考虑禁飞区规避的预测校正再入制导方法

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1、2015年5月第41卷第5期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsMav2015V01．41No．5http：?}bhxb．buaa．edu．ca、buaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0488考虑禁飞区规避的预测校正再入制导方法赵江1，周锐“，张超2(1．北京航空航天大学自动化科学-q电气工程学院，北京100191；2．试验物理与计算数学国家级重点实验室，北京100076)摘要：针对升力式高超声速飞行器再入滑翔侧向制导问题，提出了一

2、种考虑禁飞区规避的预测校正制导方法．纵向制导采用落点误差预测与指令校正相结合的方式，不断更新倾侧角的幅值，实时修正轨迹纵程．侧向制导设计了一种倾侧角反转逻辑的切换机制，利用航向角误差走廊和航向角导向区域控制飞行器的侧向运动．CAV—H再入滑翔飞行器制导仿真实例表明，该方法不依赖于标准再入轨迹，能够导引飞行器规避禁飞区约束．MonteCarlo仿真验证表明，在随机初始扰动和误差存在的情况下，该制导方法具有良好的鲁棒性．关键词：高超声速飞行器；再入制导；预测校正；禁飞区；倾侧角反转中图分类号：V448．235文献标识码：A文章编号：1001-5965(2015)05-0864-07高超

3、声速飞行器的再入环境复杂，其制导性能容易受到大气模型参数的不确定性和动力学系统的强扰动性等诸多因素的制约，因而再人制导成为各国航空航天领域研究的重点问题和难点问题¨也1．传统的再人制导研究侧重于如何处理高速再人飞行过程中受到的热流密度、动压和过载等硬约束，以及如何确保满足落点精度要求和终端约束”⋯．然而，随着空天一体化联合作战任务的多元化和智能化，高超声速再入飞行器要求具备自主躲避威胁区域和政治禁区的能力¨1．因此，考虑禁飞区规避的再人滑翔轨迹规划和制导方法研究已经成为高超声速技术的发展趋势．文献[6]利用Gauss伪谱法研究了多约束条件下的再入轨迹优化问题，以最大航程为例设计了满

4、足禁飞区约束的最优滑翔轨迹．在此基础上，文献[7]提出了分段的再入轨迹优化方法，将包含航路点约束和禁飞区约束的轨迹优化问题转换为非线性规划问题进行求解．文献[8]结合滚动时域优化和Gauss伪谱法的优点，设计了能够动态规避禁飞区的实时轨迹优化策略．文献[9]分析了气动特性参数对再人飞行器侧向机动性能的影响，提出了一种考虑禁飞圆的机动弹道耦合设计方法．文献[10]研究了再人轨迹与禁飞区位置的几何关系，利用准平衡滑翔条件设计了不同模式的机动再人突防模式弹道．文献[11]基于演化加速度再人制导方法，提出了能够规避禁飞区的倾侧角反转逻辑和侧向制导律．以上满足禁飞区约束的再人轨迹优化和制导方

5、法都属于标准轨迹制导，即必须设计合适的导引律以跟踪事先确定的标准再入轨迹．该方法对弹载计算机的性能要求较低，但是当初始轨迹偏差较大时，制导性能将会严重退化，有可能导致飞行任务失败．本文提出一种考虑禁飞区规避的预测校正制导方法．该方法简单可行，且不依赖于标准再入轨迹．纵向制导采用落点预测与指令校正相结合的方式来实时修正轨迹纵程；侧向制导利收稿日期：2014-08_01；录用日期：2014-09—26；网络出版时间：2014．10—1408：58网络出版地址：WWW．enki．net／kcms／doi／10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0488．html基金项目

6、：国家自然科学基金(61273349，61175109，61203223，61333004)；航空科学基金(2013ZAl8001)；北航博士研究生创新基金(YWF-14-YJSY-013)作者简介：赵江(1986一)，男，陕西西安人，博士研究生，jzhao@buaa．edu．cn+通讯作者：周锐(1968一)，男，湖北钟祥人，教授，zhr@buaa．edu．cn，主要研究方向为飞行器自主控制、多飞行器协同控制．引用格式：赵江，周锐，张超．考虑禁飞区规避的预测校正再入制导方法fJJ．北京航空航天大学学报，2015，41p)：864—870．Zhaoj，ZbouR，ZhangC．Pr

7、edictor—CO／Tectorreentryguidancesatisfyingno—tlyzoneconstraints【j]．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，41p)：864—870(inChinese)．第5期赵江，等：考虑禁飞区规避的预测校正再入制导方法865用航向角导向区域引导飞行器躲避禁飞区．1．3再入终端约束不失一般性，引入如下能量形式的e作为自1再入制导问题1．