[发明专利]一种针对近地目标拦截的发射窗口规划方法

说明书

本发明涉及一种针对近地目标拦截的发射窗口规划方法，尤其适用于地面起飞的飞行器对中低轨近地目标进行拦截的发射窗口计算，属于航空航天技术领域。本发明首先根据拦截目标轨道高度，确定拦截器从地面起飞到拦截的飞行总时长范围；然后根据拦截器最大飞行时长确定其能够到达的范围外边界；然后基于可达范围外边界和飞行时长范围确定准发射窗口；之后对飞行时长范围进行划分，求解每个飞行时长点对应的拦截器可达环形范围；最后根据目标星下点与每个环形的穿越关系得到精确发射窗口。

技术领域

本发明涉及一种针对近地目标拦截的发射窗口规划方法，尤其适用于地面起飞的飞行器对中低轨近地目标进行拦截的发射窗口计算，属于航空航天技术领域。

背景技术

近地空间是人类进行通讯、监测、导航等活动的重要位置，一直是各个国家争取的资源对象，针对近地空间目标的精确拦截是保证近地空间安全的有效手段。近地空间中时刻存在着大量飞行器，当发现存在已废弃的或对自身安全存在威胁的空间目标时，需要及时对其进行拦截清除。针对目标的快速规划拦截是关键技术，而针对目标拦截的发射窗口的确定又是重要前提。

在已发展的关于针对目标拦截的发射窗口规划方法中在先技术[1](参见Hu W,Yang J J.Modeling and Simulation of the TBM Post-boost Interception TimeWindow[J].Journal of Projectiles,Rockets,Missiles and Guidance,2010,30(3):181-184.)中研究了拦截弹的飞行速度、拦截高低界等因素对拦截时间窗口的影响，但是其使用的平面模型过于简单；在先技术[2](参见荆武兴,李罗钢,高长生.反导拦截飞行方案及时间窗口快速搜索算法[J].系统工程与电子技术,2013,35(6):1256-1261.)提出了一种基于迭代最小二乘的飞行方案及发射时间窗口的快速搜索设计算法，但需要对初始状态进行猜测，且得到的窗口为特定时刻离散点，无法满足窗口规划要求。

因此在上述背景下，本发明提出一种针对近地目标拦截的发射窗口规划方法，实现了计算速度快并且准确有效的发射窗口段计算。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对近地目标拦截的发射窗口规划方法，该方法通过可达范围的计算和星下点与其穿越关系的判断得到准确拦截目标飞行器的发射窗口。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明公开的一种针对近地目标拦截的发射窗口规划方法，首先根据拦截目标轨道高度，确定拦截器从地面起飞到拦截的飞行总时长范围；然后根据拦截器最大飞行时长确定其能够到达的范围外边界；然后基于可达范围外边界和飞行时长范围确定准发射窗口；之后对飞行时长范围进行划分，求解每个飞行时长点对应的拦截器可达环形范围；最后根据目标星下点与每个环形的穿越关系得到精确发射窗口。

一种针对近地目标拦截的发射窗口规划方法，包括如下步骤：

步骤一：根据拦截目标高度确定拦截器飞行时长范围。

拦截器上升段动力学模型为

其中，状态量x＝[r,θ,φ,V,γ,ψ,m]、控制量u＝[α,σ,T]、时间t；r,θ,φ,V,γ,ψ,m分别为径向距离、经度、纬度、速度、飞行路径角、航向角和质量，控制量α,σ,T分别为攻角、倾侧角和推力，μ为地球引力常数，ω_e为地球自转角速度，V_e为发动机喷气速度，D为飞行器所受阻力。

针对轨道高度为H的目标，选取地面发射点经纬度坐标，记为飞行时长求解问题，其中t₀为起飞初始时刻，以末端高度H为约束，性能指标J为飞行时长t_FLY，则写为