高超声速滑翔飞行器机动策略与制导方法研究

摘要

高超声速滑翔飞行器具有速度高、突防性强、攻击范围广、打击效果好等优点，成为当前世界各军事大国研究投入的重点。高超声速滑翔飞行环境复杂多变，不同飞行阶段受到多种过程约束和未知干扰的影响。同时还需要规避禁飞区，机动飞行，并能以不同方位飞向目标。本文针对高超声速滑翔飞行器在多任务多约束条件下的滑翔段与俯冲段机动策略与制导方法相关问题以及两段的交接班问题开展了相关研究。
　　首先，针对本文所研究的高超声速滑翔飞行器的结构特点，建立了其动力学模型，同时分析了飞行器在滑翔段受到的各种过程约束，给出了与机动飞行有关的禁飞区和机动区模型，为后续开展相关研究工作奠定基础。
　　其次，为了提高制导系统鲁棒性，满足多种过程约束和终端约束，实现滑翔段制导任务，提出了滑翔段滑模自抗扰制导方法。针对滑翔段禁飞区规避问题，提出了可用于在线实现的一种新的多个禁飞区规避规划算法。为了更加有效的进行机动飞行，给出了不同机动飞行方法的实现途径，并对其进行仿真验证和机动效果分析。
　　然后，针对全方位俯冲制导问题，利用对称原理改进了全方位导引方程，避免了不必要的能量损耗。通过分析俯冲段的过程约束和端点约束，发现热流约束是俯冲段必须考虑的过程约束。通过数值预测得到的终端速度与需要速度之差乘以比例系数作为机动过载幅值的方式实现机动飞行与速度控制，并能满足热流约束。
　　最后，针对滑翔段与俯冲段的交接班问题，分析了交接班高度和速度两个主要因素对俯冲段的影响。给出了交接班速度的解析估算方法。通过与仿真值比较，检验了估算的准确性，并进行了考虑交接班的滑翔段和俯冲段的联合仿真，充分验证了所提方法的有效性。
　　论文拓展了高超声速滑翔飞行器制导理论，所提出的方法具备工程实用价值，能够为大气层内无动力飞行的高超声速滑翔飞行器制导系统设计提供参考。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2相关技术研究现状

1.3本文研究内容与组织结构

第二章 高超声速滑翔飞行器动力学模型

2.1坐标系定义

2.2坐标系间的转换

2.3运动方程

2.4过程约束及禁飞区机动区模型

2.5小结

第三章 滑翔段滑模自抗扰制导方法与机动策略

3.1滑翔段滑模自抗扰制导方法

3.2滑翔段多个禁飞区规避规划算法

3.3滑翔段机动飞行方法

3.4小结

第四章 全方位俯冲制导与速度控制方法

4.1全方位导引方程

4.2全方位俯冲制导策略

4.3俯冲段约束分析

4.4俯冲机动飞行与速度控制

4.5小结

第五章 滑翔与俯冲交接班条件设计

5.1滑翔对俯冲影响情况分析

5.2交接班条件设计方法

5.3仿真验证

5.4小结

第六章 总结与展望

6.1研究成果

6.2工作展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果