速度，g为引力加速度；

所述步骤3)生成的飞行器能量阻力加速度特征剖面，具体为：

根据所述飞行器能量-阻力加速度走廊上界和走廊下界，以飞行器能量为横坐标，以飞行器阻力加速度为纵坐标，生成飞行器能量阻力加速度特征剖面；

A)当E≥E_c时，所述飞行器能量阻力加速度特征剖面包括n段二次曲线，n为正整数；其中，第i段二次曲线对应的飞行器能量阻力加速度特征剖面，具体为：

D_i0＝C_i1E²+C_i2E+C_i3，E_ifE≤E_ib；

其中，i＝1,2,3,...,n，E_if、E_ib分别为第i条阻力加速度二次曲线的终端能量和起始能量，C_i1、C_i2和C_i3为第i条阻力加速度二次曲线的系数，E_c为二次曲线和一次曲线分界点能量，E为飞行器能量；D_i0为第i条阻力加速度二次曲线的阻力加速度；

B)当EE_c时，所述飞行器能量阻力加速度特征剖面为一次曲线，具体为；

其中，D_c为E_c点对应的飞行器阻力加速度，D_f为E_f点对应的飞行器阻力加速度，E_f为再入终端的标称能量，v_f为再入终端标称速度，h_f为再入终端标称高度，g_f为再入终端标称引力加速度，ρ_f为再入终端标称大气密度；D_l0为阻力加速度一次曲线的阻力加速度；

所述步骤4)修正飞行器能量阻力加速度特征剖面的方法，具体为：

41)根据所述飞行器能量阻力加速度特征剖面，确定飞行器能量阻力加速度特征剖面对应的飞行航程s_D0；

42)确定飞行器初始待飞航程s_t0；

43)修正所述步骤3)生成的飞行器能量阻力加速度特征剖面，使得所述步骤41)确定的s_D0与所述步骤42)确定的s_t0一致，获得修正后的所述飞行器能量阻力加速度特征剖面；

所述步骤41)飞行器能量阻力加速度特征剖面对应的飞行航程s_D0，具体为:

其中，S_i0为第i条特征阻力加速度二次曲线对应的飞行航程，S_f0为特征阻力加速度一次曲线对应的飞行航程，E_if、E_ib分别为第i条阻力加速度二次曲线的终端能量和起始能量；

所述步骤42)飞行器初始待飞航程s_t0，具体为:

s_t0＝r₀arccos(sinφ₀sinφ_f+cosφ₀cosφ_fcos(λ_f-λ₀))，

其中，φ_f为再入终端标称纬度，λ_f为再入终端标称经度，φ₀为弹道倾角变化为零时飞行器所处的纬度，λ₀为弹道倾角变化为零时飞行器所处的经度，r₀为弹道倾角变化为零时飞行器的地心距；

所述步骤5)解析构造再入制导模型，具体为:

G＝μ_DG₀，

s_Dt＝s_D-s_t，

s_t＝rarccos(sinφsinφ_f+cosφcosφ_fcos(λ_f-λ))，

其中，θ为飞行器弹道倾角，u＝cosσ，D₀为当前能量对应的初始阻力加速度剖面下的阻力加速度，D为飞行器阻力加速度，ΔD为飞行器能量阻力加速度特征剖面的修正量，L为飞行器升力加速度，h_s为大气密度特征参数，D_N＝D_l0+ΔD，r为当前飞行器地心距；φ为当前飞行器纬度；λ为当前飞行器经度；

确定方法如下：

a)当E＞E_c时：

E_N＝E_c，

b)当E_fE_n≤E_c时：

E_N＝E_n，

2.根据权利要求1所述的一种实时解析构造的空天飞行器再入制导方法，其特征在于，所述步骤6)，确定飞行器倾侧角指令具体为：

σ＝σ_abssign(σ)，

σ_abs＝arccos(u)，

其中，a₀0,a₁0,a₂0,ε₀0，其中G^-1为G的逆矩阵，sign()为符号函数，σ_i-1为上一制导周期的倾侧角指令，Δψ_d为侧向方位边界，Δψ为侧向方位。