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高超声速滑翔飞行器变轨段自适应跟踪制导方法_论文

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第 38卷 第 5 期 2016 年 1 0 月 JOURNAL OF NATIONAL UNIVERSITY OF DEFENSE TECHNOLOGY 国 防 科 技 大 学 学 报 Vol. 38 No. 5 Oct. 2016 doi : 10. 11887/j. cn. 201605016 http : / / journal, nudt. edu. cn 高超声速滑翔飞行器变轨段自适应跟踪制导方法* 何 睿 智 1, 刘 鲁 华 1, 汤 国 建 1, 包为民 ( 1 . 国防科技大学航天科学与工程学院,湖 南 长 沙 410073; 2 . 中国航天科技集团公司,北 M 京 100048) 摘 要 :针对高超声速滑翔飞行器变轨段大偏差条件下的标准轨迹跟踪问题, 提出一种基于权值矩阵自 适应修正的变轨段跟踪制导方法。分析了变轨段主要控制方式和标准轨迹特性;将简化的纵向运动方程在 标准轨迹附*线性化;采用将误差项引进线性二次型性能指标加权矩阵的方式,设计了改进的权值自适应修 正跟踪制导方法。CAV-H 飞行器仿真分析表明, 该方法能够实现高超声速滑翔飞行器变轨段高精度自适应 跟踪制导, 对初始及过程偏差具有良好的鲁棒性。 关键词:高超声速滑翔飞行器;变轨段;权值矩阵修正; 自适应跟踪制导 中图分类号:V448 文献标志码:A 文章编号 =1001 -2486(2016)05 -099 -0 6 Adaptive tracking guidance method in injection phase for hypersonic glide vehicles HE Ruizhi1, LIU Luhua , TANG Guojian , BAO Weimin1,2 (1 . College of Aerospace Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073 , C hina ; 2. China Aerospace Science and Technology Corporation, Beijing 100048 , China) Abstract :According to the trajectory tracking problem of hypersonic glide vehicle under great deviation conditions, a new adaptive tracking guidance method in the injection phase was put forward based on the adaptively revised weighting matrix. The main control mode and standard trajectory characteristics were analyzed. The simplified longitudinal motion equations were linearized near the standard trajectory. An improved adaptive tracking guidance method was designed by introducing the error term in linear quadratic performance index. The simulation results of CAVH indicate that this method can achieve a great performance in adaptive tracking guidance in the injection phase, and has a good robustness to the in itia l and process deviation. Key words :hypersonic glide vehicle ;injection phase ;revised weighting matrix ;adaptive tracking guidance 高超声速滑翔飞行器是一种飞行速度超过5 马赫, 具有大升阻比气动外形的无动力飞行器, 它 具有高速度、 远航程、 强机动性等特点。发展高超 声速滑翔飞行器技术对于增强国防实力, 维护国 家安全, 具有重要的战略意义。 变轨段又称作引入段[1], 是高超声速滑翔飞 行器全程弹道中较为特殊的飞行阶段。该飞行阶 段连接初始再入点和滑翔起点, 使得飞行器在满 足热流约束条件的前提下, 顺利过渡到滑翔段, 起 到初期的调整作用。该 阶段飞行高度大, 大气密 度小, 飞行器控制调整能力较弱, 进一步, 由于该 飞行阶段所处环境的特殊性, 大气密度、 气动力参 数偏差往往较大, 在大偏差强不确定性条件下的 弹道设计和制导方法研究是飞行器系统设计中的 一大难点。 * 标准轨迹跟踪制导[2_4]即依赖 于 标 准 轨 迹 , 选择合适的状态反馈量进行控制量调整, 实现对 偏差的修正, 最终完成标准轨迹跟踪飞行。标准 轨迹可理解为广义的标准轨迹, 既包含实际的三 维飞行轨迹[5], 也 包 含 例 如 D - V [6 ]、 H - V [7]等 剖面形式标准轨迹。标准轨迹跟踪制导包括两部 分研究内容:一是标准轨迹的生成;二是跟踪方法 的选择。标 准 轨 迹 生 成 中 通 常 考 虑 多 种 约 束 条 件, 寻找某性能指标最优[8]的标准轨迹提供给跟 踪系统, 而跟踪系统主要考虑的是快速性和收敛 性 。通常采用的标准轨迹跟踪制导方法都是在小 偏差假设条件下进行线性化[9^°], 利用线性系统 相关理论进行最优化跟踪, 包括能量最优、 时间最



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