[发明专利]沿临近空间大范围机动弹道空间包络的扰动引力逼近方法

说明书

本发明公开了一种沿临近空间大范围机动弹道空间包络的扰动引力逼近方法，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三维包络；换极坐标系全域空域剖分；建立一般坐标系空间包络扰动引力重构模型；当前弹道位置所在网格判断；建立计算网格内局域坐标系；网格内部扰动引力网函数逼近计算。本发明涉及的弹道空间包络计算方法可覆盖任意情况下的临近空间大范围机动弹道，根据本发明方法进行沿弹道的扰动引力计算，具有计算规模小、计算速度快、计算精度高的特征，能满足弹道规划、制导计算等对计算量和计算速度的要求。

技术领域

本发明涉及一种飞行器动力学建模领域的沿临近空间大范围机动弹道空间包络的扰动引力快速计算方法，尤其涉及一种沿临近空间大范围机动弹道空间包络的扰动引力逼近方法。

背景技术

临近空间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。该类弹道长时间处于临近空间，具有侧向大范围机动的特性，受地球外部空间扰动引力影响显著。扰动引力通过影响导航解算而影响飞行器当前状态量的确定，进而对制导计算和弹道精度产生影响。有计算表明，由扰动引力引起的临近空间大范围机动弹道终端位置偏差可达几十公里，飞行器可能因无法进入末制导有效半径而导致飞行任务失败，因此有必要在导航解算和制导计算中考虑扰动引力的影响。

对于采用纯惯性导航方案的飞行器，弹载设备无法测量扰动引力，引力项精度只能通过射前构建扰动引力模型并进行飞行过程中实时计算来保证。射前模型的重构速度受飞行器发射快速性指标的约束，实时计算方法的计算量、计算速度和存储量等受弹载计算机数据存储能力和计算能力的约束。现有地球物理和大地测量领域的传统计算方法，通常具有数据存储量大、计算规模大、计算速度慢的特征，难以满足射前引力模型快速构建及飞行过程中快速计算的要求。与沿弹道式弹道的扰动引力快速计算问题相比，沿临近空间大范围机动弹道的扰动引力快速计算具有更加严格的要求。首先，弹道侧向机动范围可达几千公里，弹道形态因飞行任务不同而迥异，因此建立的方法须能适应射前飞行任务临时变更的情况。其次，由于弹道具有大范围侧向机动的特性，需合理确定逼近空域范围以防止实际弹道超出逼近区间。最后，由于弹道处于扰动引力变化复杂的临近空间，对逼近方法的精度具有更高要求。

目前尚没有一种成熟的方法，能够达到沿任意临近空间大范围机动弹道空间包络的扰动引力快速计算的要求。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种逼近精度高、计算速度快、数据存储量小的沿临近空间大范围机动弹道空间包络的扰动引力逼近方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种沿临近空间大范围机动弹道空间包络的扰动引力逼近方法，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三维包络；

(5)换极坐标系全域空域剖分；

(6)建立一般坐标系空间包络扰动引力重构模型；

(7)当前弹道位置所在网格判断；

(8)建立计算网格内局域坐标系；

(9)网格内部扰动引力网函数逼近计算。

作为优选，所述步骤(1)的方法为：