[发明专利]基于前向制导的拦截高超声速飞行器的三维制导律设计方法

说明书

基于前向制导的拦截高超声速飞行器的三维制导律设计方法，本发明涉及拦截高超声速飞行器的三维制导律设计方法。解决现有技术中将实际的三维场景分解成两个正交的二维场景，导致的制导精度低的问题。本发明包括：步骤一：建立三维拦截高超声速飞行器的前向制导相对运动学模型；步骤二：根据步骤一建立的模型定义满足前向制导条件的滑模面并设计快速趋近律；步骤三：根据步骤二定义的满足前向制导条件的滑模面和设计快速趋近律，设计拦截高超声速飞行器的三维制导律；不考虑输入受限时设计拦截高超声速飞行器的有限时间自适应三维制导律；考虑输入受限时设计拦截高超声速飞行器的带有输入受限的三维制导律。本发明用于航天领域。

技术领域

本发明涉及基于前向制导的拦截高超声速飞行器的三维制导律设计方法。

背景技术

由于高超声速飞行器具有飞行速度快、机动性能高、隐蔽性好等特点，这给拦截高超任务带来了极大的挑战性，传统的方法可以分为两种类型：迎头式和尾追式。通常，当拦截者的速度大于目标的速度时采用尾追拦截方式。相反的采用迎头拦截。和高超飞行器目标相比，拦截导弹不再具有速度上的优势，并且，提高拦截弹的速度不仅要求成熟的技术，并且需要付出很高的经济代价。因此，传统的方法难以保证拦截精度。为了解决此问题，2004年，针对拦截高超声速飞行器，Golan(O.M.Golan and T.Shima,“Head pursuitguidance for hypervelocity interception,”Proc.of the AIAA Guidance,Navigation,and Control Conference and Exhibit,pp.16-19,2004)第一次提出了前向制导方式。按照这种拦截方式，目标和导弹之间的相对速度较小，并且能够很大程度上降低拦截弹的能量消耗。在文献(O.M.Golan and T.Shima,“Head pursuit guidance forhypervelocity interception,”Proc.of the AIAA Guidance,Navigation,and ControlConference and Exhibit,pp.16-19,2004)和(O.M.Golan and T.Shima,“Precursorinterceptor guidance using the sliding mode approach,”Proc.of the AIAAGuidance,Navigation,and Control Conference and Exhibit,pp.15-18,2005)中，作者给出了前向制导的概念以及需要满足的条件。并在此基础上，提出了二维滑模制律。在文献(O.M.Golan and T.Shima,“Head pursuit guidance,”Journal of Guidance,Control,and Dynamics,vol.30,no.5,pp.1437-1444,September 2007)中，提出了二维的棒棒控制器。在文献(Y.A.Zhang,H.L.Wu,Y.Liang,and J.P.Zhang,“Three-dimensional headpursuit guidance law considering dynamic characteristics of uncertain hybridcontrol system,”Systems Engineering and Electronics,vol.37,no.6,pp.1354-1361,June 2015)中，提出了考虑动态特性的二维前向制导律。但是作者并没有考虑外部干扰未知的问题。文献(L.Z.Ge,Y.Shen,Y.F.Gao,and L.J.Zhao,“Head pursuit variablestructure guidance law for three-dimensional space interception,”ChineseJournal of Aeronautics,vol.21,no.3,pp.247-251,October 2008)按照前向制导方式给出了三维变结构制导律，但是在该文献中，外部干扰上界仍然作为已知的常值。