[发明专利]一种可重复使用运载器再入段的预测校正鲁棒制导方法

说明书

本发明公开了一种可重复使用运载器再入段的预测校正鲁棒制导方法，涉及航空航天制导领域，能够在气动参数不确定，以及诸多约束的条件下准确到达目标点。本发明基于预测校正制导方法提出了一种根据剩余能量和升阻比变化对标称迎角剖面和航向角误差走廊进行自适应调整的制导策略，以此增强飞行器的侧向机动能力和制导系统的鲁棒性。经过仿真验证，本发明提出的方法能够有效解决再入制导过程中的不确定性问题，同时不突破约束，保证飞行器安全稳定地到达再入目标点，适用于工程实际应用。

技术领域

本发明涉及航空航天制导领域，尤其涉及一种可重复使用运载器再入段的预测校正鲁棒制导方法。

背景技术

可重复使用运载器是一种可以在天地之间多次往返运输载荷的飞行器，可以大大减小单次有效载荷的运输和空间探索的成本，同时其作为未来空天运输系统的重要力量，具有极高的军事和民用价值，这也吸引世界上各个航天大国对其展开研究。

可重复使用运载器的再入过程是制约此类飞行器发展的一大技术难题，因为其飞行环境存在复杂的未知干扰，而且飞行空域跨度大，气动参数也存在一定的不确定性，同时为了保证再入飞行过程的安全性和稳定性，飞行器还需要满足诸多严苛的外部约束，例如热流密度、过载、动压、平衡滑翔条件、终端约束等等，这些问题都对可重复使用运载器的再入制导提出了极大的挑战。

学者们也针对上述问题展开了一定的研究，所提出主要的制导方法分为两大类，即标称轨迹制导和预测校正制导。其中，传统标称轨迹制导通过预先生成一条满足约束的再入轨迹，然后控制飞行器对此轨迹进行跟踪，此类方法在固定任务时效果较好，同时对初始误差较为敏感，但是其自适应性较差。

预测校正制导方法是一种在线预测落点偏差，从而对制导指令进行修正的制导方案，此类方案对任务的灵活性效果较好，相比标称轨迹法自适应性较强，但是需要不断对制导运动方程进行积分迭代来产生制导指令，对机载计算机的性能要求较高，不过随着目前计算机技术的不断发展，预测校正制导方法的应用前景十分广泛。

目前大多数的预测校正制导方案为了减小机载计算机的负担，都将约束转化为某一控制量(迎角或倾侧角)的幅值约束，例如通过迭代搜索满足约束条件的倾侧角幅值，而迎角采用固定的迎角剖面得到，但是此类方法导致飞行器的侧向机动能力较差，应对复杂任务下的制导效果并不好。当气动参数在一定的不确定性时，传统的预测校正方法已经不能使飞行器到达预定落点。一些学者采用最小二乘法、卡尔曼滤波等参数估计的方法在线对气动参数进行估计和修正，从而解决此类问题。

然而，随着再入任务的复杂性越来越高，对制导方案的灵活性和机动能力要求也随之提升，上述的参数估计方法所采用的固定剖面方案在面临再入过程飞行空域跨度大，飞行环境复杂的情况下，无法避免或补偿气动参数不确定导致制导精度降低的问题，已经不能适用于未来的再入系统的发展方向。

发明内容

本发明提供一种可重复使用运载器再入段的预测校正鲁棒制导方法，能够在气动参数不确定，以及诸多约束的条件下准确到达目标点。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可重复使用运载器再入段的预测校正鲁棒制导方法，包括：

S1、确定可重复使用运载器再入段关于能量变量的无量纲化三自由度运动方程；

S2、将热流密度、过载、动压、平衡滑翔条件转化为高度-速度剖面约束，并作为再入走廊的边界，再将高度-速度剖面约束转化为倾侧角幅值约束；

S3、建立二次函数幅值参数化迭代倾侧角模型，以满足末端能量的待飞航程约束为判断条件，以倾侧角幅值约束作为限制，对能量变量的无量纲化三自由度运动方程进行不断积分，得到倾侧角幅值；