[发明专利]临近空间大范围机动弹道三维包络计算方法

说明书

本发明公开了一种临近空间大范围机动弹道三维包络计算方法，包括以下步骤：建立弹道包络侧向宽度与纵程的数学模型；建立换极坐标系；建立换极坐标系中飞行器动力学模型；计算换极坐标系弹道参数；计算换极坐标系弹道侧向包络；计算一般坐标系弹道三维包络。本发明所述临近空间大范围机动弹道三维包络计算方法立足于飞行器机动能力分析，兼顾射向、纵程及建模误差等对弹道包络的影响，可广泛应用于具有相同动力学描述的飞行器，计算得到的包络可覆盖具有不同机动特性的弹道，能适应考虑禁飞区弹道及侧向最大范围机动弹道等极端情况，为飞行器机动能力分析和射前空间信息获取提供了重要的方法基础。

技术领域

本发明涉及飞行器弹道规划领域，特别涉及一种临近空间大范围机动弹道三维包络计算方法。

背景技术

本发明涉及的临近空间的大范围机动弹道特指高超声速滑翔飞行器包含初始下降段弹道和滑翔段弹道在内的弹道，其起点为再入点，终点为滑翔段弹道终点。该段弹道是高超声速滑翔飞行器全程弹道的主要组成部分，具有长时间处于临近空间并进行大范围侧向机动的特性，弹道特征显著区别于弹道式弹道。在再入点和目标点确定的条件下，临近空间大范围机动弹道的侧向包络可达几千公里，弹道形态因飞行任务不同而迥异。

进行弹道包络计算的意义包括但不限于如下两个方面。首先，计算弹道包络是分析飞行器机动能力的重要手段，为弹道规划和飞行任务制定提供先验知识。其次，计算弹道覆盖区域为射前高精度引力模型构建提供必要的空间位置信息，是修正引力高阶项影响的必要条件，对于快速发射和提升飞行器导航、制导精度具有重要意义。目前，尚无公开资料提出有关临近空间大范围机动弹道三维包络的计算方法或准则。

发明内容

本发明针对临近空间大范围机动弹道覆盖区域确定问题，首次提出一种临近空间大范围机动弹道三维包络计算方法。方法基于飞行器能力分析结果，能够根据再入点和目标点快速确定弹道三维包络。计算得到的包络可覆盖具有不同机动特性的弹道，为飞行器机动能力分析和射前空间信息获取提供了重要的方法基础。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种临近空间大范围机动弹道三维包络计算方法，所述临近空间大范围机动弹道包括初始下降段弹道和滑翔段弹道，弹道起点为再入点，弹道终点为滑翔段弹道终点，所述计算方法包括以下步骤：

(1)建立弹道包络侧向宽度与纵程的数学模型；

(2)建立换极坐标系；

(3)建立换极坐标系中飞行器动力学模型；

(4)计算换极坐标系弹道参数；

(5)计算换极坐标系弹道侧向包络；

(6)计算一般坐标系弹道三维包络。

具体地，

(1)建立弹道包络侧向宽度与纵程的数学模型

令弹道再入点为I，其经度为λ_I、地心纬度为φ_I；弹道落点为T，其经度为λ_T、地心纬度为φ_T；以由再入点和落点确定的再入大圆弧平面为对称面，称沿射向方向对称面以左弹道为左侧机动弹道，沿射向方向对称面以右弹道为右侧机动弹道；记最大左侧机动弹道距对称面的最大距离为左边界B_l，记最大右侧机动弹道距对称面的最大距离为右边界B_r；

根据给定的飞行器再入点飞行状态参数、弹道终端飞行状态参数、飞行过程约束条件及终端约束条件，针对再入点为(λ_I,φ_I)＝(0°,0°)，落点为(λ_ki,0°)的低空大范围机动弹道进行弹道计算，记各落点对应的弹道纵程L_i，由式(1)计算L_i，