[发明专利]一种基于椭圆轨迹的空天飞行器着陆段在线制导方法

权利要求书

1.一种基于椭圆轨迹的空天飞行器着陆段在线制导方法，其特征在于，根据飞行器的飞行任务确定终端窗口，通过弹上测量装置得到飞行器实时的飞行状态，利用飞行状态信息与着陆点位置、着陆速度信息计算符合飞行约束的椭圆轨迹，计算当前所需法向加速度及轴向加速度，再用数值计算的方法解算飞行器实时的制导指令。

2.根据权利要求1所述的一种基于椭圆轨迹的空天飞行器着陆段在线制导方法，其特征在于，法向加速度计算方法为：

定义椭圆坐标系，虚拟椭圆的方程可以表示为：

a和b分别代表虚拟椭圆的长短轴；

在该坐标系下，飞行器的初始位置坐标为(-S₀,H₀-b)，着陆点坐标为(0，-b)；其中，S₀和H₀表示飞行器初始剩余航程和初始高度，0为椭圆中心点；椭圆在初始位置的切线斜率必须与飞行器的弹道倾角匹配，可表示为以下形式：

k＝tanθ (2)

θ表示飞行器的弹道倾角；

通过以上约束可知，规划出的椭圆轨迹必须满足初始、着陆点的位置约束以及初始弹道倾角的约束，约束可以表示为以下形式：

求解上述方程组可得：

至此，根据初始高度、剩余航程以及弹道倾角可设计出满足飞行器着陆点，且连续平滑的椭圆轨迹剖面，椭圆在该处的曲率半径为：

为保证飞行器沿设计的椭圆轨迹飞行，当前状态所需要的法向加速度为：

其中V₀表示飞行器的初始速度。

3.根据权利要求1所述的一种基于椭圆轨迹的空天飞行器着陆段在线制导方法，其特征在于，轴向加速度计算方法为：

飞行器从初始末段速度减速至理想速度V_f，为飞行器能量耗散的过程，飞行器飞行过程中的能量可以表示为：

能量的变化率可以表示为：

将飞行器运动方程式中关于速度v和高度h的微分方程代入上式，得：

ΔE为剩余能量差，E`₀为着陆时刻收起减速板情况下的能量-剩余航程变化率，它们可以表示为：

E`₀＝-D₀ (11)

D₀的大小根据气动数据计算获得，或者根据地面试验获得较为精确的数据，解算出当前能量变化率为：

E`<sub>i</sub>＝2ΔE/S-E`₀ (12)

根据公式可解算出所需阻力和对应的轴向加速度为：

D＝-cosθ·E`_i (13)