一种基于广义标控脱靶量概念的多过程约束和多终端约束末制导律的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于广义标控脱靶量概念的多过程约束和多终端约束末制导律，包括以下几个步骤：步骤1：加载存储的标准控制及飞行器状态初值；步骤2：弹道积分预测；步骤3：过程约束修正；步骤4：标控弹道一阶变分模型求解；步骤5：更新标准控制求解；本发明相较于传统的末制导律，该制导律不仅可以满足脱靶量、落角、落点攻角等传统的终端约束的要求，还能够使强非线性状态变量V收敛到所需要的值，同时还能闭环的处理过程约束。
【专利说明】一种基于广义标控脱靶量概念的多过程约束和多终端约束
末制导律
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于广义标控脱靶量概念的多过程约束和多终端约束末制导律，属于航天技术、武器【技术领域】。
【背景技术】
[0002]高超声速飞行器是指飞行马赫数大于或者等于5的飞行器，它具有飞行速度快、突防能力强、全球到达、毁伤威力大等独特的有时，已经成为当今世界各国武器研制的热点和焦点。而下压段多约束末制导律则是决定其作战效能的一个重要因素。
[0003]在高超声速飞行器的飞行末段，为了增大突防能力，往往要求以较大的弹道倾角下压，这就意味着末段的需用过载较大；而飞行器的速度大、高度高，则意味着它的机动能力差；即容易出现控制饱和的情况。这就要求在末制导中不仅要考虑脱靶量、碰撞角和落速等终端约束，还需考虑最大攻角约束和最大过载约束等过程约束。
[0004]现在末制导常用的显示导律(如比例导弓|，广义显示制导等)，往往基于忽略速度变化的线性化几何弹道模型，通过控制方法使得弹道最终收敛到所需要的目标，但是这些制导律没法满足落速精确控制的要求。虽然在再入制导律中存在对末速的考虑，但末制导段的近垂直打击要求使得再入制导律不适用。并且，这些制导律在考虑过程约束时往往没有预先的闭环考虑，在控制能力不足的情况下很容易出现不能命中目标。因此，需要一种能够闭环考虑落速要求和过程约束的制导律。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种同时满足脱靶量、落角、落速和落点攻角等终端约束以及最大攻角约束和最大过载约束的过程约束的高超声速飞行器末制导律。
[0006]广义标控脱靶量是指从h时刻开始飞行器按照标准控制u*(t)飞行，在tf时刻飞行器的飞行状态与给定末状态的偏差。广义标控脱靶量不仅包含传统意义上的脱靶量，也可以包含终端碰撞角偏差，甚至还可以包含终端碰撞速度偏差。在获得了广义标控脱靶量后，进一步采梯度法为制导修正算法，对非线性问题取广义梯度，将其化为线性时变优化问题，利用多次线性时变优化问题来逼近非线性优化问题。最终通过求解基于当前弹道的线性化模型来获取对当前弹道的改进，从而不断的使标控弹道不断逼近最优解。
[0007]对于在制导中需要考虑的最大攻角、最大法向过载等过程约束，本发明提出了一种基于控制走廊概念的处理方法。在进行在线制导的时候，由于每一个周期积累的误差都为一小量，因此每一个新的迭代周期的规划弹道相对于上一周期的规划弹道的改变也会是一个小量，从而使得局部线性化模型能够很好的逼近真实的非线性模型。
[0008]本发明的优点在于:
[0009](I)相较于传统的末制导律，该制导律不仅可以满足脱靶量、落角、落点攻角等传统的终端约束的要求，还能够使强非线性状态变量V收敛到所需要的值，同时还能闭环的处理过程约束；
[0010](2)该制导律基于真实的非线性运动模型，所获得的制导律更加接近真实的最优解。
[0011](3)该制导律还可以根据实际的制导需求减少或者增加相应的标控脱靶量个数，从而应对不同的需求，具有广泛的适用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明制导律制导指令生成的流程图；
[0013]图2是本发明制导律的使用流程图；
[0014]图3是弹道迭代收敛图；
[0015]图4是无拉偏制导仿真结果；
[0016]图5是大气风模型；
[0017]图6是风拉偏制导仿真结果；
【具体实施方式】
[0018]下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0019]本发明是一种基于广义标控脱靶量概念的多过程约束和多终端约束末制导律，在运用基于广义标控脱靶量概念的多过程约束和多终端约束末制导律，首先需要给出标准控制的初值估计，在这里，选用广义显示制导律生成控制初值猜测。接下来，需要计算标控弹道和标控脱靶量。所谓标控弹道，是指从当前状态出发依据给定的标准控制飞行所得到的弹道，标控弹道终端状态与需要终端状态的差为标控脱靶量。最后采用梯度法求解基于标准弹道线性化，得到的最优控制修正，从而实现对标准控制的更新，整个制导过程如图1所示，包括以下几个步骤:
[0020]步骤1:加载存储的标准控制及飞行器状态初值。
[0021]所谓标准控制，即为飞行器事先设定的控制指令规律，设为Ub(X)，飞行器状态初值则是当前时刻飞行器的飞行状态，包括初始速度Vtl，初始弹道倾角Y C1，初始高度Iitl以及初始纵程X(l。需要注意的是，在制导初始时刻，标准控制可能存在较大的偏差，但随着制导迭代修正的进行，标准控制会迅速收敛到所需要的最优控制上。
[0022]步骤2:弹道积分预测
[0023]首先要建立高超声速飞行器末制导段动力学模型。由于高超声速飞行器具有飞行距离远、突防能力强的特点，因此一般用于攻击地面高价值目标。同时，由于其高速性导致末端机动能力有限，因此，可以假定在中制导阶段已经使飞行器对准目标，在本发明中，仅考虑纵向平面内的制导问题，飞行器的运动方程为，
【权利要求】
1.一种基于广义标控脱靶量概念的多过程约束和多终端约束末制导律，包括以下几个步骤: 步骤1:加载存储的标准控制及飞行器状态初值； 标准控制为飞行器事先设定的控制指令规律，设为Ub(X)，飞行器状态初值则是当前时刻飞行器的飞行状态，包括初始速度\，初始弹道倾角Y O，初始高度h以及初始纵程Xtl ；步骤2:弹道积分预测； 建立高超声速飞行器末制导段动力学模型，飞行器的运动方程为，
【文档编号】G05D1/00GK103728976SQ201310744914
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】陈万春, 周浩, 胡锦川 申请人:北京航空航天大学