一种升力式飞行器的倾斜转弯翻转制导方法
【专利摘要】本发明公开了一种升力式飞行器的倾斜转弯翻转制导方法，该方法包括：确定飞行器在滑翔飞行过程中的横向约束走廊；根据飞行器当前的横向位置、横向速度和预报时间，确定该飞行器的预测横向位置；根据所确定的横向约束走廊和飞行器的预测横向位置，进行倾侧角指令的翻转判别；根据所述倾侧角指令得到倾侧角制导指令。通过使用本发明所提供的方法，可以有效地避免飞行器滑翔过程中由于机动过大而导致的偏离目标攻击方向、翻转次数过多等问题。
【专利说明】
一种升力式飞行器的倾斜转弯翻转制导方法
技术领域
[0001] 本发明涉及升力式飞行器制导技术领域，特别涉及一种升力式飞行器的倾斜转弯 翻转制导方法。
【背景技术】
[0002] 升力式高超声速再入飞行器是航空航天领域出现的一种新型飞行器。该升力式高 超声速再入飞行器由于采用了升力体外形，因此一般采用侧滑角保持为0°的倾斜转弯 (BTT)方式，通过机体的大滚转实现大范围机动，能大大提高机动性和命中精度。该类飞行 器在滑翔再入过程中需满足严格的热流、过载、动压等过程约束，同时还需满足滑翔结束点 的终端速度、终端高度、纵程、横程和速度偏角等约束条件限制，以实现对目标的高速准确 打击。
[0003] 标准轨迹跟踪制导方法属于一种比较成熟的再入制导方法，已在美国的航天飞机 和高超声速滑翔飞行器得到了广泛应用。该方法通过对标准轨迹参数(例如，高度、速度、阻 力加速度等参数）的跟踪控制实现飞行器能量的管理。在该方法中，纵向制导主要通过调节 攻角指令和倾侧角指令的大小跟踪轨迹剖面，侧向制导一般通过横向约束走廊内的开关控 制来调整倾侧角的符号。
[0004] 然而，在现有技术的上述方法中，还存在着飞行器滑翔过程中机动过大，从而导致 偏离目标攻击方向以及翻转次数过多等问题。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明提供一种升力式飞行器的倾斜转弯翻转制导方法，从而可以有 效地避免飞行器滑翔过程中由于机动过大而导致的偏离目标攻击方向、翻转次数过多等问 题。
[0006] 本发明的技术方案具体是这样实现的：
[0007] -种升力式飞行器的倾斜转弯翻转制导方法，该方法包括：
[0008] 确定飞行器在滑翔飞行过程中的横向约束走廊；
[0009] 根据飞行器当前的横向位置、横向速度和预报时间，确定该飞行器的预测横向位 置；
[0010] 根据所确定的横向约束走廊和飞行器的预测横向位置，进行倾侧角指令的翻转判 别；
[0011] 根据所述倾侧角指令得到倾侧角制导指令。
[0012] 较佳的，所述确定飞行器在滑翔飞行过程中的横向约束走廊包括：
[0013] 根据飞行器距发射点的已飞航程Sg。与滑翔过程中的横程约束之间的映射关系，采 用插值方法由已飞航程3 8。通过插值计算得到Zleft和Zright;其中，所述Zleft和Z right分别为横 向约束走廊的左边界和右边界；
[0014] 计算不同航程下飞行器的参考中线ZQLine。
[0015]较佳的，使用如下的公式计算得到不同航程下飞行器的参考中线ZQLine:
[0017] 较佳的，使用如下的公式计算得到预测横向位置：
[0018] Zpredict = Z+Vz · Tz；
[0019] 其中，Zpredlet为预测横向位置，Z为飞行器当前的横向位置，Vz为飞行器当前的横向 速度，T z为预报时间。
[0020] 较佳的，使用如下的公式进行倾侧角指令dZZ的翻转判别：
[0022]其中，dZZ为倾侧角指令，Zo为预设阈值，且Zo>0。
[0023]较佳的，使用如下的公式计算得到倾侧角制导指令：
[0025] 其中，γ 为倾侧角制导指令，L为通过纵向制导计算得到的倾侧角指令大小。
[0026] 如上可见，在本发明中的升力式飞行器的倾斜转弯翻转制导方法中，由于在设计 合理的横向约束走廊的基础上，确定飞行器的预测横向位置，然后再根据横向约束走廊和 飞行器的预测横向位置，进行倾侧角指令的翻转判别，并最终根据倾侧角指令得到倾侧角 制导指令，实现滑翔过程中的倾侧翻转，从而可以有效地避免飞行器滑翔过程中由于机动 过大而导致的偏离目标攻击方向、翻转次数过多等问题。
【附图说明】
