一种跳跃式再入二次再入段航程预估方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种跳跃式再入二次再入段航程预估方法，属于飞行器再入制导领 域。
【背景技术】
[0002] 探月返回高速再入飞行器，再入后的航程需求跨度范围在4000--8000km范围 之内，弹道往往存在明显的跃升过程。由于再入能量水平的不同，初次再入段和二次再入段 (或者是能量阻尼到第一宇宙速度后的下降飞行阶段）的弹道特性和摄动影响程度都有较 大区别，因此在高能量再入飞行阶段需要使用预测一校正的制导方法，保证初次再入将返 回器能量阻尼的合适的范围内，为二次再入提供良好的再入初始状态。
[0003] 目前技术条件下器载计算机的计算能力较弱，而在再入段需要尽快完成预测解 算，从而在较短的周期内对待跟踪弹道进行更新，保证制导闭环性能。为实现此目标，在初 期再入段不能直接利用数值算法预测到IOkm开伞点，而要选择开伞点之前的一个特征点。 然后使用快速计算的方法，获得从特征点到开伞点的航程预测。
[0004] 结合跳跃式再入制导的特点，在初次再入结束后，二次再入升力控制启控前，返回 器保持零倾侧角状态飞行，即逸出飞行弹道是"无升力控制"的自由飞行弹道。此段弹道的 起始点一逸出点，以及此段弹道的终止点一二次再入启控点，均可以作为要求的特征 点。
[0005] 由于逸出段弹道处于稀薄大气的边缘，当大气密度变化、逸出点高度有一定的散 布范围，如果将逸出段作为特征点，则首先需要解决自由飞行段的航程快速预测问题，一个 基本的思路是将逸出点为状态起点，求解二体问题，并获得相应的解析解，从而得到二次再 入点的位置、速度。但该方法忽略了高空大气的影响与J2项引力摄动的影响，带来一定的 外推误差。与解析方法相比，利用数值预测直接外推到二次再入点，并不会带来不可接受的 计算负担，故选定二次再入点作为初次再入段预测终止的特征点。而剩下的问题就是如何 利用二次再入点的初始状态获得快速的落点航程预报。
[0006] -个简单的思路是继续采用数值预报的方法，从二次再入点直接外推到开伞点， 但是该方法显然存在着前面已经叙述的计算负担过重的问题。另外一个思路是采用解析预 报法，估计从二次再入点到开伞点的航程。该方法可以获得概略的航程预报，但仿真结果显 示其预估精度还不能完全满足高精度控制的需求。为解决上述两种方法存在的问题，需要 探索新方法。
【发明内容】
[0007] 本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足之处，提供一种跳跃式再入二次 再入段航程预估方法，解决了数值计算机时开销大，解析预报精度相对较低的问题。该方法 能够获得高的二次再入段航程估计，同时计算简单，工程实现容易。
[0008] 本发明的技术解决方案是：一种跳跃式再入二次再入段航程预估方法，步骤如 下：
[0009] (1)根据飞行器的二次再入点可能的高度取值范围，选择飞行器的二次再入点高 度hy按照从小到大的顺序，依次排列形成表格H = {hj，i = 1，2,…m,式中m为大于等于 2的正整数；
[0010] (2)根据飞行器的二次再入点可能的速度取值范围，选择飞行器的二次再入点速 度V」，按照从小到大的顺序，依次排列形成表格V = {Vj}，j = 1，2, ···]!，η为大于等于2的 正整数；
[0011] (3)根据飞行器的二次再入点可能的路径角取值范围，选择飞行器的二次再入点 路径角Y k，按照从小到大的顺序，依次排列形成表格Y = {Yk}，k = 1，2，"1，？为大于等 于2的正整数；
[0012] (4)将表格H、表格V和表格Y中的的数据按照 对应关系排列成包含mXnXp 项二次再入段航程的表格L2Qii, Vj, Yk) = {Lj, q = 1，2, 3,…，mXnXp, mXnXp为大于等 于8的正整数，则表格L2中的数据为：
[0013]
【主权项】
1. 一种跳跃式再入二次再入段航程预估方法，其特征在于步骤如下： (1) 根据飞行器的二次再入点可能的高度取值范围，选择飞行器的二次再入点高度hi， 按照从小到大的顺序，依次排列形成表格H=化J，i = 1，2,…m，式中m为大于等于2的 正整数； (2) 根据飞行器的二次再入点可能的速度取值范围，选择飞行器的二次再入点速度vj， 按照从小到大的顺序，依次排列形成表格V = {Vj.}，j = 1，2,…n，n为大于等于2的正整数； (3) 根据飞行器的二次再入点可能的路径角取值范围，选择飞行器的二次再入点路径 角Yk，按照从小到大的顺序，依次排列形成表格Y = {Yk}，k= 1，2,…p，p为大于等于2 的正整数； (4) 将表格H、表格V和表格y中的的数据按照一一对应关系排列成包含mXnXp项 二次再入段航程的表格1^2也，Vj, Yk) = {L。}，q = 1，2, 3,…，mXnXp, mXnXp为大于等于 8的正整数，则表格L,中的数据为： L2，i = 12化1，V。Y 1) L2,2二 L 2 也,V。Y 1) ^2, mnp 一 L 2 化。，V。