[发明专利]基于Radau伪谱法的在线最优反馈再入制导方法

摘要

本发明提供一种基于Radau伪谱法的在线最优反馈再入制导方法，包括如下步骤：(S1)初始化，(S2)制导策略设计，(S3)离线轨迹优化，(S4)制导方法参数设置，(S5)初始下降段轨迹预测，(S6)初始下降段在线轨迹优化，(S7)制导指令执行，(S8)滑翔段和过渡段轨迹预测，(S9)滑翔段和过渡段在线轨迹优化。本发明以基于Radau伪谱法和序列二次规划算法的在线轨迹优化作为预测校正过程，是一种基于在线最优反馈控制的数值预测校正制导方法，通过设计的制导策略降低了在线轨迹优化问题的计算复杂度，有利于快速高精度获得在线轨迹优化问题的可行解，进而基于在线最优反馈控制的思想满足闭环制导的实时性要求，实现高精度强鲁棒在线闭环反馈自主制导。

主权项

1.一种基于Radau伪谱法的在线最优反馈再入制导方法,其特征在于，该方法包括如下步骤：(S1)初始化：建立HGV再入段制导问题数学模型，设置再入段制导的任务参数和计算仿真参数；(S2)制导策略设计：根据对飞行轨迹特征的分析和制导任务的要求将HGV再入段飞行过程分为前期的初始下降段、中期的滑翔段以及后期的过渡段三个飞行阶段，针对再入段复杂终端约束以及考虑经过路径点、在线自主避障和适应目标变更的自主制导能力的需求，对各飞行阶段分别设计制导策略；(S3)离线轨迹优化：以再入段制导的任务参数中的初始状态量x₀作为标称初始状态量结合HGV再入段制导问题数学模型、再入段制导的任务参数，以飞行时间最短为性能指标，构建一个多阶段多约束轨迹优化问题，利用基于hp‑RPM和SQP算法的轨迹优化方法离线求解该轨迹优化问题，获得最优轨迹x^*＝x^*(x₀,t)、最优轨迹控制量u^*＝u^*(x₀,t)及终端时刻(S4)制导方法参数设置：设置制导方法的参数，包括第二个制导周期的起始时刻t1、滑翔段固定的制导周期ΔT1、过渡段固定的制导周期ΔT2、过渡段飞行时间上限tgo和终端归一化能量偏差容限值εe；(S5)初始下降段轨迹预测：令i＝0，在再入段起始时刻t₀＝0，以再入段实际初始状态量x(t₀)为初值，以u^*为轨迹控制量序列以轨迹控制量序列中对应于[t₀,t₁]的时序部分对t₁时刻的状态量进行积分预测记为对应的积分预测计算耗时记为t_p,1；(S6)初始下降段在线轨迹优化：以预测状态量为初始条件，结合HGV再入段制导问题数学模型、再入段制导的任务参数、步骤(S2)中制导策略，不考虑航向瞄准误差角的终端约束，以飞行时间最短为性能指标，构建一个多阶段多约束轨迹优化问题，以x^*和u^*为初始猜想，利用基于RPM和SQP算法的轨迹优化方法在线求解该轨迹优化问题，获得最优轨迹最优轨迹控制量及终端时刻对应的优化计算耗时记为t_o,1，制导周期ΔT取为ΔT₁；(S7)制导指令执行：在第i+1个制导周期[t_i,t_i+1]内将轨迹控制量序列中对应于[t_i,t_i+1]的时序部分作用于HGV的真实运动模型，同时记录当前时间t和当前时间归一化能量e(t)，判断e(t)与再入段制导的任务参数中的交接班条件对应的归一化能量e_f是否满足e_f‑e(t)≤ε_e，若满足，则表明再入段制导结束，若直到当前时间t到达t_i+1时刻时，e_f‑e(t)≤ε_e都不满足，则令i＝i+1，进入步骤(S8)；(S8)滑翔段和过渡段轨迹预测：令t_i+1＝t_i+ΔT，在第i+1个制导周期[t_i,t_i+1]的起始时刻t_i采样获得新的实际状态量x(t_i)，并作为初始条件，若t_p,i+t_o,i≤t_i‑t_i‑1，则以为轨迹控制量序列否则以上一制导周期使用的轨迹控制量序列为轨迹控制量序列以轨迹控制量序列中对应于[t_i,t_i+1]的时序部分对t_i+1时刻的状态量进行积分预测记为对应的积分预测计算耗时记为t_p,i+1；(S9)滑翔段和过渡段在线轨迹优化：以预测状态量为初始条件，判断t_i+1与轨迹预测所用轨迹控制量序列对应的终端时刻的差值是否满足若满足，则以终端航向瞄准偏差角最小为性能指标，且ΔT＝ΔT₂，若不满足，则不考虑航向瞄准偏差角的终端约束，以飞行时间最短为性能指标，结合HGV再入段制导问题数学模型、再入段制导的任务参数、步骤(S2)中制导策略，构建一个多阶段多约束轨迹优化问题，以轨迹预测时所用轨迹控制量序列及其对应的最优轨迹作为初始猜想，利用基于RPM和SQP算法的轨迹优化方法在线求解该轨迹优化问题，获得最优轨迹最优轨迹控制量及终端时刻对应的优化计算耗时记为t_g,i+1，返回步骤(S7)。