[0027] 图1为本发明实施例中的升力式飞行器的倾斜转弯翻转制导方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0028] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对 本发明进一步详细说明。
[0029] 本实施例提供了一种升力式飞行器的倾斜转弯翻转制导方法，该方法适用于高超 声速飞行器的滑翔飞行过程。
[0030] 图1为本发明实施例中的升力式飞行器的倾斜转弯翻转制导方法的流程示意图。 如图1所示，本发明实施例中的升力式飞行器的倾斜转弯翻转制导方法包括：
[0031 ]步骤101，确定飞行器在滑翔飞行过程中的横向约束走廊。
[0032] 在本发明的技术方案中，首先需要确定升力式飞行器在滑翔飞行过程中的横向约 束走廊。
[0033] 在本发明的技术方案中，可以使用多种实施方式来实现上述的步骤101。以下将以 其中的一种【具体实施方式】为例，对本发明的技术方案进行详细介绍。
[0034] 例如，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述步骤101可以包括：
[0035]根据飞行器距发射点的已飞航程与滑翔飞行过程中的横程约束的映射关系，计算 得到飞行器在滑翔飞行过程中的横向约束走廊。
[0036]例如，较佳的，所述步骤101可以包括如下所述的步骤：
[0037]步骤11，先根据飞行器距发射点的已飞航程Sg。与滑翔过程中的横程约束（包括 Zleft和Zright)之间的映射关系，米用插值方法由已飞航程Sg。通过插值计算得至IjZleft和Zright。
[0038] 其中，所述Zleft和Zright分别为横向约束走廊的左边界和右边界。
[0039] 步骤12,然后，再计算不同航程下飞行器的参考中线ZQLine。
[0040] 较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述参考中线ZoLim3可以使用如下所述的 公式计算得到：
[0042]在本发明的技术方案中，在通过上述的步骤11和12计算得到上述的Zleft、Zright和 Zoune之后，即可确定飞行器在滑翔飞行过程中的横向约束走廊。
[0043] 另外，在本发明的技术方案中，上述映射关系的参数化设计，可以通过使用常用的 方法由滑翔飞行过程中的安全区域约束条件确定，因此在此不再赘述。
[0044] 步骤102,根据飞行器当前的横向位置、横向速度和预报时间，确定该飞行器的预 测横向位置。
[0045] 在本发明的技术方案中，可以使用多种实施方式来实现上述的步骤102。以下将以 其中的一种【具体实施方式】为例，对本发明的技术方案进行详细介绍。
[0046] 例如，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述预测横向位置可以使用如下所 述的公式计算得到：
[0047] Zpredict = Z+Vz · Tz (2)
[0048] 其中，Zpredlct为预测横向位置，Z为飞行器当前的横向位置，Vz为飞行器当前的横向 速度，T z为预报时间。
[0049] 另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，还可以进一步根据实际应用情况的 需求，预先设置飞行器距发射点的已飞航程Sg。与预报时间T z之间的映射关系Tz = f(Sg。），从 而可以根据所述已飞航程Sg。和所述映射关系，直接获取相应的预报时间T z。
[0050] 例如，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述映射关系的形式可以是如下形 式的插值表：
[0052]其中，所述Sl~S4分别表示所述已飞航程58。在不同时刻的取值，而所述Tl~Τ4则 分别表示所述预报时间相对应的不同的取值。
[0053]在本发明的技术方案中，所述Sl~S4和Tl~T4的取值可以根据实际应用情况的需 要预先进行设置，在此不再赘述。
[0054]步骤103,根据所确定的横向约束走廊和飞行器的预测横向位置，进行倾侧角指令 dZZ的翻转判别。
[0055] 在本发明的技术方案中，可以使用多种实施方式来实现上述的步骤103。以下将以 其中的一种【具体实施方式】为例，对本发明的技术方案进行详细介绍。
[0056] 例如，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，可以使用如下所述的公式进行倾侧 角指令dZZ的翻转判别：
