临近空间高超声速飞行器再入制导研究

admin · 发表于 2022-9-23 09:09:27

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临近空间高超声速飞行器再入段制导方法设计是一个具有多重约束的复杂题目，设计再入制导方案使飞行器能够安全而且准确地着陆在预定地点，对于高超声速飞行器的再入具有重大意义。本文的方法是以航天飞机经典的再入制导方法为基础，参考了修正加速度再入制导等算法进行设计的。首先在阻力加速度与归一化能量空间内建立再入走廊，采用仿真得到实际可行的上下阻力边界，再结合不同倾侧机动时刻，预测得到再入落点区域。本文提出了一种阻力参考轨迹在线校正的制导方法。在再入走廊内，设计一条满足再入初始条件和终端条件的多项式函数曲线作为再入参考轨迹，并以终端航迹角为优化变量，采用遗传优化算法求取最优初始再入轨迹，设计相应的参考轨迹跟踪算法以及侧向制导算法。根据初始求取的最优终端航迹角，利用规划方法的简单快速性，对参考轨迹进行实时的校正。本文设计了一种参考轨迹模糊自适应跟踪控制方法。先利用模糊控制理论对高超声速飞行器的阻力二阶微分模型进行模糊辨识，然后对其设计相应的自适应跟踪控制器，并对该方法的李雅普诺夫稳定性进行证明。另一方面，本文对高超声速飞行器再入轨迹进行了优化求解。首先，将非线性、多变量、多约束的再入轨迹优化题目，使用高斯伪谱法转换为非线性规划的题目，再利用序列二次规划的方法进行求解，得到了再入轨迹的次优解。然后，利用最优控制理论分析了高超声速飞行器再入题目，得到一个两点边值题目，以求得的再入轨迹的次优解作为初始值，采用共轭梯度的计算方法来求解该两点边值题目，求得了再入过程中目标函数的最优解。以某型吸气式一体化高超声速飞行器为仿真对象，对以上算法进行了仿真验证。仿真结果论证了算法的性能和其可行性，最后结合仿真结果对算法进行了分析。

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