，Y p) (5) 根据飞行任务，飞行器的制导系统预测飞行器的二次再入点高度hu2、二次再入点 速度Vk2、二次再入点路径角Y m2; 做比较步骤妨的hEi2与表格H中的值，如果h h 1且h ei2《h m，在表格H中找到 与预测二次再入点高度hu2最接近的两个二次再入点高度h i与h w，记录下标标号i ;根据 与hu2最接近的两个二次再入点高度h i与h W计算高度插值系数K h，公式如下： Kh=化田2-hi)/化w-hi); 如果hEi2<hi;令高度插值系数Kh= 1，记i = 0 ;如果hE。^ hm，令高度插值系数Kh= 0,记 i = m ; 口）比较步骤妨的Vei2与表格V中的值，如果V V 1且V ei2《V n，在表格V中找到 与预测二次再入点速度VEI2最接近的两个二次再入点速度V j.与V W，记录下标标号j ;根据 与VEI2最接近的两个二次再入点速度V j与V W计算速度插值系数K Y，公式如下： Kv= (V EI2-Vj) / (Vj+1-Vj)； 如果Vu2<Vi;令速度插值系数K Y= 1，记j = 0 ;如果V V。，令速度插值系数Ky = 0，记 j = n ; 做比较步骤妨的Ye。与表格Y中的值，如果Y Y 1且Y EI2《Y p，在表格Y 中找到与预测二次再入点路径角Yei2最接近的两个二次再入点路径角y k与y w，记录下 标标号k;根据与Yei2最接近的两个二次再入点路径角y k与y w计算路径角插值系数 Ky，公式如下： KY=(YEU-YkV(Yk+i-Yk); 如果Y ei2〈 Y 1:令路径角插值系数K Y = 1,记k = 0 ;如果Y ei2> Y P,令路径角插值 系数Ky = 0，记k = P ; (9)根据步骤（6)记录的下标i、步骤（7)记录的下标j、步骤（8)记录的下标k，从步 骤（4)的数据表L2中取如下8个数据分别为T。、Ti2、Ti3、Ti4、Ti5、Tie、Ti7、Tis; Til为表格L2中第化-1) XmXn+(j-l) Xm+a)个数据的值； T。为表格L2中第化-l)XmXn+(j-l)Xm+(i+l)个数据的值； T。为表格L2中第化-1) XmXn+(j) Xm+a)个数据的值； Ti4为表格L2中（k-1) XmXn+(j) Xm+(i+l)个数据的值； Ti5为表格L2中似XmXn+(j-l) Xm+a)个数据的值； Tie为表格L2中似XmXn+(j-l)Xm+(i+l)个数据的值； Ti7为表格L2中似XmXn+(j) Xm+a)个数据的值； Tis为表格L2中似XmXn+(j)Xm+(i+l)个数据的值； 当i为0时，上述a)与（i+1)项均取为1 ; 当j为0时，上述（j-1)与U)项均取为0 ; 当k为0时，上述化-1)与似项均取为0 ; 当i为m时，上述（i)与（i+1)项均取为m ; 当j为n时，上述（j-1)与（j)项均取为n-1 ; 当k为P时，上述化-1)与似项均取为p-1 ; (10) 根据步骤做中的高度插值系数Kh，对步骤（9)中的T。和T 12,进行插值计算，得 到第一中间值T21，公式如下： 了21= (l-Kh)XTii+KhXT。； 对步骤巧）中的Ti3和T 14,进行插值计算，得到第二中间值T22,公式如下： 了22= (l-Kh)XTi3+KhXTi4; 对步骤巧）中的Tig和Tie,进行插值计算，得到第H中间值T23,公式如下： 了23= (l-Kh)XTi5+KhXTi6; 对步骤巧）中的Ti,和T18,进行插值计算，得到第四中间值T24,公式如下： T24= (l-Kh)XTi7+KhXTi8; (11) 根据步骤（4)中的速度插值系数Ky，对步骤（10)中的T,郝T22,进行插值计算，得 到第五中间值Tsi，公式如下： Tsi= (1~K J X Tgi+K^X T22； 对步骤（10)中的T23和T 24,进行插值计算，得到第六中间值T32,公式如下 Ts2~ (1~K J X Tgg+K^X T24； (12) 根据步骤（5)中的路径角插值系数Ky，对步骤（11)中的T31和T32,进行插值计算， 得到二次再入段预估航程Lp，公式如下： Lp= (1-Ky)XT3i+KyXT32+Lm; 式中为航程估计修正系数。
2.根据权利要求1所述的一种跳跃式再入二次再入段航程预估方法，其特征在于，航 程估计修正系数Lm为30?100km。
【专利摘要】一种跳跃式再入二次再入段航程预估方法如下：(1)读入数据表格；(2)读入预测二次再入点高度hEI2、速度vEI2、路径角γEI2；(3)利用预测二次再入点高度hEI2查H表格，找到与hEI2最接近的两个高度hi与hi+1，记录下标标号i，并计算Kh＝(hEI2-hi)/(hi+1-hi)；(4)利用预测二次再入点速度vEI2查V表格，找到与vEI2最接近的两个高度vj与vj+1，记录下标标号j，并计算Kv＝(vEI2-vj)/(vj+1-vj)；(5)利用预测二次再入点再入角γEI2查γ表格，找到与γEI2最接近的两个高度γk与γk+1，记录下标标号k，并计算Kγ＝(γEI2-γk)/(γk+1-γk)；(6)利用记录数据结合表格L2(H,V,γ)，计算二次再入段航程Lp。
【IPC分类】G05D1-10, G05B13-04
【公开号】CN104597756
【申请号】CN201410791083
【发明人】张钊, 杨鸣, 董文强, 胡军
【申请人】北京控制工程研究所
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月18日