[0058]其中，dZZ为倾侧角指令，Zo为预设阈值，且Zo>0。
[0059] 在本发明的上述技术方案中，在预测横向位置判别的基础上，通过加入判别实际 横程与参考中线间的位置关系，可以防止由于预报时间参数选择不合理而引起的倾侧角指 令出现过多次翻转，从而可以避免横向位置仅在参考中线的一侧变化的情况的发生。
[0060] 步骤104,根据所述倾侧角指令得到倾侧角制导指令。
[0061] 在本发明的技术方案中，可以使用多种实施方式来实现上述的步骤104。以下将以 其中的一种【具体实施方式】为例，对本发明的技术方案进行详细介绍。
[0062] 例如，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述倾侧角制导指令可以使用如下 所述的公式计算得到：
[0064] 其中，γ vc；x为倾侧角制导指令，Fva为通过纵向制导计算得到的倾侧角指令大小。
[0065] 另外，在本发明的技术方案中，可以使用常用的计算方法，通过纵向制导计算得到 倾侧角指令大小Ekc，因此在此不再赘述。
[0066] 通过上述的步骤101~104，即可得到倾侧角制导指令，从而可以根据该倾侧角制 导指令实现飞行器在滑翔过程中的倾侧翻转。
[0067] 综上可知，在本发明中的升力式飞行器的倾斜转弯翻转制导方法中，由于在设计 合理的横向约束走廊的基础上，确定飞行器的预测横向位置，然后再根据横向约束走廊和 飞行器的预测横向位置、走廊参考中线之间的关系，进行倾侧角指令的翻转判别，并最终根 据倾侧角指令得到倾侧角制导指令，实现滑翔过程中的倾侧翻转，从而可以在尽量发挥飞 行器机动能力进行能量管理的前提下，有效地避免飞行器滑翔过程中由于滑翔机动过大而 导致的偏离目标攻击方向、翻转次数过多等问题，可以广泛地应用于滑翔过程中的标准轨 迹跟踪制导方案。
[0068] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
【主权项】
1. 一种升力式飞行器的倾斜转弯翻转制导方法，其特征在于，该方法包括： 确定飞行器在滑翔飞行过程中的横向约束走廊； 根据飞行器当前的横向位置、横向速度和预报时间，确定该飞行器的预测横向位置； 根据所确定的横向约束走廊和飞行器的预测横向位置，进行倾侧角指令的翻转判别； 根据所述倾侧角指令得到倾侧角制导指令。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定飞行器在滑翔飞行过程中的横向 约束走廊包括： 根据飞行器距发射点的已飞航程Sg。与滑翔过程中的横程约束之间的映射关系，采用插 值方法由已飞航程Sg。通过插值计算得到Zleft和Zright;其中，所述Z left和Zright分别为横向约 束走廊的左边界和右边界； 计算不同航程下飞行器的参考中线ZQLine。3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，使用如下的公式计算得到不同航程下飞行 器的参考中线ZQLine:4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，使用如下的公式计算得到预测横向位置： Zpredict - Z+Vz · Tz; 其中，Zpredlct为预测横向位置，Ζ为飞行器当前的横向位置，Vz为飞行器当前的横向速 度，Τζ为预报时间。5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，使用如下的公式进行倾侧角指令dZZ的翻 转判别：其中，dZZ为倾侧角指令，Z〇为预设阈值，且Z〇>0。6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，使用如下的公式计算得到倾侧角制导指 令：其中，γ为倾侧角制导指令，为通过纵向制导计算得到的倾侧角指令大小。
【文档编号】B64G1/24GK105923172SQ201610244179
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月18日
【发明人】杨业, 包为民, 黄万伟, 马卫华, 祁振强, 吴浩, 郭涛, 梁禄扬, 徐国强
【申请人】北京航天自动控制研究所