高超声速助推-滑翔飞行器机动制导方法研究

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在高超声速武器平台网络化的背景下,本文旨在解决助推-滑翔飞行器的多飞行器协同和再入机动制导方法等相关技术,主要研究了具有复杂约束的再入段轨迹优化技术,并在此基础上研究了多飞行器时间协同控制方法和再入机动制导方法。本文的主要研究成果如下:针对辐射型禁飞区的特点,提出了辐射型禁飞区内的威胁量化模型,并通过威胁积分将禁飞区约束转换成了最小威胁性能指标,不仅能更准确地描述辐射型禁飞区的特性,也使对应的最优控制问题得到简化;最后文章采用了hp-自适应Radau伪谱法,并辅助以无量纲化方法和逐步增加约束方法,对相应的最优控制问题进行求解,得到了满足多种复杂约束的最优弹道。参考目前多飞行器协同的相关研究,同时考虑到高超声速飞行器的再入跟踪制导方法,文章提出了参考标准弹道的时间估计方法,优先后到者的协同时间抉择标准,和基于固定时间的轨迹生成技术的时间协同控制方法,完成了高超声速飞行器的多飞行器时间协同的基本框架的设计。为了适应高超声速飞行器武器应用的需求,同时考虑到目前再入制导方法的不足之处,设计了基于虚拟目标点的再入机动制导方法,该方法将标准弹道跟踪制导和再入机动末制导方法结合,通过标准弹道引入一系列的虚拟目标点,将全弹道的再入制导过程转化成为有限连续小段的机动末制导过程,在保证精度的同时可以提高制导方法的机动性。本文的相关工作是轨迹优化、协同控制和再入制导方面的新的突破,为高超声速武器平台网络化提供了一定的理论依据和技术支持。
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