[发明专利]一种基于复合比例导引的高超声速飞行器巡航段制导方法

说明书

本发明涉及一种基于复合比例导引的高超声速飞行器巡航段制导方法。该方法针对含有气动参数不确定性及外部干扰的高超声速飞行器巡航段制导问题，首先，建立含有气动参数不确定性及外部干扰的高超声速飞行器巡航段制导模型；其次，设计干扰观测器对高超声速飞行器受到气动参数不确定性及外部干扰组成的等价干扰进行估计；再次，设计比例导引律，使得高超声速飞行器能够经过指定航路点；最后，将等价干扰估计值通过前馈通道予以抵消，并与比例导引律进行复合，构造出一种基于复合比例导引的高超声速飞行器巡航段制导方法。本发明具有工程实用性强、抗干扰性高等优点，适用于高超声速飞行器巡航段制导。

技术领域

本发明涉及一种基于复合比例导引的高超声速飞行器巡航段制导方法，可以解决具有气动参数不确定性及外部干扰的高超声速飞行器巡航段制导问题。

背景技术

高超声速巡航飞行器因其能够快速、精准的攻击目标等优点，具有重大的战略意义及应用价值，越来越多的受到国内外专家学者的关注，因此高超声速飞行器巡航段制导问题近年来成为一个研究热点。

然而，高超声速飞行器巡航段制导面临着巨大的挑战。首先，由于风洞模拟不能够完全模拟飞行器的气动特性，飞行试验不足以精确分析飞行器在飞行过程中气动参数的变化，导致高超声速飞行器建模存在较大的不确定性；其次，由于高超声速飞行器所处环境的复杂多变，未知的外部干扰会对高超声速飞行器产生扰动。这些气动参数不确定性和外部干扰会给高超声速飞行器巡航段制导带来严重影响，使之无法完成制导任务。因此高超声速飞行器巡航段抗干扰制导是一项关键技术。

目前，针对高超声速飞行器巡航段制导问题，国内外专家学者提出很多制导方法，其中比例导引制导方法因其设计简单且对发射瞄准时的初始条件要求不严等优点，在实际工程中得到了广泛的应用。专利申请号201310331241.1中提出一种抗风干扰的飞行器攻角指令补偿方法，但该专利单一考虑风干扰，未考虑系统气动参数不确定性对制导精度的影响；专利申请号201410068728.8中提出一种基于姿态序列解算的飞行器新型实时制导方法，但该专利对飞行器的制导模型进行了大量的简化，导致飞行器的建模误差较大，严重影响制导精度；专利申请号201610306205.1中提出一种火星着陆器大气进入段抗干扰复合在线制导方法，但该专利研究的是火星着陆器的制导方法，模型与本专利存在较大区别。论文《高超声速飞行器巡航段多约束制导方法》通过建立平衡条件，设计了满足多约束条件的最优制导律，但该论文未考虑干扰对高超声速飞行器巡航段制导的影响。综上所述，现有方法无法解决对于含有气动参数不确定性和外部干扰的高超声速飞行器巡航段下的制导问题。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对高超声速飞行器巡航段受到由气动参数不确定性及外部干扰带来的影响，提出了一种基于复合比例导引的高超声速飞行器巡航段制导方法，解决了高超声速飞行器巡航段因受干扰导致制导精度降低的问题，提高系统的制导精度，具有工程实用性强、抗干扰性高的优点。

本发明及技术解决方案为：一种基于复合比例导引的高超声速飞行器巡航段制导方法，其实现步骤如下：

第一步，建立含有气动参数不确定性及外部干扰的高超声速飞行器巡航段制导模型如下：

其中，V为高超声速飞行器相对于地球的速度，为飞行器加速度，θ为速度倾角，为速度倾角速度，σ为偏航角，为偏航角速度，r为地心距，为高超声速飞行器在地心距方向的速度分量，λ和分别为地球的经纬度，和分别为高超声速飞行器在经度和纬度方向的速度分量，ν为倾侧角，α为攻角，P、L、D分别为高超声速飞行器所受到的推力、升力及阻力，m为高超声速飞行器的质量，μ_m为地球引力常数，d₁、d₂、d₃为由于气动参数不确定性及外部干扰组成的相对于飞行器加速度、速度倾角速度及偏航角速度的等价干扰。升力L、阻力D、推力P的表达式分别为：

L＝C_LρV²S/2