[发明专利]终端时间约束下的高超声速飞行器再入制导方法

说明书

本发明公开的终端时间约束下的高超声速飞行器再入制导方法，主要解决多高超声速飞行器协同攻击任务的终端时间约束问题。本发明实现方法为：设计了一种参数化的U形的方向角偏差走廊，用于对飞行器航向角与终端时间的控制；采用含有攻角与倾侧角控制剖面补偿的动力学模型与四阶Adams积分方法，对再入终端时间进行预测，并得到时间差；通过在线调整U形走廊的边界宽度系数，消除时间差，从而实现高超声速飞行器再入终端时间控制。本发明所公开的制导方法能够在不影响高度、速度等纵向状态跟踪精度的情况下，通过横侧向倾侧角反转逻辑较好的满足终端时间约束，为高超声速飞行器协同攻击制导问题提供有效解决途径。

技术领域

本发明涉及一种再入制导方法，尤其涉及一种终端时间约束下的高超声速飞行器再入制导方法，属于飞行器制导控制领域。

背景技术

高超声速再入飞行器一般在高度20至100公里的临近空间内飞行，再入速度可以达到20马赫以上，具有射程远、速度快、机动性强等特点，可以用于远程快速打击。不过，远程探测技术的发展与先进防御系统的部署，一定程度上限制了高超声速再入飞行器的突防概率，使其战略威慑力受到影响。为了提升突防概率，必须采取有效的攻击方式，而多飞行器协同攻击正是提高突防能力有效途径。由于再入飞行器射程远、机动范围大，飞行器之间可能相距上千公里，相互通信困难。因此，可行的协同攻击方案是：通过先进的再入制导方法在线控制每个飞行器的终端时间，使所有飞行器在期望时刻同时到达目标点。

目前的再入制导方法主要针对单飞行器，设计时主要考虑热流密度、动压、过载等路径约束以及高度、速度、待飞航程等终端约束。若以待飞航程作为再入段结束条件，则终端约束要求高度、速度、航向角等状态量等于各自的期望值。对于多飞行器协同攻击任务，不仅要求满足常规的终端约束，还要求时间可控，增加的终端时间约束，使再入制导问题变得更为复杂。因此，为了完成高超声速再入飞行器协同打击任务，需要在常规再入制导问题的基础上，研究对终端时间约束下的再入制导方法。

发明内容

本发明的目的是，针对现有再入制导技术不能满足协同攻击任务的终端时间约束的问题，提供一种终端时间约束下的高超声速飞行器再入制导方法，在保证高度、速度、待飞航程、航向角等常规终端约束的基础上，进一步满足终端时间约束。本发明所公开的制导方法能够为高超声速飞行器协同攻击制导问题提供有效解决途径。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的终端时间约束下的高超声速飞行器再入制导方法，设计了一种参数化的U形的方向角偏差走廊，用于对飞行器航向角与终端时间的控制；采用含有攻角与倾侧角控制剖面补偿的动力学模型与四阶Adams积分方法，对再入终端时间进行预测，并得到时间差；通过在线调整U形走廊的边界宽度系数，消除时间差，实现高超声速飞行器再入终端时间控制。

本发明公开的终端时间约束下的高超声速飞行器再入制导方法，包括如下步骤：

步骤一、针对终端方向角约束与终端时间约束，设计参数化的U形方向角偏差走廊，基于飞行器倾侧角与U形走廊边界的关系，建立高超声速飞行器倾侧角的反转逻辑。

步骤一的具体实现方法为：

首先，定义方向角偏差为飞行器航向角ψ与目标视线角ψ_LOS之间的偏差

在球面上，飞行器到目标视线角的计算公式为

其中，θ与φ分别为飞行器的经度与纬度，θ_T与φ_T分别为目标点的经度与纬度。

而后，采用分数阶函数，设计随飞行器速度v减小而减小的U形方向角偏差走廊C(v)如下