[发明专利]一种临近空间垂直投放发射定向飞行导航制导方法及系统

说明书

本申请公开了一种临近空间垂直投放发射定向飞行导航制导方法及系统，该方法包括:获取飞行器与浮空器分离时刻所述飞行器升力面法向以及目标航向；根据所述升力面法向与地理坐标位置关系确定所述飞行器升力面法向与所述目标航向之间的夹角；根据所述夹角生成滚转制导指令并发送至所述飞行器的滚转通道舵面。本申请提供的临近空间垂直投放发射定向飞行导航制导方法，引入初始定姿的飞行器升力面法向与地理坐标解算关系，确定垂直下落的姿态航向而非飞行航向，并采用滚转通道舵面利用飞行器升力实现目标航向调整，从而在不确定的初始旋转以及难以确定飞行航向的垂直下落中快速调整至设计目标航向，达到临近空间垂直投放后定向飞行目的。

技术领域

本申请涉及临近空间垂直投放发射技术领域，特别是涉及一种临近空间垂直投放发射定向飞行导航制导方法及系统。

背景技术

飞行器（flight vehicle）是在大气层内或大气层外空间（太空）飞行的器械。飞行器靠空气的静浮力或空气相对运动产生的空气动力发射升空飞行。

传统的发射飞行器的方式主要包括火箭助推发射和飞机挂载浮空器挂载投放发射两种方式，但是，各自都存在一些缺陷，例如，火箭助推时，火箭的直径对飞行器的空间尺寸会有极强的约束，飞机挂载时，外挂物气流对飞行器平台也会有剧烈干扰。在此背景下，浮空器挂载投放发射便应运而生了。浮空器挂载投放发射也即为通过浮空器挂载飞行，并在临近空间通过垂直投放的方式发射飞行器。具体实现时，飞行器头朝下垂直装载在固接支架中，通过重力从稀薄的临近空间掉落并加速，随后完成各种机动动作或者通过启动动力系统实现临近空间投放发射的效果。

浮空器挂载投放发射包括很多优点，例如，由于飞行器是垂直吊挂在高空气球下，飞行器与平台载体件的耦合性极低，飞行器可以随意设计成各种外形和尺寸而对平台的耦合约束很小，所以适合新科学探索和新技术飞行试验。另外，临近空间空气稀薄（例如30km高度的大气密度只有地面的百分之一），利用重力势能转换为动能的效率高，飞行器可以比较容易的在无动力条件下达到超声速，因此可以节省大量的发射能量需求，是一种低成本完成新型飞行试验的手段。

现有技术中控制飞行器定向飞行均需要通过获取飞行器的飞行航向的数据，根据飞行航向数据与目标航向数据的偏差生成相应的航向滚转制导指令，再根据航向滚转制导指令控制舵面动作实现定向飞行。但是由于飞行器与浮空器分离后处于垂直下落状态，而在垂直下落状态下无法获得飞行器的飞行航向，因此采用现有技术中的方法无法实现临近空间垂直投放后飞行器的定向飞行。

因此，如何提供将飞行器在难以确定飞行航向的垂直下落中快速调整至设计目标航向，是迫切需要本领域技术人员解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种临近空间垂直投放发射定向飞行导航制导方法及系统。

本申请提供了如下方案：

一种临近空间垂直投放发射定向飞行导航制导方法，包括：

获取飞行器与浮空器分离时刻飞行器升力面法向以及目标航向；

根据所述升力面法向与地理坐标位置关系确定所述飞行器升力面法向与所述目标航向之间的夹角；

根据所述夹角生成滚转制导指令并发送至所述飞行器的滚转通道舵面，以便所述滚转通道舵面通过执行所述滚转制导指令产生滚转力矩使所述飞行器升力面法向与所述目标航向之间的夹角调整为目标角度，且使所述飞行器的与升力面相对的一面与所述目标航向相对。

优选地：所述根据所述夹角生成滚转制导指令并发送至所述飞行器的滚转通道舵面，包括：

获取所述飞行器与所述浮空器分离后所述飞行器的飞行动压，确定所述飞行动压大于目标动压阈值后将所述滚转制导指令发送至所述飞行器的滚转通道舵面；所述目标动压阈值为所述滚转通道舵面可驱动所述飞行器通过所述滚转通道进行姿态调整的动压阈值。

优选地：所述动压阈值通过以下公式计算获得：