[发明专利]一种高超声速临近空间飞行器航迹跟踪方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达目标跟踪技术领域，特别涉及一种高超声速临近空间飞行器航迹跟踪方法，本发明通过建立改进的高超声速临近空间飞行器运动状态模型，提高了目标跟踪的精度。

背景技术

临近空间一般指距地面20～100km，即普通航空器飞行空间与卫星轨道空间之间的空域。临近空间飞行器是指能够飞行在临近空间执行特定任务的飞行器，既能比卫星提供更多更精确的信息(相对于某一特定区域)，并节省使用卫星的费用，又能比通常的航空器减少遭地面敌人攻击的机会。高超声速飞行器是工作在临近空间的一类通过高声速飞行实现快速全球打击的新型武器，其飞行高度一般为30～60km，工作状态通常分为：发射段、巡航段和再入段。是一种射程远、精度高、机动灵活的新概念武器。然而高超声速临近空间飞行器飞行速度很高，通常大于5Mach(马赫)，给雷达相干积累检测带来了巨大的挑战，在这种情况下，研究高超声速临近空间飞行器的运动特性有利于雷达探测方法的提出。

目前对于高超声速临近空间飞行器运动特性的研究，主要有两类：第一类是Shahriar Keshmiri、Richard Colgren和Maj Mirmirani提出的6-DOF(自由度)模型和Derek J.Dalle提出的First-Principal Derived模型。这类模型主要用于研究高超声速临近空间飞行器制导与控制方法，其状态模型中变量主要涉及控制理论的相关参数，与雷达探测所需不吻合。另一类运动模型基于非开普勒运动理论建立的高超声速临近空间飞行器二维非开普勒运动模型，这类模型认为高超声速临近空间飞行器巡航的区域为真空，忽略了巡航段的气动阻力和气动升力。事实上临近空间远非真空，这对高超声速临近空间飞行器飞行状态的影响不可忽略，否则会造成模型误差，从而降低目标(高超声速临近空间飞行器)跟踪的精度。

发明内容

本发明的目的在于提出一种高超声速临近空间飞行器航迹跟踪方法，在本发明中得到适合非控制领域的高超声速临近空间飞行器的运动状态方程，并得到高超声速临近空间飞行器弹跳轨迹作为雷达探测先验知识辅助。为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种高超声速临近空间飞行器航迹跟踪方法包括以下步骤：

步骤1，根据高超声速临近空间飞行器在巡航段所受到的地球万有引力、气动阻力和气动升力，建立高超声速临近空间飞行器在巡航段的运动模型；

步骤2，根据高超声速临近空间飞行器在再入段所受到的地球万有引力、气动阻力、气动升力和发动机控制力，建立高超声速临近空间飞行器在再入段的运动模型；

步骤3，利用雷达获取高超声速临近空间飞行器在再入段和巡航段的回波数据，根据高超声速临近空间飞行器在再入段和巡航段的回波数据，得出高超声速临近空间飞行器在再入段和巡航段的航迹；在高超声速临近空间飞行器在再入段和巡航段的航迹中，将不符合高超声速临近空间飞行器运动模型的点迹去除，高超声速临近空间飞行器运动模型包括高超声速临近空间飞行器在巡航段的运动模型和高超声速临近空间飞行器在再入段的运动模型。

本发明的特点和进一步改进在于：

所述步骤1的具体子步骤为：

(1.1)高超声速临近空间飞行器在巡航段所受到的地球万有引力F_g、气动阻力C_x和气动升力C_y的表达式分别为：

其中，G为万有引力常量，M为地球质量，m为飞行器质量，r为地球质心到飞行器质心的距离矢量；ρ为大气密度，v为高超声速临近空间飞行器在巡航段的速度，S_M为高超声速临近空间飞行器的有效参考面积，C_D为高超声速临近空间飞行器的阻力系数，C_L为高超声速临近空间飞行器的升力系数；

(1.2)以高超声速临近空间飞行器质心为原点建立二维直角坐标系，在二维直角坐标系中，y方向为竖直向上方向，x方向与水平面平行；

得出高超声速临近空间飞行器在巡航段时在x方向的受力F_X、以及高超声速临近空间飞行器在巡航段时在y方向的受力F_Y的表达式：

其中，θ为飞行器速度方向和x轴正向的夹角；